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一个完美的DDS正弦波信号音生成器详细介绍
李鸿
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在测试和验证分辨率高于 16 位的高精度快速模数转换器（ADC）的交流性能时，需要用到近乎完美的正弦波生成器，该生成器至少支持 0 kHz 至 20 kHz 音频带宽。通常会使用价格高昂的实验室仪器仪表来执行这些评估和特性表征，例如 Audio Precision 提供的音频分析仪 AP27xx 或 APx5xx 系列。大多数情况下，24 位或更高分辨率的现代高速 SAR 和宽带Σ-Δ ADC 都采用单电源和全差分输入，因此要求用于 DUT 的信号源具备准确的直流和交流性能，同时提供全差分输出（180°错相）。同样，这款交流生成器的噪声和失真水平应该远优于这些 ADC 的规格，根据大部分供应商提供的规格，其本底噪声水平远低于 –140 dBc，失真水平低于–120 dBc，输入信号音频率为 1 kHz 或 2 kHz，最高可达 20 kHz。有关适合高分辨率带宽 ADC 的典型测试台的典型测试配置，请参考图 1。最关键的元件就是正弦波生成器（单信号音或多信号音），其中基于软件的直接数字频率合成器（DDS）可以提供完全的灵活性、极高的频率分辨率和时钟同步性能，利用数据采集系统来执行相干取样，以避免泄漏和 FFT 窗口滤波。因为成本只有音频精密分析仪的几分之一，所以能够基于直接数字频率合成（DDFS）原理设计非常精准的正弦波生成器，但需要通过软件在 SHARC 处理器等浮点 DSP 处理器上实现。一个相当快的浮点 DSP 将能满足实时性要求，以及所有算法和处理条件，以达到先进的 SAR ADC 所设置的失真和噪声性能水平。通过利用 SHARC 内核架构的全字数据长度（32 位或 64 位定点格式）来实施 NCO 相位累加，利用专有的 40 位浮点扩展精度来执行正弦近似函数，以及利用数字滤波器来确定频谱形状，量化效应（回转噪声和截断噪声）得到大幅降低，与用于信号重构的数模转换器（DAC）缺点相比，这种效应可以忽略不计。
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