模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC） 代表接收器、測(cè)試設(shè)備和其他電子設(shè)備中模擬和數(shù)字世界之間的鏈接。如本系列文章第1部分所述，許多關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)提供了給定ADC預(yù)期動(dòng)態(tài)性能的精確相關(guān)性。本系列文章的第 2 部分介紹了用于測(cè)試高速 ADC 動(dòng)態(tài)規(guī)格的一些設(shè)置配置、設(shè)備建議和測(cè)量程序。

下面討論用于測(cè)試高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的推薦設(shè)置和步驟。它包括測(cè)試Maxim全新10位+3V高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器系列所需的軟件工具、硬件配置以及數(shù)據(jù)采集和分析儀器。它還警告如果不小心執(zhí)行設(shè)備選擇、設(shè)置配置、布局和基于 FFT 的分析，您可能會(huì)遇到陷阱。涵蓋以下主題：

動(dòng)態(tài)規(guī)范和定義

主板布局和硬件配置

功率譜、箱、頻譜泄漏和窗口功能

用于測(cè)試 SNR、SINAD、THD、SFDR 和 TTIMD 的軟件工具

有許多方法可用于從A/D轉(zhuǎn)換器（不僅僅是高速轉(zhuǎn)換器）獲取輸出數(shù)據(jù)并分析其動(dòng)態(tài)性能。這里介紹的方法代表了一種行之有效的方法，鼓勵(lì)讀者根據(jù)手頭的應(yīng)用程序進(jìn)行必要的修改。

動(dòng)態(tài)規(guī)格

對(duì)于那些錯(cuò)過(guò)了本討論第1部分的人，以下是高速ADC重要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)的定義和數(shù)學(xué)描述的簡(jiǎn)要概述。

動(dòng)態(tài)參數(shù)	描述/定義
信噪比 （SNR）	信噪比 = 6.02 × N + 1.76。
信噪比和失真比 （SINAD）	西納德分貝= 20 ×日志10（一信號(hào)[有效值] / A噪聲[有效值]）。
有效位數(shù) （ENOB）	ENOB = （SINAD - 1.76） / 6.02。
總諧波失真 （THD）
無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍 （SFDR）	SFDR是以基波（最大信號(hào)分量）的均方根幅度與次大雜散分量的均方根值的分貝表示的比率，不包括直流偏移。
雙音互調(diào)失真 （TTIMD）	啪??分貝= 20 ×日志10{Σ （AIMF_SUM[有效值] + AIMF_DIFF[有效值]）/一個(gè)基本[rms]}.TTIMD 設(shè)置中的IMF_SUM和IMF_DIFF僅包含兩個(gè)輸入音。
多音調(diào)互調(diào)失真 （MTIMD）	米蒂姆德分貝= 20 ×日志10{Σ （AIMF_SUM[ 有效值] + AIMF_DIFF[有效值]）/一個(gè)基本[rms]}.MTIMD 設(shè)置中的IMF_SUM和IMF_DIFF包含兩個(gè)以上（通常最多四個(gè)）輸入音。
電壓駐波比 （VSWR）	VSWR = （1 + |ρ |） / （1 - |ρ |），其中 ρ 表示反射系數(shù)。

測(cè)試設(shè)置的電路板布局和硬件要求

為了對(duì)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行充分的動(dòng)態(tài)測(cè)試，應(yīng)使用制造商預(yù)組裝的測(cè)試板或遵循數(shù)據(jù)手冊(cè)的電路板布局建議。本文先研究動(dòng)態(tài)測(cè)試的布局要求，然后再深入研究硬件和軟件的詳細(xì)信息。用于快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的評(píng)估或表征板（圖1a）必須采用高速布局技術(shù)（圖1b和1c）。您通?？梢酝ㄟ^(guò)遵循以下基本規(guī)則來(lái)復(fù)制數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定的動(dòng)態(tài)性能：

將所有旁路電容放置在盡可能靠近器件的位置，最好與ADC位于同一側(cè)，使用表面貼裝元件以實(shí)現(xiàn)最小的走線(xiàn)長(zhǎng)度、電感和電容。

旁路模擬和數(shù)字電源、基準(zhǔn)和共模輸入，并聯(lián)兩個(gè)0.1μF陶瓷電容和一個(gè)2.2μF雙極性電容接地。

具有獨(dú)立接地層和電源層的多層板可產(chǎn)生最高水平的信號(hào)完整性。

考慮使用分離式接地層，以匹配ADC封裝上模擬和數(shù)字接地的物理位置。兩個(gè)接地層的阻抗必須保持在盡可能低的水平，并且為避免可能的損壞或閂鎖，它們的交流和直流電壓差（或兩者）必須小于0.3V。這些接地應(yīng)連接在單個(gè)點(diǎn)上，以便噪聲數(shù)字接地電流不會(huì)干擾模擬接地層。這種連接的理想位置可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，作為沿兩個(gè)接地平面之間間隙的點(diǎn)，產(chǎn)生最佳結(jié)果。這種連接可以通過(guò)1ν至5ν的低值表面貼裝電阻器、鐵氧體磁珠或直接短路來(lái)實(shí)現(xiàn)。

