更好、更快的開環(huán)增益測試方法
圖1 一個基本的反饋系統(tǒng)
問：您說得有道理。我有一個實際的項目，希望得到您的建議。
答：請講。
問：為了驗證最近一個項目是否合格，我一直在使用一個可編程反饋網(wǎng)絡，并且要求收集實際的數(shù)據(jù)，以驗證其是否達到了所要求的性能。為了收集數(shù)據(jù)，我估算了一下已有的測試設備，然后把它們連接起來，組成了一個簡陋的開環(huán)測試系統(tǒng)，其中使用了一個通用接口總線IEEE-488接口板，一個簡單的數(shù)字示波器，一個任意函數(shù)發(fā)生器(見圖2)。
圖2 測試系統(tǒng)的功能模型
我使用了現(xiàn)有的GPIB 接口開發(fā)軟件庫，寫好了程序，以此來收集繪制伯德圖所用的數(shù)據(jù)點，這非常象我們在工科大學中學到的手工繪制伯德圖。將函數(shù)發(fā)生器設置為輸出正弦波，逐漸改變正弦波的頻率，以此作為系統(tǒng)的“輸入”。然后，用示波器測量出系統(tǒng)的輸入和輸出，并以此計算出給定頻率點上的增益。
答：那么結(jié)果怎樣？
問：在對被測器件經(jīng)過反反復復的多次測試之后，利用標準的實驗室設備進行開環(huán)測量而超出預定時間的問題就顯現(xiàn)了出來。高精度的測量需要許多數(shù)據(jù)點，而對于每個數(shù)據(jù)點，僅僅為了在軟件和測試設備之間交換數(shù)據(jù)，就需要花費大量的時間。示波器的分辨率也成為其中的一個原因：在輸入幅度很小的時候，由于噪聲占據(jù)了系統(tǒng)的主要成分而使觸發(fā)變得非常困難。我也觀察到了間歇性的錯誤樣點(見圖3)。對錯誤樣點進行分析，我發(fā)現(xiàn)這些錯誤的樣點是在測試設備完成更新之前出現(xiàn)的，這實際上是一個系統(tǒng)穩(wěn)定時間的問題。到最后，每個測試不可思議地花費了大約35分鐘的時間。在分析測試中如何使用這些時間的時候，我發(fā)現(xiàn)，對于每個數(shù)據(jù)點，大部分時間是用于主機與測試設備之間的通訊，而不是用于實際的測試。
圖3 同一結(jié)構(gòu)的三個不同測試中所采集到的數(shù)據(jù)樣點
答：如果用硬件功能來代替軟件程序，那么，執(zhí)行時間將可得到改善。例如，在可編程器件上使用已有的I2C串行總線，那么，在傳送ASCII 字符以形成文本式命令消息的時候就會占用較短的時間。這樣調(diào)整之后，測試環(huán)路中省去了幾個抽象層和命令解釋的操作，結(jié)果是實現(xiàn)了對系統(tǒng)操作精確和直接的控制。
問：那么，實現(xiàn)這樣的測試方式將需要哪些硬件電路呢？
答：使用寬帶直接數(shù)字頻率合成器(DDS)，例如AD59321以取代函數(shù)發(fā)生器。這個DDS可以給你的設計提供極好的頻率范圍和高品質(zhì)的正弦波輸出。當使用AD83072對數(shù)放大器和一個差分放大器之后，增益的測量就變得非常簡單。而最后一個關鍵性的采集系統(tǒng)硬件是一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用以取代數(shù)字示波器。利用一個多通道輸入的ADC，比如AD79923或者AD79944將會降低系統(tǒng)的總費用，這樣，我們可以使用其中的兩個已有通道來采集對數(shù)放大器的結(jié)果，然后用軟件來完成差值計算。改變之后的測試結(jié)構(gòu)如圖4 所示。
圖4 新的測試系統(tǒng)框圖
問：采用對數(shù)放大器的增益測量方法是如何進行的？
答：在ac輸入的情況下，低成本和使用方便的對數(shù)放大器AD8307會在50歐姆的負載上產(chǎn)生一個dc輸出，該輸出等價于25mV/dB的輸入功率(0.5V每十倍電壓)。AD8307具有92 dB的動態(tài)范圍，可以用來測量高增益開環(huán)電路中存在的非常小的輸入信號。當你實際上不是去驅(qū)動50 歐姆負載的時候，這個方案將允許你使用兩個AD8307器件的輸出之間的差值來計算增益(以dB計算)，而這兩個放大器所測試的是信號的輸入和輸出。
問：你可否對此作更為詳細的解釋？
答：我們簡單地回顧一下對數(shù)的計算方法：
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