更好、更快的開環(huán)增益測試方法

作者：ADI公司 David Hunter 時(shí)間：2008-03-11 來源：電子產(chǎn)品世界

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因此，對(duì)于0 dBm，或者1 mW，輸入電壓的幅度為316.2 mV(或223.6 mVrms)。如果這是輸入信號(hào)的幅度，而被測器件的輸出幅度是3.162 V(2.236V rms，增益等于10)，那么，從等式6可知，輸出功率為+20 dBm，這與使用等式5中的比率來表示電壓增益時(shí)所得到的結(jié)果是一樣的。只要基準(zhǔn)值是一致的，這些數(shù)值也將是一致的。這樣，我們就可以容易地找出系統(tǒng)的增益。
把等式8和6結(jié)合起來，我們可以得到：

　(9)

　　利用對(duì)數(shù)放大器的25 mV/dB的轉(zhuǎn)換增益：
　(10)
　　利用等式1，并使用兩個(gè)AD8307對(duì)數(shù)放大器來測量輸出和輸入，再計(jì)算出兩者之差，就是一種非常容易的增益測試方法。
　(11)
　　AD8307固有的0 dB輸出大約為2.0 V。但是，當(dāng)把輸出計(jì)算為兩個(gè)對(duì)數(shù)放大器輸出之間的差值時(shí)，這些(在校準(zhǔn)時(shí)的)常量就會(huì)從等式中消除。

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/79888.htm

　　有許多種方法得到這個(gè)差值，從使用非常方便的儀表放大器，比如AD625 或AD627，到使用分離的多運(yùn)放的方法，或者在轉(zhuǎn)換成數(shù)字量之后使用軟件的方法，這里可以使用AD7994多通道ADC。如果想得到最好的精度，設(shè)計(jì)者必須進(jìn)行校準(zhǔn)，以消除器件之間的增益和失調(diào)誤差。在Analog Devices網(wǎng)站上給出的技術(shù)說明書提供了這些信息，同時(shí)還給出與頻率相關(guān)問題的極好的提示。

　　上面提到的AD5932直接數(shù)字頻率合成器是一種簡單的、可編程的和數(shù)字控制的波形發(fā)生器。用戶只要使用幾個(gè)簡單的命令就可以生成各種正弦波，比如，構(gòu)成一個(gè)完整的頻率和相位特性曲線。雖然AD5932沒有I2C接口，但一個(gè)連接在I2C總線上的GPIO器件可以執(zhí)行位操作，以模仿所需的接口功能。在配置完成之后，只要對(duì)GPIO器件執(zhí)行一次寫操作，就可以使輸出頻率遞增。

　　AD5932的輸出峰峰值是580 mV，當(dāng)把這樣一個(gè)數(shù)值用作開環(huán)增益測量的輸入時(shí)，在大多數(shù)情況下是太大了。所需的衰減取決于在增益測量時(shí)被測器件達(dá)到規(guī)定的輸出電壓所需的恰當(dāng)?shù)妮斎腚娖?。如果輸入信?hào)太大，那么，輸出將會(huì)失真，甚至于被鉗位，因而得出錯(cuò)誤的測量結(jié)果。如果信號(hào)太小，那么，失調(diào)誤差和噪聲將會(huì)占據(jù)輸出波形中的主要成分，因而產(chǎn)生問題。一個(gè)典型的信號(hào)是從10 mV開始，然后增加幅度以產(chǎn)生規(guī)定的器件輸出值，或者使輸出增加到不產(chǎn)生鉗位或失真的可能最大值，因?yàn)槭д媸菚?huì)引起測量誤差的。

　　在把各個(gè)電路模塊如圖4那樣連接起來之后，你就可以驗(yàn)證(或校準(zhǔn))它的性能，首先使用一個(gè)單位增益放大器，然后使用一個(gè)增益等于10的放大器，來代替被測器件。圖5是一個(gè)測試實(shí)例，它表示了單位增益和增益等于10，實(shí)際上大約高出1 dB，而變化范圍很好地保持在±1 dB以內(nèi)。
　
圖5 為了驗(yàn)證性能而進(jìn)行增益校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的實(shí)例?？梢钥闯觯?dāng)設(shè)置為20dB時(shí)的未校準(zhǔn)超額增益為+1 dB。
　
圖6 波特圖的數(shù)據(jù)中包含了新 (藍(lán)色)數(shù)據(jù)和舊 (綠色)數(shù)據(jù)。圖中可以看出傳統(tǒng)系統(tǒng)中的“采樣噪聲”。

　　作為另一個(gè)例子，一旦我們對(duì)這一技術(shù)有信心之后，我們就可以對(duì)一個(gè)已知特性的樣品器件進(jìn)行測試。圖6是一個(gè)典型的結(jié)果，重疊于前面采集到的數(shù)據(jù)之上，以驗(yàn)證這個(gè)方法與已經(jīng)描述過的那個(gè)方法的測試精度。測試的結(jié)果顯示了一個(gè)大約±0.5 dB的誤差，表明新系統(tǒng)具有相同的測試性能，但具有低得多的噪聲和更快的穩(wěn)定時(shí)間。

設(shè)備

　　1.National Instruments 公司的Cardbus GPIB適配器
　　2.Tektronix TDS3032B，帶有GPIB接口
　　3.Tektronix AFG320，帶有GPIB接口

　　相關(guān)性看來很好，而且看不出在以前方法中很大的偏離。完成每一次測試所用的時(shí)間在35秒以內(nèi)，這幾乎是6000%的改善。除此之外，這個(gè)設(shè)計(jì)的簡單性可以使它容易地用于嵌入式系統(tǒng)，因?yàn)榇蟛糠值臄?shù)學(xué)運(yùn)算是用對(duì)數(shù)放大器完成的。一個(gè)聰明的設(shè)計(jì)者也可以構(gòu)成一個(gè)相位測量設(shè)備，從而把這個(gè)系統(tǒng)變換成一個(gè)真正的波特圖繪圖儀。此外，對(duì)于高頻應(yīng)用，有一個(gè)解決方案，就是使用實(shí)現(xiàn)增益與相位測量的單片AD8302對(duì)數(shù)放大器。