Efaster - быстрый поиск электронных компонентов

Генератор с ультранизкими искажениями менее -140 дБ

Для схем АЦП с разрешением 20 и более бит необходим источник сигнала с низким уровнем шумов для измерения таких параметров, как гармонические искажения или эффективная разрядность. Для проверки гармонических искажений режекторный фильтр удаляет основную частоту из сигнала генератора.

Часто задаваемые вопросы о продукции MOSO

Генераторы с низким уровнем искажений необходимы для тестирования современных АЦП (аналого-цифровых преобразователей) с разрешением более 20 бит. Тестирование усилителей с низким уровнем THD (общих гармонических искажений) –120 дБ или менее также требует таких генераторов. Имеющиеся в продаже измерители нелинейных искажений предлагают множество измерительных функций, но даже самые лучшие из них имеют предел измерения THD где-то около –115 дБ [1]. Было опубликовано несколько конструкций генераторов с низким уровнем искажений, но их THD также составляет –120 дБ или чуть лучше [2, 3, 4]. В компании JanasCard мы разработали генератор с THD ниже –140 дБ, который мы используем для внутренних испытаний.

В генераторе на Рисунке 1 используется топология моста Вина со стабилизацией амплитуды с помощью сульфид-кадмиевого (CdS) фотоэлемента, освещаемого светодиодом. IC₁ и IC₂ – это малошумящие, высоколинейные аудиоусилители LME49710 от Texas Instruments – ключевые компоненты генератора. Нелинейность этих усилителей в инвертирующем режиме составляет менее 0.1 ppm [5]. Микросхема IC₁ работает как инвертор с коэффициентом усиления –1. Микросхема IC₂ в сочетании с элементами R₁, R₂, R₃, R₄, C₁, C₂ и C₃ образует полосовой фильтр, который устанавливает резонансную частоту генератора равной 2 кГц. В схеме используется мост Вина с соотношениями номиналов компонентов R, C, R/2 и 2C, поскольку генератору необходим инвертирующий коэффициент усиления –1.


Рисунок 1.	*Генератор с ультранизкими искажениями.*

Можно использовать более простую конфигурацию с равными значениями R и C [4], но для этого потребуется инвертор с коэффициентом усиления –2, и выходной сигнал придется снимать с инвертирующего усилительного каскада. Результирующий шум будет значительно выше из-за более высокого общего коэффициента усиления и из-за того, что полоса пропускания схемы не ограничивается.

Шум также является важным параметром для тестирования АЦП. Поэтому для определения шумовых характеристик генератора мы использовали SPICE-моделирование. Из Рисунка 2 видно, что спектральная плотность напряжения шумов схемы имеет наибольшее значение на резонансной частоте, а затем спадает на более высоких частотах из-за полосовой фильтрации. Общий шум в диапазоне 20 Гц-30 кГц составляет 1.7 мкВ. Это дает теоретическое отношение сигнал/шум, равное 126 дБ при уровне выходного сигнала 10 В пик-пик или 3.5 В с.к.з. Усилитель LM49710 имеет плотность напряжения шумов 2.5 нВ/√Гц. Резисторы и входные шумовые токи усилителей также увеличивают общий шум. Если важно обеспечить минимально возможный уровень шума, можно использовать более низкие значения сопротивлений, но это приведет к увеличению энергопотребления и усилению искажений. Характеристики искажений микросхемы LM49710 приведены для минимального сопротивления нагрузки 600 Ом.


Рисунок 2.	*Моделирование шума.*

Схема АРУ (автоматической регулировки усиления) для стабилизации амплитуды генератора состоит из двухполупериодного выпрямителя с высоким входным сопротивлением (IC_3A, IC_3B), интегратора IC₄ и оптопары O₁. Напряжение на фоторезисторе оптопары задается 18-омным параллельным резистором R₁₈ и составляет всего 18 мВ. Это напряжение поддерживает напряжение на оптоизоляторе O₁ на пренебрежимо малом уровне. Многооборотный подстроечный потенциометр R₂₁ через светодиод O₁устанавливает рабочую точку АРУ на уровне примерно 10 мА (5 В в контрольной точке TP₁). Медленно вращайте потенциометр R₂₁до тех пор, пока не произойдет захват АРУ; постоянная времени контура регулирования составляет несколько секунд. Настройка довольно чувствительна из-за узкого диапазона петли АРУ. После установки правильной рабочей точки с помощью R₂₁ многооборотным подстроечным потенциометром R7 установите амплитуду выходного сигнала в диапазоне от 5 до 10 В пик-пик.

Правильный выбор пассивных компонентов сигнальной цепи является еще одним важным требованием для минимизации искажений. Предпочтительно использовать выводные резисторы с допуском 0.1% и температурным коэффициентом 15 ppm/K, конденсаторы – фольговые с полистирольной изоляцией. Приемлемым выбором также являются керамические конденсаторы с диэлектриком NP0 с их меньшими размерами и более низкими температурными коэффициентами, но немного более высокими искажениями [6].