2013年电子工程与计算机科学：模数转换器的SFDR测量技术与含义

© 2013年。出版社：Elsevier B.V.信息工程研究院负责评选和同行评议可在www.sciencedirect.comwww.sciencedirect.com在线获取ScienceDirectIERI Procedia 4（2013）195 - 2002013年电子工程与计算机科学模数转换器杨丽君1，朱晓峰1， *，刘树明21北京印刷学院，北京1026002北京昂斯基有限公司北京市朝阳区朝阳路100086摘要SFDR是描述ADC的一个重要指标，但在实际中很难准确测量。其原因不仅是概念理解上的问题，还有测试技术上的问题，多年的测量经验，用比较容易理解的方式描述了SFDR的含义，能够准确测量SFDR的技巧，对于评价ADC的质量有很好的价值，对于相关产品的评价有很大的意义。© 2013作者。由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究院负责评选和同行评议关键词：无杂散动态范围;模数转换器;测量技术1. SFDR的含义SFDR（Spurious Free Dynamic Range）是ADC模数转换系统的一个重要指标，是有用信号功率与最大杂波信号功率的比值。一般使用DB，表示为：SFDR=Ps-Pn，SFDR是无杂散动态范围（dB），Ps是有用信号功率（dBm），Pn是杂波信号最大功率值（dBm）。* 通讯作者。联系电话：010-60261166;传真：010-60261160。电子邮箱：zhuxiaofeng@bigc.edu.cn。2212-6678 © 2013作者由Elsevier B. V.在CC BY-NC-ND许可下开放获取。信息工程研究所负责的选择和同行评审doi：10.1016/j.ieri.2013.11.028196Lijun Yang等/ IERI Procedia 4（2013）195对于理想的系统ADC，有用信号可视为满量程输入信号，无信号功率为零，因此SFDR为无穷大。实际系统的噪声功率不为零，干扰的各种因素最终都反映在幅度谱噪声受限的系统中，SFDR当然也是受限的。对于计算机进行浮点运算，可以看作是一个广义的数据采集系统，它将浮点运算过程中产生的误差模拟到数据中，随后分析数字化后的数据计算中可能引入的误差。图1是双精度浮点正弦数据的FFT功率谱，从图1可知SF的SFDR约为274 dB（有用信号幅度为-6dB，最大干扰频率范围为-280dB），也可以是16位、1 - 2位和8位有符号整数数据对应的SFDR约为104 dB（图2）、78 dB和52 dB[1-2]。图1 FFT双精度浮点数据归一化功率谱图2 16位有符号整数数据FFT归一化功率谱数据采集系统中，采样数据经ADC模数转换后得到的不仅含有量化噪声，还含有系统内部电路引入的各种干扰噪声，输入信号中可能含有外部引入的噪声，总噪声是以上三种噪声的结果，因此，实际系统的噪声水平要高于上述软件系统，无杂散动态范围减小，图3是一个十六位ADC数据采集卡采集数据的FFT功率谱，可以看到最大噪声电平约为-65dB，SFDR约为59 dB [3-5]。ADC数据采集系统在实际应用中的干扰表现在谱线上，其噪声谱往往比白噪声功率级高得多，图3中谱线的功率级为-65dB，远高于平均噪声平台-85dB。噪声在-65dB频谱中，噪声功率不一定全部来自系统内部，一部分功率可能来自外部而独立，噪声评估是ADC数模转换系统的主要任务之一，就是尽量减小输入信号中包含的噪声功率，计算出完全来自转换系统的SFDR指标。Lijun Yang等/ IERI Procedia 4（2013）195197图3 ICS1555十六位数据采集卡采样数据在许多数据采集和检测系统中，系统主要参数的动态范围比-- SFDR是主要信号和干扰的有用谱线，是描述系统的最重要指标之一。但测量要精确，有用的数据是很困难的，比如雷达或声纳系统的探测范围。结果导致相关产品质量检验不能通过检验，研究工作不能顺利完成，项目不能完成[6-7]。2. SFDR测量技术[8]这里提出的解决SFDR测量中应掌握的几个问题的方法和技巧，很有实用价值。2.1. 输入信号接近满量程输入信号的幅值应尽可能接近满量程，以便有效地利用ADC固有的采样位数动态范围，但不能完全达到满量程，因为接近满量程时，模数转换的线性度较差，非线性会产生噪声，实际测量时，需要反复测试选择合适的输入信号电平。2.2. 测试频率为了准确测量有用信号的功率，输入信号的频率要准确地打到FFT固定的谱线上，否则有用信号的功率会扩散到多个谱线上，造成有用信号功率谱幅值下降。如果要避免有用信号的频谱扩散，则在采样频率和输入信号以及FFT点之间存在约束：Fs = N * FFT/ NUM_FFT;0 N NUM_FFT， integer;

下载后可阅读完整内容，剩余1页未读，立即下载