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數位預失真提升資料擷取系統性能

上網時間: 2015年12月11日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:資料擷取系統  DAS  SNR  THD  數位預失真 

作者:Srudeep Patil,Maxim Integrated資深應用工程師;

Carmelo Morello,Maxim Integrated資深業務經理

資料擷取系統(DAS)將類比訊號轉換為數位格式,然後經過數位訊號處理器的分析,從而提取有用的資訊。成像、音訊以及振動分析等應用所需的DAS必須具有高訊號雜訊比(SNR)和超低總諧波失真(THD)。

然而,開發寬動態範圍的DAS帶來眾多設計和測試挑戰。主要的測試挑戰是缺乏具有較好THD和SNR的訊號源。當DAS的額定值為100dB SNR和-120dB THD時,訊號產生器的THD和SNR就成為關鍵因素。本文介紹數位預失真如何改善數位訊號產生器的失真性能,從而支援測量THD為-120dB的超低失真DAS。

為什麼要改善訊號源失真?

為了對DAS的THD進行特徵分析,應該將無失真的理想正弦波連接到系統輸入。此時,可以測量由DAS非線性引起的THD。

為了確保在輸出測得的THD是由DAS非線性造成的,所用訊號產生器的失真與待測DAS相較應可忽略不計。然而,大多數訊號產生器的性能往往不足以測量THD優於-120dB的超低失真DAS。因此,為了評估以及確保DAS測量品質,必須改善訊號產生器的失真性能。

DAS與測量配置

待測的DAS主要訊號通路設計採用低失真和低雜訊元件。實驗採用寬廣動態和超低失真的DAS——MAX11905DIFEVKIT,它有三個主要元件:全差分放大器MAX44205,180MHz增益頻寬積,3nVRMS雜訊;全差分SAR ADC MAX11905,20位元、1.6MSPS且低功耗;超高精度、超低雜訊串聯型電壓參考MAX6126。表1所示為訊號鏈元件的雜訊和失真性能。


表1:DAS訊號鏈中元件的雜訊與失真性能

評估DAS動態性能的測試配置如圖1所示。低失真訊號產生器為Audio Precision (AP) 2722。


圖1:測量DAS動態性能的測試配置

Audio Precision 2722用於產生全差分10kHz正弦波訊號,施加到增益為1V/V的MAX44205驅動器。MAX11905 ADC用於在全差分模式,VREF=3V,由MAX6126電壓參考提供。訊號分析儀和ADC同步至相同的時脈產生器,以實現同調採樣測量。

利用傳統方法測量DAS性能

圖2所示為利用圖1測試配置測得DAS的動態性能結果。ADC的取樣速率為1.6MSPS。


圖2:在取樣速率為1.6MSPS的MAX11905DIFFEVKIT測得的DAS系統的原始FFT和動態性能

97.3dB SNR相對較好,但輸出處的諧波高於DAS的期望值。受限於訊號產生器的失真影響,THD測量值為-112dB,這一點將在文後討論。

(下一頁繼續:利用數位預失真改善失真)


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