音频测试平台受益于新型24位Σ-Δ ADC的卓越SINAD

音频已集成到几乎所有个人电子设备中。走在任何繁忙的城市街道或郊区，您都不能看到各个年龄段的人在日常生活中倾听。在过去五年中，可用的音频设备数量呈天文数字增长。典型的消费者可以访问更广泛的媒体源，以及更广泛的设备来查看和播放内容。这种数字媒体爆炸使全球手机、平板电脑、笔记本电脑和蓝牙扬声器的使用量增加。许多人在家中有一个子集（如果不是全部）这些设备可供他们使用。高保真音频传输是给定的，也是现代用户所期望的。我们的音频系统中静态和不必要的失真的日子已经一去不复返了。我们还看到了在音频播放方面向云的转变。现在有许多流媒体服务在争夺听众，这些服务都以光盘收藏的一小部分价格提供高保真音乐。这一切意味着什么？我们每个人都将利用多种播放媒体来访问现在在线提供的众多音乐、有声读物和播客。音频模块的绝对数量也导致对音频测试平台的需求增加，这需要多功能灵活性和高保真性能。

如果我们展望未来，技术的总体趋势是基础技术不会发生巨大变化，而成品会随着时间的推移逐步改进以实现更高的性能。这种趋势也适用于音频领域。我们想要更多的内存、更强的处理能力、更高的准确性和更高的清晰度。当然，我们希望它比以前更小。随着日常听众对更高质量音频的需求，也看到了同样的趋势。语音识别和语音命令是应用领域的一个例子，它有可能推动对高质量音频系统的需求增加。从智能设备上的语音搜索到家庭自动化系统的任何东西都将采用这种技术。从嘈杂的环境中挑选出用户命令的能力将需要在我们所有的智能设备中部署高质量的硬件。该系统的关键是可实现的动态范围以及滤除任何噪声和干扰的能力。视频会议、虚拟存在和虚拟现实等应用都需要将背景噪音保持在最低限度，以增强用户体验。

设计挑战

正在生产的音频模块数量之多导致了潜在的痛点;我们如何在不影响性能的情况下快速有效地测试这些设备中的每一个？从设备制造商的角度来看，很明显，提高测试速度将降低成本。然而，最终产品的质量不容妥协。牢记这些动机，为现代音频节点设计音频测试平台的关键是;我们希望提高性能，并且希望测试速度比以往任何时候都快。音频测试平台需要实现比以往更低的噪声和失真水平，以快速准确地测量被测设备。

典型消费者需求与专业演播室设备需求之间的差距正在缩小。例如，消费者正在选择更高质量、更复杂的耳机。拥有一个涵盖整个频谱的音频测试平台将是无价的。典型的CD质量音乐需要92 dB至96 dB的动态范围，而模拟麦克风和专业品质的音频则需要120 dB以上的动态范围。1音频测试平台可以覆盖更大比例的这个范围，结合更快的测试时间和更好的测试吞吐量，将满足未来的需求。该音频测试平台将处于理想的位置，既可以满足当前的消费级要求，又能够满足未来更高保真度系统的趋势。

寻找解决方案

寻找一刀切的解决方案可能涉及许多设计难题。将这些要求纳入 现代 音频 测试 平台 可能会 使 测试 系统 设计 人员 遇到 限制 因素。其中一些限制因素可能包括系统成本、设计尺寸和功耗。在许多情况下，与货币或热预算相关的组件性能限制将决定系统性能。有助于缓解这些常见限制的产品是ADI公司的多通道、24位、Ʃ-Δ型ADC。该器件提供 4 声道或 8 声道版本，由于其 SINAD 性能以及许多其他功能，经验证非常适合音频测试领域。