作為替代方案（如果接地層與下行輸出緩沖器和DSP等噪聲數(shù)字系統(tǒng)充分隔離），所有接地引腳可以共享同一接地層。

將高速數(shù)字信號(hào)走線(xiàn)遠(yuǎn)離敏感的模擬走線(xiàn)。

保持所有信號(hào)線(xiàn)短且無(wú) 90° 轉(zhuǎn)彎。

始終將時(shí)鐘輸入視為模擬輸入。將其路由遠(yuǎn)離實(shí)際模擬輸入和其他數(shù)字信號(hào)線(xiàn)。

圖 1a. MAX1448評(píng)估板電路原理圖

圖 1b. MAX1448評(píng)估板，優(yōu)化的PCB布局（元件側(cè)）。

圖 1c. MAX1448評(píng)估板，優(yōu)化的PCB布局（焊接側(cè)）。

適當(dāng)?shù)臏y(cè)試設(shè)置和正確的測(cè)試設(shè)備1是實(shí)現(xiàn)給定轉(zhuǎn)換器指定性能所必需的（圖 2a 和 2b）。

圖 2a.用于測(cè)試 SNR、SINAD、THD 和 SFDR 的系統(tǒng)配置。

圖 2b.用于測(cè)試雙音 IMD 的系統(tǒng)配置。

以下硬件2已被證明非常有效，因此建議用于測(cè)試設(shè)置：

直流電源：慧與E3620A雙電源0-25V/0-1A。為模擬節(jié)點(diǎn)和數(shù)字節(jié)點(diǎn)使用單獨(dú)的電源。每個(gè)必須提供100mA的輸出驅(qū)動(dòng)電流。

時(shí)鐘信號(hào)函數(shù)發(fā)生器：惠普HP8662A。被測(cè)器件（DUT）的時(shí)鐘輸入接受CMOS兼容的時(shí)鐘信號(hào)。該信號(hào)應(yīng)具有低抖動(dòng)和快速上升和下降時(shí)間，因?yàn)楦咚貯DC具有10級(jí)流水線(xiàn)，其級(jí)間轉(zhuǎn)換取決于外部時(shí)鐘上升沿和下降沿的可重復(fù)性。采樣發(fā)生在時(shí)鐘信號(hào)的下降沿，因此邊沿應(yīng)具有盡可能低的抖動(dòng)。顯著的孔徑抖動(dòng)限制了ADC的SNR性能，具體如下：

,

其中 f在表示模擬輸入頻率和tAJ是孔徑抖動(dòng)的時(shí)間。時(shí)鐘抖動(dòng)尤其重要 用于欠采樣應(yīng)用。

輸入信號(hào)函數(shù)發(fā)生器：惠普HP8662A。為了正常工作，該函數(shù)發(fā)生器應(yīng)鎖相到時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器。

邏輯分析儀 （LA）：惠普 HP16500C。根據(jù)建議的FFT中的點(diǎn)數(shù)，您可以使用內(nèi)存深度較小的LA（例如HP4C中提供的1663k數(shù)據(jù)記錄）捕獲數(shù)據(jù)。

模擬帶通濾波器：TTE橢圓功能帶通濾波器，Q56系列。截止頻率為 7.5MHz、20MHz、40MHz 和 50MHz。

數(shù)字萬(wàn)用表 （DMM）：設(shè)置中使用了各種福祿克、吉時(shí)利儀器和 HP 萬(wàn)用表（包括手持式 HP2373A 和交流供電的 HP34401A）來(lái)檢查正確的參考電壓、電源電壓和共模電壓。

評(píng)估被測(cè)設(shè)備

為了簡(jiǎn)化DUT的評(píng)估，它使用性能優(yōu)化、完全組裝和測(cè)試的表面貼裝板進(jìn)行了測(cè)試。請(qǐng)按照以下步驟配置設(shè)置并操作此板。在打開(kāi)電源或啟用函數(shù)發(fā)生器之前，應(yīng)完成所有連接。

