音頻測試平臺受益于新型24位Σ-Δ ADC的卓越SINAD

音頻已集成到幾乎所有個人電子設備中。走在任何繁忙的城市街道或郊區(qū)，您都不能看到各個年齡段的人在日常生活中傾聽。在過去五年中，可用的音頻設備數(shù)量呈天文數(shù)字增長。典型的消費者可以訪問更廣泛的媒體源，以及更廣泛的設備來查看和播放內容。這種數(shù)字媒體爆炸使全球手機、平板電腦、筆記本電腦和藍牙揚聲器的使用量增加。許多人在家中有一個子集（如果不是全部）這些設備可供他們使用。高保真音頻傳輸是給定的，也是現(xiàn)代用戶所期望的。我們的音頻系統(tǒng)中靜態(tài)和不必要的失真的日子已經一去不復返了。我們還看到了在音頻播放方面向云的轉變。現(xiàn)在有許多流媒體服務在爭奪聽眾，這些服務都以光盤收藏的一小部分價格提供高保真音樂。這一切意味著什么？我們每個人都將利用多種播放媒體來訪問現(xiàn)在在線提供的眾多音樂、有聲讀物和播客。音頻模塊的絕對數(shù)量也導致對音頻測試平臺的需求增加，這需要多功能靈活性和高保真性能。

如果我們展望未來，技術的總體趨勢是基礎技術不會發(fā)生巨大變化，而成品會隨著時間的推移逐步改進以實現(xiàn)更高的性能。這種趨勢也適用于音頻領域。我們想要更多的內存、更強的處理能力、更高的準確性和更高的清晰度。當然，我們希望它比以前更小。隨著日常聽眾對更高質量音頻的需求，也看到了同樣的趨勢。語音識別和語音命令是應用領域的一個例子，它有可能推動對高質量音頻系統(tǒng)的需求增加。從智能設備上的語音搜索到家庭自動化系統(tǒng)的任何東西都將采用這種技術。從嘈雜的環(huán)境中挑選出用戶命令的能力將需要在我們所有的智能設備中部署高質量的硬件。該系統(tǒng)的關鍵是可實現(xiàn)的動態(tài)范圍以及濾除任何噪聲和干擾的能力。視頻會議、虛擬存在和虛擬現(xiàn)實等應用都需要將背景噪音保持在最低限度，以增強用戶體驗。

設計挑戰(zhàn)

正在生產的音頻模塊數(shù)量之多導致了潛在的痛點;我們如何在不影響性能的情況下快速有效地測試這些設備中的每一個？從設備制造商的角度來看，很明顯，提高測試速度將降低成本。然而，最終產品的質量不容妥協(xié)。牢記這些動機，為現(xiàn)代音頻節(jié)點設計音頻測試平臺的關鍵是;我們希望提高性能，并且希望測試速度比以往任何時候都快。音頻測試平臺需要實現(xiàn)比以往更低的噪聲和失真水平，以快速準確地測量被測設備。

典型消費者需求與專業(yè)演播室設備需求之間的差距正在縮小。例如，消費者正在選擇更高質量、更復雜的耳機。擁有一個涵蓋整個頻譜的音頻測試平臺將是無價的。典型的CD質量音樂需要92 dB至96 dB的動態(tài)范圍，而模擬麥克風和專業(yè)品質的音頻則需要120 dB以上的動態(tài)范圍。1音頻測試平臺可以覆蓋更大比例的這個范圍，結合更快的測試時間和更好的測試吞吐量，將滿足未來的需求。該音頻測試平臺將處于理想的位置，既可以滿足當前的消費級要求，又能夠滿足未來更高保真度系統(tǒng)的趨勢。

尋找解決方案

尋找一刀切的解決方案可能涉及許多設計難題。將這些要求納入 現(xiàn)代 音頻 測試 平臺 可能會 使 測試 系統(tǒng) 設計 人員 遇到 限制 因素。其中一些限制因素可能包括系統(tǒng)成本、設計尺寸和功耗。在許多情況下，與貨幣或熱預算相關的組件性能限制將決定系統(tǒng)性能。有助于緩解這些常見限制的產品是ADI公司的多通道、24位、?-Δ型ADC。該器件提供 4 聲道或 8 聲道版本，由于其 SINAD 性能以及許多其他功能，經驗證非常適合音頻測試領域。