AD7768/AD7768-4 24位ADC适用性

通常，音频测试空间中24位（及以上）的ADC用于高保真音频，以增加动态范围，以24位精度实现。对于信号完整性，我们需要低失真和出色的抗噪性。ADI公司的新型24位Ʃ-Δ型ADC AD7768在8个通道上具有无与伦比的噪声和THD性能，并允许根据音频带宽调整输出数据速率。这使其成为音频空间的逻辑契合。THD 性能通常为 –120 dB。

AD7768/AD7768-4的宽带、低纹波数字滤波器也适合音频应用。这可以允许六种不同的抽取率，因此用户可以构建他们感兴趣的带宽。AD7768提供105 dB的阻带衰减，可以提供尖锐的砖墙频率响应，保持目标信号不变，同时将噪声保持在最低水平。

AD7768/AD7768-4之所以成为出色的音频测试平台，是因为它能够适应现代测试平台。我们看到了小尺寸模块化仪器的趋势。AD7768/AD7768-4集成了多个通道，可实现更小的系统，提高通道密度。AD7768/AD7768-4能够将通道间串扰降至最低，同时允许同时测试器件，这是一个关键的差异化因素。作为可配置测试平台的基石，它解决了许多关键的设计难题。它特别适用于功耗也是关键考虑因素的模块化系统。

该性能的示例如图1所示为AD7768/AD7768-4 IMD结果。该图显示了–135.2 dB的出色二阶IMD结果和–129.3 dB的三阶IMD。AD7768/AD7768-4 IMD测试符合CCIF标准，其中器件施加两个相同幅度的输入频率。由此产生的FFT显示了这两个频率的交调的存在（或缺乏），出现在得到的和频和差频箱中。在这种情况下，中心频率为10 kHz，频率偏移为600 Hz。 IMD测试通常用于测试音频设备是否存在由两个或多个音调混合引起的不需要的节拍信号。2如果在播放音乐流时出现这些音调，它们会导致不必要的失真。与原始的高保真音频文件相比，这种失真会产生嘈杂、令人不快的声音。

图1.AD7768/AD7768-4 IMD，输入信号为9.7 kHz和10.3 kHz

测试用例

为了探索AD7768/AD7768-4如何适应音频测试领域，我们进行了典型的音频测试实验，以展示不同消费类音频器件的性能，以及如何利用AD7768/AD7768-4测试每种器件。该测试将AD7768评估板EVAL-AD7768FMCZ与SDP-H1平台配合使用。

此测试用例涉及测试不同质量的多个音频源并比较每个音频源的性能。考虑了许多可能的测试音，例如IMD音，对数线性调频和电平测试。

选择的两个测试音是：

–60 dBFS 时为 1 kHz 正弦波。该测试对于动态范围测试很有用，因为它可以防止设备静音，从而人为地使输出安静。3

IMD SMPTE测试，60 Hz/7 kHz，4：1（12 dB 比率），–20 dBFS。IMD测试显示了非线性失真产物，这是多音混合的结果。在这种情况下，7 kHz 信号由 7 kHz ±60 Hz 的 60 Hz 音调调制。

配置

为了将AD7768调谐到所需带宽，我们必须首先进行一些计算，以计算出所需的主时钟（MCLK）。该MCLK与特定的抽取率相结合，使我们能够调整AD7768/AD7768-4的输出数据速率。在这种情况下，使用的MCLK为12.288 MHz，抽取率为×64，ODR为48 kSPS。其他组合可用于功率与带宽的权衡。有关更多信息，请参见数据手册第41页的时钟、采样树和功耗调节部分。

典型设置如图2所示。此设置使用EVAL-AD7768FMCZ板，该板已从板载SMB连接器交流耦合到音频设备。在八个通道上可以同时测试多达四个立体声输出，每个立体声设备具有左声道和右声道。可以对该电路进行进一步优化，以提高系统性能。例如，增加一个高通滤波器来消除20 Hz以下的噪声。

图2.接线图。

结果

 

