通过改善信号发生器的失真来测量宽动态范围数字采集系统

展示数字预失真的实验

采用图4所示的配置，利用任意波形发生器产生10kHz正弦波。频谱分析仪测量信号发生器的失真。10kHz陷波滤波器对基波信号进行衰减，以减小频谱分析仪的失真。


图4：消除谐波的测试配置。

图5所示为陷波滤波器之后的正弦波频谱，无数字预失真。10kHz处的基波为-23dBV；2次谐波为-112dBV，3次谐波为-117dBV。


图5：修正谐波之前的性能。

图6所示为陷波滤波器之后、对装载至信号发生器的内部缓冲器的数字采样进行数字预失真的测试结果。


图6：数字修正之后的性能。

经过数字预失真后，2次谐波从-112dBV降低至-123dBV，3次谐波从-117dBV降低至-124dBV。2次和3次谐波的降低有助于改善总THD。

需要谨慎实施数字预失真，每次降低一种谐波分量。按照式3，将所有与3次谐波相关的参数设置为0，降低2次谐波。从图5可知，FFT中的2次谐波大约为-112dB，相当于2.5μV。在-2.5μV至+2.5μV之间迭代选择A2的值，验证哪种幅值有助于降低2次谐波。经过几次迭代，A2 = -1.5μV可降低2次谐波。也利用φ_2进一步降低谐波。采用A2 = -1.5μV，以及φ_2 = -45°，产生消除2次谐波的最佳效果，如图6所示。利用相同的迭代方法，A3 = -0.5μV与φ_3 = 45°相组合时，产生最佳效果，如图6所示。

对信号发生器进行DPD之后的DAS测量性能

图7所示为消除2次和3次谐波之后DAS在1.6Msps时的性能。


图7：任意波(D/A)模式下的FFT频谱。

使用带有数字预失真的任意波(D/A)模式，MAX11905DIFFEVKIT的动态性能将DAS在1.6 MSPS时测得的THD改善了8dB，从-112dB降为-120dB。

任意波模式对SNR的限制

使用任意波(D/A)模式时的谐波通过数字预失真进行抵消。然而，与使用正弦波(D/A)模式相比，在任意波(D/A)模式下观察到SNR性能下降。

图8所示为DAS在1.6Msps时的性能，使用信号发生器提供的正弦波(D/A)发生器模式。数据表明，与任意波模式相比，该模式下的信号发生器有2dB的SNR改善。


图8：正弦波(D/A)模式下的FFT频谱。

总结

本文介绍了可通过数字预失真技术改善数字信号发生器的THD，从而支持对超低失真DAS进行评估。文章也演示了如何利用陷波滤波器消除基频，从而提高信号分析仪的线性度。测试结果证明，数字预失真将MAX11905DIFEVKIT的THD改善了8.2dB，从-112dB降低至-120.2dB。