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AN-938: 用于數(shù)字CMOS麥克風(fēng)前置放大器ASIC的數(shù)字和模擬測(cè)量單元

星星科技指導(dǎo)員 ? 來(lái)源:ADI ? 作者:Rebecca Reich ? 2023-06-16 12:06 ? 次閱讀

Rebecca Reich

本應(yīng)用筆記旨在解釋使用音頻分析儀測(cè)量數(shù)字麥克風(fēng)前置放大器的輸入和輸出時(shí)模擬值和數(shù)字值之間的差異。具體而言,檢查以數(shù)字方式(FFS或dBFS)或在模擬域(V或dBV)中測(cè)量時(shí)的峰值和均方根值之間的差異。以下各節(jié)中的一些示例計(jì)算說(shuō)明了各種定義之間的必要轉(zhuǎn)換。

數(shù)字域和模擬域中的單元

系統(tǒng)圖如圖1所示。ASIC 的傳遞函數(shù)標(biāo)記為 A。

模擬域和數(shù)字域之間的轉(zhuǎn)換,當(dāng) a = 1.0 時(shí)

圖1.模擬域和數(shù)字域之間的轉(zhuǎn)換,當(dāng) a = 1.0 時(shí)

一些音頻分析儀使用0 dBFS作為滿量程正弦波的定義,并且這些分析儀的正弦波在數(shù)字域中的均方根和峰值相等。相同的分析儀顯示,與模擬域中均方根電平的定義相比,數(shù)字域輸出端測(cè)得的均方根電平高出3 dB。因此,頂部和底部處于最大數(shù)字碼的方波的均方根值為1.414 FFS或3.01 dBFS,峰值為1.0 FFS或0.0 dBFS,而在模擬域中,相應(yīng)方波的均方根值對(duì)于峰值和均方根值均為0 dBV。

對(duì)于ASIC,有兩種表示傳遞函數(shù)的方式,A:一種是峰值,一種是均方根。這是必需的,因?yàn)閭鬟f函數(shù)A存在3 dB的差異,這是由于使用市售數(shù)字音頻分析儀時(shí)模擬/數(shù)字域中的峰值/均方根定義不一致,如前所述。

從模擬域和數(shù)字域之間轉(zhuǎn)換的一般公式開始,假設(shè)抽取器(跟隨前置放大器輸出)在通帶中的增益為0 dB。

等式1

其中 A 在感興趣的頻段(音頻頻段)中是常數(shù),可以按如下方式估計(jì):

在均方根中,

等式2

在高峰期,

等式3

例如,如果正弦波為 14.1 mV峰施加在ASIC的輸入端,輸出測(cè)量為?22.1 dBFS有效值(與 ?22.1 dBFS 相同峰),則 ASIC 的傳遞函數(shù)計(jì)算如下:

在均方根中,

等式4

在高峰期,

等式5

請(qǐng)注意,峰值增益APEAK比均方根增益ARMS低3 dB。同樣,這是因?yàn)閿?shù)字正弦輸出的均方根和峰值相等。

很多時(shí)候,計(jì)算ASIC的最大輸入幅度(以伏特為單位)以產(chǎn)生滿量程輸出很有趣。設(shè) x(t) 的振幅表示為 VAPEAK,vo[n] 的振幅表示為 VDPEAK。

為了實(shí)現(xiàn)最大滿量程輸出(無(wú)削波),對(duì)應(yīng)于vo[n]的幅度為1.0 FFS,模擬域中輸入的計(jì)算如下:

等式6

測(cè)量麥克風(fēng)前置放大器 ASIC 上的噪聲

另一個(gè)經(jīng)常進(jìn)行的測(cè)量是ASIC(嵌入麥克風(fēng)模塊內(nèi)部)的噪聲水平。麥克風(fēng)前置放大器ASIC的噪聲是通過(guò)抽取ASIC的輸出并將抽取的輸出運(yùn)行到音頻分析儀中,將放大器的輸入保持在0 V來(lái)數(shù)字測(cè)量的。然而,考慮到ASIC的傳遞函數(shù),不僅目標(biāo)輸出端的噪聲,而且噪聲也回饋到輸入端。假設(shè)抽取器通帶內(nèi)的增益為0 dB。如果A加權(quán)噪聲測(cè)量為?87.5 dBFS有效值在ASIC的輸出端,折合到輸入端的噪聲可以計(jì)算如下(使用之前計(jì)算的相同傳遞函數(shù)):

等式7

因此,放大器輸入端的噪聲為5.37 μVVRMS.

總結(jié)

測(cè)量設(shè)備具有不同的解釋滿量程的方法,這會(huì)影響測(cè)試模擬和數(shù)字電路中記錄的值。在某些情況下,均方根的數(shù)字和模擬定義相差約3 dB。

在計(jì)算模擬域和數(shù)字域中的信號(hào)電平時(shí),了解測(cè)量設(shè)備中使用的定義和單位非常重要,并驗(yàn)證這些定義是否與ASIC規(guī)范數(shù)據(jù)手冊(cè)中報(bào)告的值一致。

審核編輯:郭婷

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