装置	频率（赫兹）	动态范围（分贝）	IMD 二阶 （dB）	IMD 三阶 （dB）
已知良好的源	1000.5	101.2	–143.4	–139.2
移动电话	1000.5	101.2	–121.3	–125.8
笔记本	1000.5	89.6	–119.4	–119.5
通过蓝牙链接的手机	1000.5	93.7	–110.6	–118.3
MP3播放器	997.6	99	–94.9	–104.7

 

从表1中，我们可以看到低幅度输入信号和IMD测试的结果范围因器件而异。特别令人感兴趣的是，廉价的MP3播放器显示出良好的动态范围，但在IMD测试中，很明显引入了明显的失真。该器件的频率输出表明其质量不足，并且可能测试的最大IMD电平受到该器件输出驱动能力的限制。因此，所有设备的测试音限制为–20 dBFS，以便进行相等的比较。

笔记本电脑的音频输出有许多不同的驱动程序和处理选项。这些已被开发以匹配人耳的反应以获得更悦耳的声音，但会导致某些频率被改变。因此，当关闭这些效果时，笔记本电脑实际上显示出最差的动态范围性能，而实际上听起来与其他来源一样好。

图 3 显示了从已知良好的源（橙色）到质量差的 MP3 播放器（绿色）在设备上看到的 IMD 范围。IMD产品在7 kHz和±60 Hz下对于MP3播放器和手机都清晰可见。

图3.IMD SMPTE测试样本，7 kHz输入。

AD7768/AD7768-4 解决方案差异化因素

AD7768/AD7768-4的最大输出数据速率（ODR）为256 kSPS。该ODR可根据应用需求调整主时钟（MCLK）和/或抽取率，调谐至48 kSPS、96 kSPS或192 kSPS的典型音频带宽。这在功耗敏感型应用中特别有用，特别是与其他音频ADC相比，AD7768/AD7768-4的每通道功耗相对较低。对于需要在较大带宽下实现高动态范围的其他应用（如声纳）来说，它也非常宝贵。

许多现代测试平台正在向模块化系统发展，其中热要求成为一个问题。AD7768/AD7768-4允许用户以信号带宽或动态范围换取功耗，从而提供更广泛的用途。这种灵活性如图4所示，其中绘制了动态范围与ODR的关系图。除了这种灵活性之外，AD7768/AD7768-4还有几种在器件级和系统级节省功耗的方法。有关更多详细信息，请参阅数据手册。

图4.动态范围与 ODR（每通道）。

测试速度

可以同时并行测试八个通道或四个立体声设备。这意味着 测试 速度 或 测试 成本 现在 除以 4 — 这是 测试 系统 的 关键 因素。随着我们环境中音频模块数量的增加，未来的音频测试平台将越来越关注测试成本。通道密度很重要的应用是采用 7.1 环绕声的家庭影院系统。

卓越性能

通过组合多个通道，可以进一步提高终端系统可实现的性能。如图4所示，将四个通道合二为一，动态范围最多可提高6 dB。

更小的外形

多声道音频平台可能有大小限制。这可能是因为通道密度增加、系统有限、工厂占地面积或转向模块化台式仪器。将 8 个 ADC 组合 到 一个 封装 中， 使 系统 能够 顺应 仪器 化 尺寸 的 趋势。

总结

音频模块的数量正在增加，对这些设备的质量要求也在不断提高。这将导致对现代音频测试平台的需求增加。现代音频测试平台需要具有高性能、适应性、可重新配置和快速运行，以超越这些需求并迎合未来更多智能设备的需求。家庭自动化、语音识别和语音转文本应用程序不是未来的概念，而是现实。随着 语音 控制 和 类似 技术 的 进一步发展 和 扩展， 测试 平台 的 负担 也 增加。AD7768/AD7768-4可以在这方面提供帮助。测试结果显示了AD7768如何用于测试目前市场上的各种音频器件，从低端器件到高保真度系统。

审核编辑：郭婷