音頻測(cè)試平臺(tái)受益于新型24位Σ-Δ ADC的卓越SINAD

音頻已集成到幾乎所有個(gè)人電子設(shè)備中。走在任何繁忙的城市街道或郊區(qū)，您都不能看到各個(gè)年齡段的人在日常生活中傾聽。在過去五年中，可用的音頻設(shè)備數(shù)量呈天文數(shù)字增長。典型的消費(fèi)者可以訪問更廣泛的媒體源，以及更廣泛的設(shè)備來查看和播放內(nèi)容。這種數(shù)字媒體爆炸使全球手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦和藍(lán)牙揚(yáng)聲器的使用量增加。許多人在家中有一個(gè)子集（如果不是全部）這些設(shè)備可供他們使用。高保真音頻傳輸是給定的，也是現(xiàn)代用戶所期望的。我們的音頻系統(tǒng)中靜態(tài)和不必要的失真的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。我們還看到了在音頻播放方面向云的轉(zhuǎn)變。現(xiàn)在有許多流媒體服務(wù)在爭(zhēng)奪聽眾，這些服務(wù)都以光盤收藏的一小部分價(jià)格提供高保真音樂。這一切意味著什么？我們每個(gè)人都將利用多種播放媒體來訪問現(xiàn)在在線提供的眾多音樂、有聲讀物和播客。音頻模塊的絕對(duì)數(shù)量也導(dǎo)致對(duì)音頻測(cè)試平臺(tái)的需求增加，這需要多功能靈活性和高保真性能。

如果我們展望未來，技術(shù)的總體趨勢(shì)是基礎(chǔ)技術(shù)不會(huì)發(fā)生巨大變化，而成品會(huì)隨著時(shí)間的推移逐步改進(jìn)以實(shí)現(xiàn)更高的性能。這種趨勢(shì)也適用于音頻領(lǐng)域。我們想要更多的內(nèi)存、更強(qiáng)的處理能力、更高的準(zhǔn)確性和更高的清晰度。當(dāng)然，我們希望它比以前更小。隨著日常聽眾對(duì)更高質(zhì)量音頻的需求，也看到了同樣的趨勢(shì)。語音識(shí)別和語音命令是應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)例子，它有可能推動(dòng)對(duì)高質(zhì)量音頻系統(tǒng)的需求增加。從智能設(shè)備上的語音搜索到家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的任何東西都將采用這種技術(shù)。從嘈雜的環(huán)境中挑選出用戶命令的能力將需要在我們所有的智能設(shè)備中部署高質(zhì)量的硬件。該系統(tǒng)的關(guān)鍵是可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)范圍以及濾除任何噪聲和干擾的能力。視頻會(huì)議、虛擬存在和虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用都需要將背景噪音保持在最低限度，以增強(qiáng)用戶體驗(yàn)。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

正在生產(chǎn)的音頻模塊數(shù)量之多導(dǎo)致了潛在的痛點(diǎn);我們?nèi)绾卧诓挥绊懶阅艿那闆r下快速有效地測(cè)試這些設(shè)備中的每一個(gè)？從設(shè)備制造商的角度來看，很明顯，提高測(cè)試速度將降低成本。然而，最終產(chǎn)品的質(zhì)量不容妥協(xié)。牢記這些動(dòng)機(jī)，為現(xiàn)代音頻節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)音頻測(cè)試平臺(tái)的關(guān)鍵是;我們希望提高性能，并且希望測(cè)試速度比以往任何時(shí)候都快。音頻測(cè)試平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)比以往更低的噪聲和失真水平，以快速準(zhǔn)確地測(cè)量被測(cè)設(shè)備。

典型消費(fèi)者需求與專業(yè)演播室設(shè)備需求之間的差距正在縮小。例如，消費(fèi)者正在選擇更高質(zhì)量、更復(fù)雜的耳機(jī)。擁有一個(gè)涵蓋整個(gè)頻譜的音頻測(cè)試平臺(tái)將是無價(jià)的。典型的CD質(zhì)量音樂需要92 dB至96 dB的動(dòng)態(tài)范圍，而模擬麥克風(fēng)和專業(yè)品質(zhì)的音頻則需要120 dB以上的動(dòng)態(tài)范圍。1音頻測(cè)試平臺(tái)可以覆蓋更大比例的這個(gè)范圍，結(jié)合更快的測(cè)試時(shí)間和更好的測(cè)試吞吐量，將滿足未來的需求。該音頻測(cè)試平臺(tái)將處于理想的位置，既可以滿足當(dāng)前的消費(fèi)級(jí)要求，又能夠滿足未來更高保真度系統(tǒng)的趨勢(shì)。

尋找解決方案

尋找一刀切的解決方案可能涉及許多設(shè)計(jì)難題。將這些要求納入 現(xiàn)代 音頻 測(cè)試 平臺(tái) 可能會(huì) 使 測(cè)試 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 人員 遇到 限制 因素。其中一些限制因素可能包括系統(tǒng)成本、設(shè)計(jì)尺寸和功耗。在許多情況下，與貨幣或熱預(yù)算相關(guān)的組件性能限制將決定系統(tