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作者：凌力爾特技術公司Jim Williams與Guy Hoover 對高分辨率ADC保真度有一種靈敏的測試，那就是忠實地數字化一個正弦波的能力。這個測試要求有一臺殘余失真接近1ppm(百萬分之一)的正弦波發生器。另外，它還要求有一個計算機上運行的ADC輸出監控器，用于讀出并顯示轉換器輸出的頻譜分量。要以合理的成本和復雜性完成這個測試，就要在使用前驗證其 部件的結構與性能。低失真振蕩器通過一個放大器驅動ADC(圖1)。ADC的輸出接口對轉換器的輸出做格式化，并與計算機通信。計算機上運行頻譜分析軟件，并顯示出計算的結果數據。 
振蕩器電路 系統的振蕩器是電路中最難設計的部分。直覺上振蕩器必須具有低的雜波水平，18位ADC的測量才能有意義。然后，還必須使用獨立的方式，驗證這些低雜波特性。
設計源于Winfield Hill的一項工作，他是哈佛大學羅蘭學院電子工程實驗室的主任。以后可以將此設計用于2kHz的Wien橋設計(圖2)。所有放大器都以反相方式使用，這樣可以消除信號路徑中的CMRR(共模抑制比)誤差。 低失真放大器A1和A2是本款振蕩器中的有源元件。原設計中的JFET會帶來傳導調制誤差，因此可以用一個LED驅動的CdS(硫化鎘)光電隔離器代替它。然后將A2的輸出與A3輸入端的濾波DC偏移結合起來。A3反饋網絡中的電容限制了放大器的帶寬。這個2.6kHz濾波器的輸出驅動待測ADC的輸入放大器。
A1/A2振蕩器需要AGC(自動增益控制)，因此，將電路的輸出用交流耦合到一個高阻低噪聲的JFET輸入放大器A4，后者再饋至精密整流器A5。A5再驅動積分器A6。A6的直流輸出表示了電路輸出正弦波的交流幅度。 電流匯總電阻可以用于平衡針對凌力爾特技術公司LT1029 IC所產生基準電壓的直流值。電流匯總電阻饋入AGC單電源放大器A7。這個放大器驅動Q1，設定LED的電流。LED電流封閉了增益控制回路，因為它最終改變了CdS芯的電阻，從而穩定振蕩器的輸出波幅。 通過獲得電路輸出的增益控制反饋，維持了輸出的波幅，而與A3以及輸出濾波器的衰減與帶寬限制響應無關。這種拓撲結構還對放大器A7的閉環動態性能提出了要求。A3的帶寬限制、輸出濾波器、A6的滯后，以及連接到Q1基極的紋波抑制元件相互結合，產生了一個明顯的相位延遲�？梢栽贏7的主極上用一只1μF電容配合一個零值RC(電阻/電容)吸收這個延遲，以實現穩定的回路補償。這種方法代替了經精細調整、有簡單RC滾降響應的高階輸出濾波器，最大限度減小了失真，維持了輸出波幅的恒定不變。 關鍵是要從LED偏移中消除與振蕩器相關的信號分量，以維持低的失真。任何這類殘留成分都會調制振蕩器的波幅，從而引入不純凈的頻率分量。帶寬限制的AGC信號路徑有很好的濾波。 Q1基極大的RC時間常數提供了一個陡峭滾降的最終響應。Q1的射極電流表明，10mA總電流中有大約1nA振蕩器相關紋波，這小于0.1ppm (圖3)。振蕩器只需要一只100Ω電位器就能實現這個性能。這個調節符合圖2中的說明，并確定了AGC捕捉區間的中點。 振蕩器的失真 驗證振蕩器的失真需要復雜的測量技術。如果試圖用傳統的失真分析儀去測量，就會遇到一些限制，哪怕采用了高端機型。示波器可以用于顯示分析儀輸出端的殘留失真(圖4)。對于任何與振蕩器有關的信號活動，放大器的本底背景都顯示出微弱的噪聲與不確定性。
惠普公司的HP-339A分析儀給出了18ppm的最小可測失真。圖中顯示儀器讀數為9ppm，這超出了設備的規格，因此高度存疑。測得的失真等于或接近于設備極限時，會產生顯著的不確定性，接近于設備極限的失真測量很難有令人滿意的結果(參考文獻1)。
要對振蕩器失真做有意義的測量，就需要使用低不確定性本底的專用分析儀。Audio Precision公司的2722分析儀有最大2.5ppm的THD+N (總諧波失真+噪聲)，典型THD+N為1.5ppm。該儀器對振蕩器的THD做了三次測量，得出的THD值為：在3ppm、5.8ppm和2.4ppm時分別為 -110dB、-105dB和-112dB(圖5)。這些測量結果為將該振蕩器用于確定ADC保真度特性提供了信心。 ADC測試 在測試ADC時，將振蕩器輸出連接到ADC的輸入放大器上。測量的是ADC與ADC輸入放大器聯合產生的失真。然后用一臺計算機檢查ADC的輸出，它量化表示出了頻譜誤差的分量(圖6)。
從凌力爾特技術公司網站上可以下載到用于測量的代碼，并獲得輸入放大器、ADC、計算機數據采集，以及時鐘電路板。相關部件包括：一只晶振、凌力爾特技術公司的LT6350放大器、LTC1279 ADC、DC718接口卡以及能夠驅動50Ω的任何一種穩定的低相位噪聲3.3V時鐘。 計算機顯示的內容包括時域的信息，給出了定位于轉換器工作區間中心的偏移正弦波。它還顯示了詳細的列表讀數，以及一個指示出頻譜誤差分量的傅里葉變換。待測的放大器/ADC組合產生-111 dB的二次諧波失真，大約為2.8 ppm。較高頻的諧波遠低于這個水平，表明ADC及其輸入放大器都工作正常，并處于規格范圍內。諧波抑制可能出現在振蕩器與放大器/ADC組合之間，這就要求對放大器/ADC樣品做多次測試，增加對測量的信心。 參考文獻 1. Williams, Jim, “Bridge Circuits: Marrying Gain and Balance,” Application Note 43, Linear Technology, June 1990. |