AD7768/AD7768-4 24位ADC適用性

通常，音頻測試空間中24位（及以上）的ADC用于高保真音頻，以增加動態(tài)范圍，以24位精度實現(xiàn)。對于信號完整性，我們需要低失真和出色的抗噪性。ADI公司的新型24位?-Δ型ADC AD7768在8個通道上具有無與倫比的噪聲和THD性能，并允許根據音頻帶寬調整輸出數(shù)據速率。這使其成為音頻空間的邏輯契合。THD 性能通常為 –120 dB。

AD7768/AD7768-4的寬帶、低紋波數(shù)字濾波器也適合音頻應用。這可以允許六種不同的抽取率，因此用戶可以構建他們感興趣的帶寬。AD7768提供105 dB的阻帶衰減，可以提供尖銳的磚墻頻率響應，保持目標信號不變，同時將噪聲保持在最低水平。

AD7768/AD7768-4之所以成為出色的音頻測試平臺，是因為它能夠適應現(xiàn)代測試平臺。我們看到了小尺寸模塊化儀器的趨勢。AD7768/AD7768-4集成了多個通道，可實現(xiàn)更小的系統(tǒng)，提高通道密度。AD7768/AD7768-4能夠將通道間串擾降至最低，同時允許同時測試器件，這是一個關鍵的差異化因素。作為可配置測試平臺的基石，它解決了許多關鍵的設計難題。它特別適用于功耗也是關鍵考慮因素的模塊化系統(tǒng)。

該性能的示例如圖1所示為AD7768/AD7768-4 IMD結果。該圖顯示了–135.2 dB的出色二階IMD結果和–129.3 dB的三階IMD。AD7768/AD7768-4 IMD測試符合CCIF標準，其中器件施加兩個相同幅度的輸入頻率。由此產生的FFT顯示了這兩個頻率的交調的存在（或缺乏），出現(xiàn)在得到的和頻和差頻箱中。在這種情況下，中心頻率為10 kHz，頻率偏移為600 Hz。 IMD測試通常用于測試音頻設備是否存在由兩個或多個音調混合引起的不需要的節(jié)拍信號。2如果在播放音樂流時出現(xiàn)這些音調，它們會導致不必要的失真。與原始的高保真音頻文件相比，這種失真會產生嘈雜、令人不快的聲音。

圖1.AD7768/AD7768-4 IMD，輸入信號為9.7 kHz和10.3 kHz

測試用例

為了探索AD7768/AD7768-4如何適應音頻測試領域，我們進行了典型的音頻測試實驗，以展示不同消費類音頻器件的性能，以及如何利用AD7768/AD7768-4測試每種器件。該測試將AD7768評估板EVAL-AD7768FMCZ與SDP-H1平臺配合使用。

此測試用例涉及測試不同質量的多個音頻源并比較每個音頻源的性能?？紤]了許多可能的測試音，例如IMD音，對數(shù)線性調頻和電平測試。

選擇的兩個測試音是：

–60 dBFS 時為 1 kHz 正弦波。該測試對于動態(tài)范圍測試很有用，因為它可以防止設備靜音，從而人為地使輸出安靜。3

IMD SMPTE測試，60 Hz/7 kHz，4：1（12 dB 比率），–20 dBFS。IMD測試顯示了非線性失真產物，這是多音混合的結果。在這種情況下，7 kHz 信號由 7 kHz ±60 Hz 的 60 Hz 音調調制。

配置

為了將AD7768調諧到所需帶寬，我們必須首先進行一些計算，以計算出所需的主時鐘（MCLK）。該MCLK與特定的抽取率相結合，使我們能夠調整AD7768/AD7768-4的輸出數(shù)據速率。在這種情況下，使用的MCLK為12.288 MHz，抽取率為×64，ODR為48 kSPS。其他組合可用于功率與帶寬的權衡。有關更多信息，請參見數(shù)據手冊第41頁的時鐘、采樣樹和功耗調節(jié)部分。

典型設置如圖2所示。此設置使用EVAL-AD7768FMCZ板，該板已從板載SMB連接器交流耦合到音頻設備。在八個通道上可以同時測試多達四個立體聲輸出，每個立體聲設備具有左聲道和右聲道?？梢詫υ撾娐愤M行進一步優(yōu)化，以提高系統(tǒng)性能。例如，增加一個高通濾波器來消除20 Hz以下的噪聲。

