本應(yīng)用筆記介紹了一個(gè)總諧波失真（THD）測(cè)試電路，該電路使用有源噪聲放大來消除對(duì)昂貴且通常效率低下的外部濾波器的需求。該電路還可以在比所用測(cè)試夾具的分辨率低幾個(gè)數(shù)量級(jí)的情況下測(cè)量THD。

測(cè)量尖端放大器的低頻（低于100kHz）總諧波失真（THD）存在幾個(gè)問題。當(dāng)放大器設(shè)計(jì)的THD額定值遠(yuǎn)低于大多數(shù)測(cè)試設(shè)備時(shí)，會(huì)出現(xiàn)最困難的問題。這個(gè)問題通常迫使工程師使用昂貴且通常效率低下的外部濾波器進(jìn)行設(shè)計(jì)，并使用高端測(cè)試夾具。

還有另一種方法。本設(shè)計(jì)中的測(cè)試電路使用有源噪聲放大，無需外部濾波器。這種方法允許測(cè)試工程師以比所用測(cè)試夾具的分辨率小幾個(gè)數(shù)量級(jí)的THD測(cè)量。

當(dāng)前的THD測(cè)試電路試圖使用無源放大技術(shù)來強(qiáng)制被測(cè)器件（DUT）進(jìn)行自我校正。這種方法可以通過用小電阻負(fù)載端接失真信號(hào)來產(chǎn)生相當(dāng)大的誤差。但是，生成準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的首選方法是隔離DUT并使用高阻抗緩沖器對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。這種方法需要對(duì)放大器輸出端的失真進(jìn)行有源放大。圖1中的電路在增益級(jí)采用次級(jí)運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)有源放大。

圖1.THD測(cè)試電路采用MAX9632寬帶運(yùn)算放大器。

對(duì)于DUT的輸入信號(hào)，應(yīng)使用具有相當(dāng)?shù)蚑HD（至少-70dB）的可靠信號(hào)源。大多數(shù)頻譜分析儀源都在此范圍內(nèi)工作。輸入源在到達(dá)DUT之前會(huì)失真，因?yàn)樾盘?hào)源并不完美。盡管如此，如果使用低THD源，這種失真可以忽略不計(jì)。輸入信號(hào)通過DUT饋送，這會(huì)使信號(hào)失真。

DUT的輸出現(xiàn)在是輸入信號(hào)和DUT失真（SIG + DIST）乘以設(shè)置增益的組合。DUT可以根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中的規(guī)格進(jìn)行增益和加載。DUT負(fù)端的信號(hào)為SIG + DIST，沒有增益。該信號(hào)連接到次級(jí)放大器的正輸入端。

電路的輸出信號(hào)計(jì)算如下：

VOUT = IBUFFER × 100kΩ + VSIG = VDIST × 1000 + VSIG

次級(jí)放大器設(shè)置在較大的增益（1000V/V）中。但是，不是將增益設(shè)置電阻端接至地，而是端接至SIG。這允許放大失真（DIST），但不能放大輸入信號(hào)。因此，當(dāng)以地為基準(zhǔn)時(shí)，DUT的輸出是原始輸入信號(hào)加上次級(jí)增益乘以DUT的輸出失真。

圖2.該THD電路使用差分輸出來消除主諧波。

如果需要直接測(cè)量諧波，緩沖放大器上的差分放大器配置將消除大量主輸入信號(hào)（圖 2）。由于緩沖放大器電路的CMRR，一定量的信號(hào)仍將到達(dá)輸出，但是，該信號(hào)將被減小，從而不會(huì)影響放大失真的測(cè)量。

差分電路的輸出使用疊加計(jì)算：

VOUT_TOTAL = VOUT_SIG + VOUT_SIG + DIST

圖2中的電路使輸入信號(hào)上的任何微小失真無關(guān)緊要，因?yàn)樗鼫y(cè)量的是DUT的輸出和輸入之間的差異。輸入端的任何失真都將從次級(jí)增益級(jí)中消除。從IC獲取的任何信號(hào)都是通過緩沖放大器的高阻抗輸入完成的。該電路還有一個(gè)額外的好處：它可以在任何同相配置中設(shè)置 DUT，并且易于編輯以適應(yīng)反相條件（圖 3）。

圖 3.反相配置中的 THD 電路。

審核編輯：郭婷