將+3.0V模擬電源連接到VAIN1和VAIN2，然后連接 其地面終端到AGND。

將 +3.0V 數(shù)字電源連接到 VDIN1 和 VDIN2，然后連接 其地面終端到DGND。

驗(yàn)證是否沒(méi)有為跳線(xiàn) JU1 安裝分流器（禁用關(guān)機(jī)） 和 JU2（啟用數(shù)字輸出）。

將時(shí)鐘函數(shù)發(fā)生器連接到時(shí)鐘 SMA 連接器。

將模擬信號(hào)函數(shù)發(fā)生器的輸出連接到 其中一個(gè)帶通濾波器的輸入。

要評(píng)估差分模擬信號(hào)，請(qǐng)驗(yàn)證是否安裝了分流器 在跳線(xiàn) JU1 和 JU2 的引腳 3 和 4 上。連接帶通的輸出 篩選到 SMA 中的差異連接器。

要評(píng)估單端模擬信號(hào)，請(qǐng)驗(yàn)證是否安裝了分流器 在跳線(xiàn) JU2 和 JU3 的引腳 3 和 4 上，并連接 單輸入 SMA 連接器的帶通濾波器。

將其中一根邏輯分析儀接口電纜（吊艙）連接到 方形針頭 J1。

打開(kāi)兩個(gè)電源，并驗(yàn)證測(cè)試點(diǎn)的+1.20V TP4 和帶電壓表的 TP5。如有必要，調(diào)整電位計(jì)R34 獲得+1.20V電壓。

啟用函數(shù)生成器。將時(shí)鐘函數(shù)發(fā)生器設(shè)置為其最大輸出幅度（建議的HP999A為8662mV），時(shí)鐘頻率為f時(shí)鐘= 80兆赫。將模擬信號(hào)函數(shù)發(fā)生器設(shè)置為所需的輸入音，幅度在 10μV 和 999mV 之間。請(qǐng)注意，輸入幅度和頻率必須根據(jù)帶通濾波器的轉(zhuǎn)折頻率進(jìn)行選擇。用于評(píng)估高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的帶通濾波器通常具有非常窄的通帶。為了獲得最佳性能（當(dāng)然，取決于濾波器類(lèi)型和制造商），應(yīng)將輸入音設(shè)置為轉(zhuǎn)折頻率的5%以?xún)?nèi)。由于濾波器會(huì)衰減發(fā)生器的輸出信號(hào)，因此請(qǐng)將發(fā)生器的幅度設(shè)置得略高，以達(dá)到所需的滿(mǎn)量程輸入規(guī)格。

為了正常工作，請(qǐng)鎖相兩個(gè)（三個(gè)，如果測(cè)試雙音IMD）函數(shù)發(fā)生器。

將LA與來(lái)自電路板的外部時(shí)鐘信號(hào)同步，并將LA設(shè)置為在時(shí)鐘的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。

啟用 LA 并開(kāi)始收集數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在軟盤(pán)、LA 硬盤(pán)或通過(guò) LA 的 HPIB 總線(xiàn)進(jìn)行通信的數(shù)據(jù)采集 （DAQ） 板上。

現(xiàn)在，測(cè)試設(shè)置和硬件配置的必要步驟已經(jīng)完成，系統(tǒng)已準(zhǔn)備好從DUT捕獲數(shù)據(jù)，是時(shí)候選擇用于數(shù)據(jù)捕獲和分析的軟件工具了：

LabWindows/CVI?用作 LA 和 DAQ 控制器 板 之間 所需 的 數(shù)據(jù) 捕獲 和 通信 鏈路。（本文將不討論用于此目的的基于 C 的程序例程。

馬特實(shí)驗(yàn)室?是一個(gè)強(qiáng)大的工具，可以對(duì)捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT和動(dòng)態(tài)分析。

為了幫助您了解 MATLAB 程序例程如何分析和繪制高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能，下一節(jié)將回顧一些 FFT 和功率譜基礎(chǔ)知識(shí)。

功率譜、箱、頻譜泄漏和窗口

快速傅里葉變換 （FFT） 和功率譜是測(cè)量和分析來(lái)自捕獲數(shù)據(jù)記錄的信號(hào)的強(qiáng)大工具。它們可以捕獲時(shí)域信號(hào)，測(cè)量其頻率成分，將結(jié)果轉(zhuǎn)換為方便的單位并顯示它們。然而，要執(zhí)行基于FFT的測(cè)量，必須了解所涉及的問(wèn)題和計(jì)算?；贔FT的信號(hào)分析的基本功能是FFT本身和功率譜。兩者都對(duì)于測(cè)量穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)信號(hào)的頻率成分非常有用。FFT通常在采集信號(hào)的時(shí)間間隔內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)頻率成分的平均值。因此，始終建議將FFT用于穩(wěn)態(tài)信號(hào)分析。