圖2.接線圖。

結果

從表1中，我們可以看到低幅度輸入信號和IMD測試的結果范圍因器件而異。特別令人感興趣的是，廉價的MP3播放器顯示出良好的動態(tài)范圍，但在IMD測試中，很明顯引入了明顯的失真。該器件的頻率輸出表明其質量不足，并且可能測試的最大IMD電平受到該器件輸出驅動能力的限制。因此，所有設備的測試音限制為–20 dBFS，以便進行相等的比較。

筆記本電腦的音頻輸出有許多不同的驅動程序和處理選項。這些已被開發(fā)以匹配人耳的反應以獲得更悅耳的聲音，但會導致某些頻率被改變。因此，當關閉這些效果時，筆記本電腦實際上顯示出最差的動態(tài)范圍性能，而實際上聽起來與其他來源一樣好。

圖 3 顯示了從已知良好的源（橙色）到質量差的 MP3 播放器（綠色）在設備上看到的 IMD 范圍。IMD產品在7 kHz和±60 Hz下對于MP3播放器和手機都清晰可見。

圖3.IMD SMPTE測試樣本，7 kHz輸入。

AD7768/AD7768-4 解決方案差異化因素

AD7768/AD7768-4的最大輸出數(shù)據速率（ODR）為256 kSPS。該ODR可根據應用需求調整主時鐘（MCLK）和/或抽取率，調諧至48 kSPS、96 kSPS或192 kSPS的典型音頻帶寬。這在功耗敏感型應用中特別有用，特別是與其他音頻ADC相比，AD7768/AD7768-4的每通道功耗相對較低。對于需要在較大帶寬下實現(xiàn)高動態(tài)范圍的其他應用（如聲納）來說，它也非常寶貴。

許多現(xiàn)代測試平臺正在向模塊化系統(tǒng)發(fā)展，其中熱要求成為一個問題。AD7768/AD7768-4允許用戶以信號帶寬或動態(tài)范圍換取功耗，從而提供更廣泛的用途。這種靈活性如圖4所示，其中繪制了動態(tài)范圍與ODR的關系圖。除了這種靈活性之外，AD7768/AD7768-4還有幾種在器件級和系統(tǒng)級節(jié)省功耗的方法。有關更多詳細信息，請參閱數(shù)據手冊。

圖4.動態(tài)范圍與 ODR（每通道）。

測試速度

可以同時并行測試八個通道或四個立體聲設備。這意味著 測試 速度 或 測試 成本 現(xiàn)在 除以 4 — 這是 測試 系統(tǒng) 的 關鍵 因素。隨著我們環(huán)境中音頻模塊數(shù)量的增加，未來的音頻測試平臺將越來越關注測試成本。通道密度很重要的應用是采用 7.1 環(huán)繞聲的家庭影院系統(tǒng)。

卓越性能

通過組合多個通道，可以進一步提高終端系統(tǒng)可實現(xiàn)的性能。如圖4所示，將四個通道合二為一，動態(tài)范圍最多可提高6 dB。

更小的外形

多聲道音頻平臺可能有大小限制。這可能是因為通道密度增加、系統(tǒng)有限、工廠占地面積或轉向模塊化臺式儀器。將 8 個 ADC 組合 到 一個 封裝 中， 使 系統(tǒng) 能夠 順應 儀器 化 尺寸 的 趨勢。

總結

音頻模塊的數(shù)量正在增加，對這些設備的質量要求也在不斷提高。這將導致對現(xiàn)代音頻測試平臺的需求增加?，F(xiàn)代音頻測試平臺需要具有高性能、適應性、可重新配置和快速運行，以超越這些需求并迎合未來更多智能設備的需求。家庭自動化、語音識別和語音轉文本應用程序不是未來的概念，而是現(xiàn)實。隨著 語音 控制 和 類似 技術 的 進一步發(fā)展 和 擴展， 測試 平臺 的 負擔 也 增加。AD7768/AD7768-4可以在這方面提供幫助。測試結果顯示了AD7768如何用于測試目前市場上的各種音頻器件，從低端器件到高保真度系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