運用即用型電源和測量平台，取得儀器級精密類比特性分析

隨著更高精密度轉換器和超低雜訊類比系統的興起，要求更多能夠更準確分析效能特性的測試解決方案。雖然可以建立內部平台以達到這一目標，但卻會增加成本和延遲。傳統配置涵蓋獨立產生器和分析儀，可能會引入失真和變異性，造成準確度降低，並且無法滿足這些裝置和系統的特性要求。

本文簡要回顧設計人員在開發高階音訊、混合訊號、自動化測試環境時所面臨的挑戰。接著介紹 Analog Devices 的就緒型整合式精密電源和測量平台。此平台能夠產生超低失真激發訊號並進行高解析度測量，但不會有複雜儀器的缺點。

對激發生成和測量能力的需求增加

在精密音訊、混合訊號、自動化測試環境中，工程師需要更多緊湊型整合式儀器級效能的產品。測試高解析度類比數位轉換器 (ADC)；驗證耳機、麥克風、助聽器的音訊頻段傳真度，以及支援高傳輸量自動測試設備 (ATE) 工作流程，這些作業都會提高對激發源和測量能力的要求。

高效能測試依賴極純淨的正弦波激發和低寬頻雜訊，使任何測試源中的失真和雜訊都遠低於被測裝置 (DUT) 的失真和雜訊。動態分析和快速傅立葉轉換 (FFT) 評估需要同調取樣或窗函數，以減少頻譜洩漏，並在無法達到同調時，保持測量傳真度。

市場對高傳真音訊裝置的更多需求，促使對整個音訊頻段內清晰、可重現的音調，以及多音調模式的需求，以便顯示失真、互調、雜訊的影響。這些需求也延伸到自動化測試環境，其高產出生產工作流程依賴確定性的激發訊號行為、預定義的波形輪廓、穩定的校準條件。

能夠產生直流 (DC)、正弦波、雙音、任意波形的激發源，支援在廣泛的工作條件下進行評估，有助於混合訊號的開發。

Analog Devices 的 ADMX1001B 平台具備因應這些挑戰所需的各種特性。

ADMX1001B 平台如何達到精準表徵

Analog Devices 的 ADMX1001B 尺寸僅 40 mm × 60 mm，是一款系統模組 (SoM)。提供使用單音、雙音、直流、任意波形進行精準音訊頻段評估所需的傳真度、可重現性、可控性。在 ADMX1001B 的架構底層，由一個系統單晶片負責管理波形合成、時序、記憶體，同時整合模式控制、維護管理、監控功能。此系統單晶片管理的專用訊號鏈提供系統模組的精準波形產生和測量能力 (圖 1)。

圖 1：ADMX1001B 系統模組整合專用波形產生和採集訊號鏈，並由板載系統單晶片控制，支援精準的音訊頻段評估。(圖片來源：Analog Devices)

可靠的特性表徵要求激發訊號源必須具備顯著低於受測元件 (DUT) 的諧波失真，同時在所需的振幅和頻率範圍內保持線性，且在濾波或重建時不引入偽影。ADMX1001B 能夠產生典型總諧波失真 (THD) 為 -130 dB 的音調，達到新一代音訊頻段裝置所需的效能水準。

為了達到這種效能，ADMX1001B 運用多種技術。系統模組的全差動訊號鏈將 20 位元數位類比轉換器 (DAC) 的輸出透過訊號調節級進行路由；此級濾除與 DAC 編碼轉換相關的毛刺能量，並衰減目標類比訊號中，在取樣率倍數頻率處的帶外頻譜鏡像 (鏡像分量)。

ADMX1001B 採用專利數位預失真 (DPD) 演算法，只需執行一次即可提高特定頻率與振幅組合的線性度，進一步將單音的輸出純度提高至高達 20 kHz。運用透過 DPD 感測路徑 (圖 1 中的 VSENSEP 和 VSENSEN) 回授的輸出訊號，DPD 演算法將輸出訊號進行數位重建，並且與模型進行比較，以產生校準參數，可大幅提高正弦波的純度 (圖 2)。

圖 2：相較於與未施加 DPD 的單音輸出 (左)，運用 DPD (右) 可明顯降低諧波成分並提高整體頻譜純度。(圖片來源：Analog Devices)