雙面到單面功率譜轉(zhuǎn)換

信號(hào)分析中最基本和最重要的計(jì)算是使用FFT從雙側(cè)功率譜轉(zhuǎn)換為單側(cè)功率譜，調(diào)整頻率分辨率并顯示頻譜。功率譜通常返回一個(gè)矩陣，其中包含頻域中時(shí)域信號(hào)功率的雙側(cè)表示。該矩陣中的值與構(gòu)成時(shí)域信號(hào)的每個(gè)頻率分量的幅度平方成正比。

雙側(cè)功率譜圖通常包含負(fù)頻率分量和正頻率分量。然而，實(shí)際的頻率分析工具只關(guān)注頻譜的正半部分，注意真實(shí)信號(hào)的頻譜在直流周?chē)菍?duì)稱(chēng)的。因此，負(fù)頻率信息無(wú)關(guān)緊要。在雙側(cè)頻譜中，一半能量駐留在正頻率中，一半駐留在負(fù)頻率中。因此，要從雙側(cè)頻譜轉(zhuǎn)換為單側(cè)頻譜，請(qǐng)丟棄矩陣的后半部分并將每個(gè)點(diǎn)（DC 除外）乘以 2。

箱和頻率分辨率

頻譜圖x軸上的頻率范圍和分辨率（參見(jiàn)下面的程序代碼提?。┤Q于采樣率和數(shù)據(jù)記錄的大?。ú杉c(diǎn)的數(shù)量）。功率譜中的頻率點(diǎn)或線(xiàn)路數(shù)為 N/2，其中 N 是在時(shí)域中捕獲的信號(hào)點(diǎn)數(shù)。功率譜中的第一條頻率線(xiàn)始終代表直流。最后一條頻率線(xiàn)可以在f處找到樣本/2 - F樣本頻率線(xiàn)以 f 的偶數(shù)間隔間隔樣本/N，通常稱(chēng)為頻率箱或FFT箱（圖3）。

圖3.FFT 圖中頻率/FFT 箱的表示形式。

還可以參考ADC的采樣周期計(jì)算箱：

箱 = f樣本/N = 1/（N ×Δt樣本)

例如，采樣頻率為 f樣本= 82.345MHz，記錄長(zhǎng)度為8，192個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，F(xiàn)FT圖中每條頻率線(xiàn)之間的距離正好是10.052kHz。（請(qǐng)參閱圖1 中定義和測(cè)試高速ADC中的動(dòng)態(tài)參數(shù)，第1部分。)

頻率軸（x軸）的計(jì)算證明采樣頻率決定了頻譜的范圍或帶寬。對(duì)于給定的采樣頻率，時(shí)域中采集的點(diǎn)數(shù)決定了分辨率頻率。為了提高給定頻率范圍的分辨率，可以在相同的采樣頻率下增加數(shù)據(jù)記錄的深度（請(qǐng)參閱下面的程序代碼提取）。

%查找信號(hào)箱編號(hào)，DC = 箱 1 鰭=查找（Dout_dB（1：numpt/2）==最大dB）;

每側(cè)
輸入頻率的%跨度=max（round（numpt/200），5）;
%每個(gè)諧波的近似搜索范圍 側(cè)
跨=2;
%確定功率譜
P=（abs（Dout_spect））.×（abs（Dout_spect））;
%查找直流偏置功率
Pdc=sum（spectP（1：span））;
%提取總信號(hào)功率
Ps=sum（spectP（fin-span：fin+span））;
%矢量/矩陣，用于存儲(chǔ)頻率和功率 信號(hào)和諧波
Fh=[];
%向量/矩陣中的第一個(gè)元素表示 信號(hào)，下一個(gè)元素表示 % 二次諧波，依此類(lèi)推。
Ph=[];

光譜泄漏和窗口功能

窗口函數(shù)在FFT分析中很常見(jiàn)，它們的正確使用在基于FFT的測(cè)量中至關(guān)重要。以下關(guān)于頻譜泄漏的討論強(qiáng)調(diào)需要選擇合適的窗口函數(shù)，并針對(duì)給定應(yīng)用對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)縮放。然而，為了準(zhǔn)確確定頻譜泄漏，使用適當(dāng)?shù)男盘?hào)采集技術(shù)，將雙側(cè)功率譜轉(zhuǎn)換為單側(cè)功率譜，并重新調(diào)整結(jié)果可能是不夠的。為了更好地理解這個(gè)術(shù)語(yǔ)，應(yīng)該在光譜純正弦輸入上執(zhí)行N點(diǎn)FFT。

頻譜泄漏是FFT算法中假設(shè)時(shí)間記錄在所有時(shí)間中精確重復(fù)的結(jié)果，并且該時(shí)間記錄中包含的所有信號(hào)都是周期性的，間隔對(duì)應(yīng)于時(shí)間記錄的長(zhǎng)度。但是，時(shí)間記錄中的非整數(shù)周期數(shù)（f在/f樣本

N窗/ N記錄） 違反此條件并導(dǎo)致光譜泄漏（圖 4）。（請(qǐng)參閱第 2 部分的附錄 1。只有兩種情況可以保證獲得整數(shù)個(gè)周期：

相對(duì)于輸入音的同步采樣

捕獲完全適合時(shí)間的瞬態(tài)信號(hào) 記錄

但是，在大多數(shù)情況下，應(yīng)用程序會(huì)處理未知的靜止裝置3輸入。這意味著不能保證對(duì)整數(shù)個(gè)周期進(jìn)行采樣。頻譜泄漏通過(guò)將給定頻率分量的能量分散到相鄰的頻率線(xiàn)或箱上來(lái)扭曲測(cè)量。選擇合適的窗口功能可以最大限度地減少這種光譜泄漏的影響。

圖4.窗口對(duì)光譜泄漏的影響。

為了充分了解給定的窗口函數(shù)如何影響頻譜，必須仔細(xì)研究窗口的頻率特性。輸入數(shù)據(jù)的窗口化相當(dāng)于將原始信號(hào)的頻譜與窗口的頻譜進(jìn)行卷積。即使對(duì)于相干采樣4，信號(hào)與高度均勻的矩形窗口卷積。這種卷積顯示出典型的正弦函數(shù)特征譜。

窗口的實(shí)頻特性是由一個(gè)主瓣和幾個(gè)旁瓣組成的連續(xù)頻譜。主瓣以時(shí)域中信號(hào)的每個(gè)頻率分量為中心。旁瓣在主瓣兩側(cè)每隔一段時(shí)間接近零。另一方面，F(xiàn)FT產(chǎn)生離散頻譜。窗口的連續(xù)周期頻譜由FFT采樣，就像ADC在時(shí)域中對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣一樣。FFT的每個(gè)頻率線(xiàn)中顯示的是每個(gè)FFT頻率線(xiàn)上連續(xù)卷積頻譜的值。

如果原始信號(hào)的頻率分量與頻率線(xiàn)完全匹配，就像您獲得整數(shù)個(gè)周期時(shí)的情況一樣，則只能看到頻譜的主瓣。旁瓣不會(huì)出現(xiàn)，因?yàn)橹靼陜蓚?cè)的窗口頻譜以bin頻率間隔接近零。如果時(shí)間記錄不包含整數(shù)個(gè)周期，則窗口的連續(xù)頻譜將從主瓣中心偏移，其頻率箱對(duì)應(yīng)于頻率分量和FFT頻率線(xiàn)之差的分?jǐn)?shù)。這種偏移導(dǎo)致旁瓣出現(xiàn)在頻譜中。因此，窗口的旁瓣特性直接影響相鄰頻率分量“泄漏”到相鄰頻率箱的程度。

窗口特性

在選擇合適的窗口之前，有必要定義使用戶(hù)能夠比較窗口的參數(shù)和特征。這些特性包括-3dB主瓣寬度、-6dB主瓣寬度、最大旁瓣電平和旁瓣滾降率（表1）。

窗口的旁瓣的特征在于旁瓣峰值的最大旁瓣電平（定義為相對(duì)于主瓣峰值增益的最大旁瓣電平，以dB為單位）和旁瓣滾降（定義為以dB/十倍頻程或dB/倍頻程為單位的頻率漸近衰減率）。

選擇正確的窗口

不同的窗口適合不同的應(yīng)用。要選擇正確的頻譜窗口，必須猜測(cè)信號(hào)頻率成分。如果信號(hào)包含遠(yuǎn)離目標(biāo)頻率的強(qiáng)干擾頻率分量，則應(yīng)選擇旁瓣具有高滾降速率的窗口。如果強(qiáng)干擾信號(hào)接近目標(biāo)頻率，則具有低最大旁瓣電平的窗口更合適。

如果感興趣的頻段包含兩個(gè)或多個(gè)彼此靠近的信號(hào)，則頻譜分辨率變得很重要。在這種情況下，具有窄主瓣的窗口更好。對(duì)于單個(gè)頻率分量，其重點(diǎn)是幅度精度而不是其在頻率箱中的精確位置，建議使用具有寬主瓣的窗口。最后，建議對(duì)平坦或?qū)拵ьl譜使用相干采樣（而不是窗口）（請(qǐng)參閱下面的程序代碼提取）。