ADMX1001B 將這些產生的參數作為波形配置，保存在非揮發性記憶體中。此記憶體最多可保存 15 個波形配置，包含單音、含 DPD 的單音、雙音、直流波形，以及一個使用者提供的任意波形配置 (受限於系統模組的 27 kHz 輸出濾波器的頻寬)。使用者可以由硬體或軟體控制重新載入這些配置，在裝置測試期間快速切換不同的波形類型，而不會影響訊號純度。

在測量方面，ADMX1001B 整合一個類比前端 (AFE)，具有七個可編程測量範圍。設定適當的測量範圍可防止切割失真，並保持系統模組輸入通道的完整動態範圍，使其輸入訊號在系統模組的 ±7.5 V 差動和 ±7 V 共模限制範圍內。此訊號路徑還包括一個 4 階抗混疊濾波器，用於在 24 位元、256 kS/s ADC 轉換之前對訊號進行調節 (圖 1)。由於此濾波器定義可用的採集頻寬，因此高頻成分在到達 ADC 之前會衰減。抗混疊濾波器可提供高達 -130 dB 的拒斥，而採集通道的總動態範圍高達 128 dB，典型 THD 為 -115 dB (滿量程 1 kHz 輸入音)。

整體而言，ADMX1001B 具備的訊號產生和採集功能滿足其成為緊湊的儀器級模組，可提供高純度激發和同步測量。為了協助開發人員善用此功能，Analog Devices 推出一對板件，可立即評估 ADMX1001B 的功能，並支援將其用作就緒型精密測試平台。

利用即用型測試平台環境進行快速評估

Analog Devices 提供一個完整的評估平台，將 ADMX1001B 與 EVAL-ADMX100X-FMCZ 評估板 (圖 3) 和 SDP-H1 (EVAL-SDP-CH1Z) 控制器板結合。將這些板件組合，構成一個即用型環境，可連接 ADMX1001B 系統模組至主機 PC，提供電源和時脈，並顯示模組的訊號產生和採集路徑，以進行配置和測量。

圖 3：EVAL-ADMX100X-FMCZ 評估板提供存取 ADMX1001B 訊號產生和採集路徑所需的電源、訊號路由、外部連接。(圖片來源：Analog Devices)

在此配置中，EVAL-ADMX100X-FMCZ 板是 ADMX1001B 系統模組的主要介面；ADMX1001B 透過夾層連接器插入該板，用於配電和訊號連接。輸出連接埠 (OUTP/OUTN) 用於存取超低失真源，而對應的差動輸入連接埠 (AINP/AINN) 支援在 DPD 校準時使用的外部訊號採集或迴路配置。附加連接器引出 DPD 感測路徑、硬體觸發、同步訊號，以及用於產生、採集、校準工作流程的模式選擇控制。

EVAL-ADMX100X-FMCZ 評估板透過 FMC 連接器連接到 SDP-H1 高速控制器板 (圖 4)。此控制器板提供從主機 PC 操作 ADMX1001B 所需的 USB 和高速平行介面。此控制器板以專用現場可編程閘陣列 (FPGA) 和數位訊號處理器為核心，為評估板供電，並管理 USB 通訊、設定傳輸、配置載入、高速採集。

圖 4：將評估板連接到 SDP-H1 控制器板，即可完成 ADMX1001B 設定、波形產生、訊號測量的即用型系統。(圖片來源：Analog Devices)

Analog Devices 提供 ADMX100X 圖形使用者介面 (GUI) 軟體工具，用於管理波形產生、DPD 訓練、採集設定 (圖 5)。

圖 5：一款具有圖形使用者介面的軟體工具，可管理波形產生、採集控制、DPD 校準。(圖片來源：Analog Devices)

使用此軟體工具，開發人員可以選擇波形類型、調整音調參數、載入任意模式，並在儲存的配置之間切換。在訓練 DPD 時，此工具協調激發生成、感測路徑擷取、修正參數運算，並允許使用者將配置保存至非揮發性記憶體中。此工具亦顯示採集通道的測量範圍和取樣控制，用於時域擷取、FFT 檢視，以及從 ADC 匯出樣本。圖形使用者介面可及時存取硬體設定，如此能簡化設定及充分運用 ADMX1001B 的能力，達到精準的激發生成和測量。

結論

隨著更多更先進的音訊頻段轉換器和混合訊號系統興起，典型的測試台配置往往會引入失真和變異性，限制效能測量的準確性和可重現性。Analog Devices 的整合式波形產生和測量平台可提供超低失真和低雜訊，能夠確切地為高解析度為裝置進行表徵。這些功能有助於開發人員更有效評估用於高傳真應用的新一代音訊頻段轉換器和子系統。