%如果未使用窗口功能，則必須選擇唯一的輸入音，并且與采樣頻率有關(guān)。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)素?cái)?shù)，引入了%輸入音，由f確定在= f樣本×（質(zhì)數(shù)/數(shù)據(jù)記錄大?。?。
%為了放寬這一要求，可以%引入諸如HANNING和HAMING（見(jiàn)下文）之類(lèi)的窗口函數(shù)，但是在不使用窗口函數(shù)的情況下，生成的FFT頻譜中的基本面似乎“更清晰” %。
杜特=杜特;
%Doutw=Dout.×hanning（numpt）;
%Doutw=Dout.×hamming（numpt）;

%執(zhí)行快速傅里葉 變換
Dout_spect=fft（Doutw）;

%重新計(jì)算為dB
Dout_dB=20×log10（abs（Dout_spect））;

%以頻率顯示結(jié)果 具有FFT繪圖
的域;
maxdB=max（Dout_dB（1：numpt/2））;

漢寧窗口功能具有良好的頻率分辨率并減少頻譜泄漏，在大多數(shù)應(yīng)用中都能產(chǎn)生令人滿(mǎn)意的結(jié)果。平頂窗口具有良好的振幅精度，但其寬主瓣的頻率分辨率較差，頻譜泄漏更多。平頂窗口的最大旁瓣電平低于漢寧窗口，但漢寧窗口的滾降速率更快。

僅由瞬態(tài)信號(hào)組成的應(yīng)用應(yīng)該根本沒(méi)有頻譜窗口，因?yàn)樗鼈兺鶗?huì)衰減樣本模塊開(kāi)頭的重要信息。對(duì)于瞬態(tài)信號(hào)，應(yīng)選擇非光譜窗口，例如力或指數(shù)窗口。

選擇合適的窗口并不容易，但如果信號(hào)內(nèi)容未知，可以從漢寧特性開(kāi)始。比較多個(gè)窗口函數(shù)的性能以找到最適合給定應(yīng)用程序的函數(shù)也是一個(gè)好主意。

動(dòng)態(tài)范圍規(guī)格 SNR、SINAD、THD 和 SFDR

根據(jù)您從本文前面部分獲得的知識(shí)，以下程序代碼提取應(yīng)該很容易理解?；贔FT、功率譜以及對(duì)頻譜泄漏和窗口函數(shù)的關(guān)注，使用MATLAB計(jì)算出SNR、SINAD、THD和SFDR規(guī)格如下：

信噪比 = 10×log10（Ps/Pn） SINAD = 10×log10（Ps/（Pn+Pd）） THD = 10×log10（Pd/Ph（1）） SFDR = 10×log10（Ph（1）/max（Ph（2：10））


），

其中Ps是信號(hào)功率，Pn是噪聲功率，Pd是由2次至5次諧波引起的失真功率，Ph（1）是基波諧波功率，Ph（2：10）是2次至9次諧波的諧波功率（有關(guān)功率譜電平，請(qǐng)參見(jiàn)以下程序代碼提?。?/p>

%Find harmonic frequencies and power components in the FFT spectrum
for har_num=1:10
%Input tones greater than fSAMPLE are aliased back into the spectrum
tone=rem((har_num×(fin-1)+1)/numpt,1);
if tone>0.5
%Input tones greater than 0.5×fSAMPLE (after aliasing) are reflected
tone=1-tone;
end
Fh=[Fh tone];
%For this procedure to work, ensure the folded back high order harmonics do not overlap
%with DC or signal or lower order harmonics
har_peak=max(spectP(round(tone×numpt)-spanh:round(tone×numpt)+spanh));
har_bin=find(spectP(round(tone×numpt)-spanh:round(tone×numpt)+spanh)==har_peak);
har_bin=har_bin+round(tone×numpt)-spanh-1;
Ph=[Ph sum(spectP(har_bin-1:har_bin+1))];
end

%Determine the total distortion power
Pd=sum(Ph(2:5));
%Determine the noise power
Pn=sum(spectP(1:numpt/2))-Pdc-Ps-Pd;

format;
A=(max(code)-min(code))/2^numbit
AdB=20×log10(A)
SINAD=10×log10(Ps/(Pn+Pd))
SNR=10×log10(Ps/Pn)
disp('THD is calculated from 2nd through 5th order harmonics');
THD=10×log10(Pd/Ph(1))
SFDR=10×log10(Ph(1)/max(Ph(2:10)))
disp('Signal & Harmonic Power Components:');
HD=10×log10(Ph(1:10)/Ph(1))

基于MATLAB源代碼（見(jiàn)下文），MAX1448不僅針對(duì)其數(shù)據(jù)資料規(guī)格進(jìn)行了測(cè)試，還針對(duì)許多其他過(guò)采樣和欠采樣輸入頻率進(jìn)行了測(cè)試。它在所有條件下都實(shí)現(xiàn)了出色的動(dòng)態(tài)性能。

%示例程序例程，用于生成FFT圖，并根據(jù)HP16500C邏輯分析儀
%System獲取的數(shù)據(jù)記錄確定%a高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的
動(dòng)態(tài)性能。數(shù)據(jù)通過(guò) HPIB 接口提取并讀入以下 MATLAB
%程序例程。可以從 LA
% 的控制器接口中提取相同的數(shù)據(jù)，然后簡(jiǎn)單地復(fù)制到軟盤(pán)上 — 這是一種相當(dāng)耗時(shí)的方法，但有可能。

%啟動(dòng)MAX1448動(dòng)態(tài)性能測(cè)試程序

<disp('HP16500C State Card');
filename=input('Type a:filename or Press RETURN for HPIB Data Transfer: ');
if isempty(filename)
filename = 'listing';
end
fid=fopen(filename,'r');
numpt=input('Data Record Size (Number of Points)? ');
fclk=input('Sampling Frequency (MHz)? ');

%MAX1448 - 10-bit data converter
numbit=10;

%Discard first 13 lines from the data file, which do not contain data
for i=1:13,
fgetl(fid);
end
[v1,count]=fscanf(fid,'%f',[2,numpt]);
fclose(fid);

v1=v1';
code=v1(:,2);

%Display a warning, when the input generates a code greater than full-scale
if (max(code)==2^numbit-1) | (min(code)==0)
disp('Warning: ADC may be clipping!!!');
end

%Plot results in the time domain
figure;
plot([1:numpt],code);
title('TIME DOMAIN')
xlabel('SAMPLES');
ylabel('DIGITAL OUTPUT CODE');

%重新居中數(shù)字正弦波
Dout=code-（2^numbit-1）/2;

%如果未使用窗口函數(shù)，則 輸入音必須選擇唯一，并且與采樣頻率有關(guān)
。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)質(zhì)數(shù)，引入了
%輸入音由下式?jīng)Q定 f在= f樣本*（質(zhì)數(shù)/數(shù)據(jù)記錄大小）。
%為了放寬這一要求，可以
%引入諸如HANNING和HAMING（見(jiàn)下文）之類(lèi)的窗口函數(shù)，但是在不使用窗口函數(shù)的情況下，生成的FFT頻譜中的基本面似乎“更清晰”
%。
Doutw=Dout;
%Doutw=Dout.*hanning（numpt）;
%Doutw=Dout.*hamming（numpt）;

%執(zhí)行快速傅里葉變換
Dout_spect=fft（Doutw）;

%重新計(jì)算為dB
Dout_dB=20*log10（abs（Dout_spect））;

%以頻率顯示結(jié)果 具有FFT繪圖
的域;
maxdB=max（Dout_dB（1：numpt/2））;

%對(duì)于 TTIMD，請(qǐng)使用以下簡(jiǎn)短 常規(guī)，歸一化為 -6.5dB 滿(mǎn)量程。
%plot（[0：numpt/2-1].*fclk/numpt，Dout_dB（1：numpt/2）-maxdB-6.5）;

plot（[0：numpt/2-1].*fclk/numpt，Dout_dB（1：numpt/2）-maxdB）;
grid on;
title('FFT PLOT');
xlabel('ANALOG INPUT FREQUENCY (MHz)');
ylabel('AMPLITUDE (dB)');
a1=axis; axis([a1(1) a1(2) -120 a1(4)]);

%計(jì)算信噪比、正弦、THD 和 SFDR 值
%查找信號(hào)箱編號(hào)， DC = bin 1 fin=find（Dout_dB（1
：numpt/2）==maxdB）;
每側(cè)
輸入頻率的%跨度=max（round（numpt/200），5）;
%每個(gè)諧波的近似搜索范圍 側(cè)
跨=2;
%確定功率譜
P=（abs（Dout_spect））.*（abs（Dout_spect））;
%查找直流偏置功率
Pdc=sum（spectP（1：span））;
%提取總信號(hào)功率
Ps=sum（spectP（fin-span：fin+span））;
%向量/矩陣來(lái)存儲(chǔ)兩者 信號(hào)和諧波
的頻率和功率 Fh=[];
%的 1圣向量/矩陣中的元素 表示信號(hào)，下一個(gè)元素表示
%2德·諧波等
Ph=[];

%查找諧波頻率和功率 FFT 頻譜中的分量
為 har_num=1：10
%輸入音調(diào)大于f樣本混疊回頻譜
tone=rem（（har_num*（fin-1）+1）/numpt，1）;
中頻音調(diào)>0.5
%輸入音調(diào)大于 0.5*f樣本（混疊后）被反射
音調(diào)=1音;
結(jié)束
Fh=[Fh 音調(diào)];
%要使此過(guò)程正常工作，請(qǐng)確保折疊 回高次諧波不與 直流或信號(hào)或低次諧波

重疊%har_peak=max（spectP（round（tone*numpt）-spanh：round（tone*numpt）+spanh））;
har_bin=find（spectP（round（tone*numpt）-spanh：round（tone*numpt）+spanh）==har_peak）;
har_bin=har_bin+圓形（音調(diào)*音調(diào)）-spanh-1;
Ph=[Ph sum（spectP（har_bin-1：har_bin+1））];
結(jié)束

%確定總失真功率
Pd=sum（Ph（2：5））;
%確定噪聲功率
Pn=sum（spectP（1：numpt/2））-Pdc-Ps-Pd;

格式;
A=（max（code）-min（code））/2^numbit
AdB=20*log10（A） SINAD=10*log10（Ps/（Pn+Pd）） SNR=10*log10（Ps/Pn）


disp（'THD is compute 從二階到五階諧波'）;
THD=2*log5（Pd/Ph（10）） SFDR=10*log1（Ph（10）/max（Ph（10：1）））

disp（'Signal & Harmonic 電源組件：'）;
HD=2*log10（Ph（10：10）/Ph（1））

%區(qū)分所有諧波位置 在FFT情節(jié)
hold on;
plot(Fh(2)*fclk,0,'mo',Fh(3)*fclk,0,'cx',Fh(4)*fclk,0,'r+',Fh(5)*fclk,0,'g*',... Fh(6)*fclk,0,'bs',Fh(7)*fclk,0,'bd',Fh(8)*fclk,0,'kv',Fh(9)*fclk,0,'y^');
legend('1st','2nd','3rd','4th','5th','6th','7th','8th','9th');
hold off;

動(dòng)態(tài)范圍規(guī)格，TTIMD

雙音IMD可能是一個(gè)棘手的測(cè)量，因?yàn)樗璧母郊釉O(shè)備（組合兩個(gè)輸入頻率的功率組合器）可能會(huì)產(chǎn)生不需要的互調(diào)產(chǎn)物，從而偽造ADC的互調(diào)失真。您必須遵守以下條件來(lái)優(yōu)化IMD性能，盡管它們使選擇合適的輸入頻率成為一項(xiàng)繁瑣的任務(wù)。 首先，輸入音必須落入輸入濾波器的通帶。如果這些音調(diào)靠近（兆赫茲帶寬為幾十或幾百千赫茲），則還必須選擇適當(dāng)?shù)拇翱诤瘮?shù)。然而，將它們放在太近的位置可能會(huì)允許功率組合器通過(guò)貢獻(xiàn)不需要的二階和三階IMD產(chǎn)品（取決于輸入音在通帶內(nèi)的位置）來(lái)偽造整體IMD讀數(shù)。輸入音調(diào)的間距太遠(yuǎn)可能需要頻率分辨率較低的其他窗口類(lèi)型。 該設(shè)置還需要至少三個(gè)鎖相信號(hào)發(fā)生器。這種要求很少給測(cè)試實(shí)驗(yàn)室?guī)?lái)問(wèn)題，但發(fā)生器具有不同的匹配頻率和幅度的能力。補(bǔ)償此類(lèi)不匹配以實(shí)現(xiàn)（例如）-2.3dB FS雙音包絡(luò)和-0.5dB FS的信號(hào)幅度將增加您的工作量和測(cè)試時(shí)間（請(qǐng)參閱以下程序代碼提?。?/p>

%對(duì)于 TTIMD，請(qǐng)使用以下短例程，歸一化為 -6.5dB 滿(mǎn)量程。
%plot（[0：numpt/2-1].×fclk/numpt，Dout_dB（1：numpt/2）-maxdB-6.5）;
plot（[0：numpt/2-1].×fclk/numpt，Dout_dB（1：numpt/2）-maxdB）;
grid on;
title('FFT PLOT');
xlabel('ANALOG INPUT FREQUENCY (MHz)');
ylabel('AMPLITUDE (dB)');
a1=axis; axis([a1(1) a1(2) -120 a1(4)]);

結(jié)論

除上述幾點(diǎn)外，工程師還面臨著許多其他問(wèn)題，他們?cè)噲D通過(guò)捕獲并分析高速ADC的信號(hào)來(lái)確定其動(dòng)態(tài)范圍。不幸的是，在光譜測(cè)量過(guò)程中很容易出錯(cuò)。但是，通過(guò)了解基于FFT的測(cè)量和相關(guān)計(jì)算，頻譜泄漏的影響以及如何防止它，以及必要的布局技術(shù)和設(shè)備，可以大大減輕數(shù)據(jù)采集和分析的任務(wù)。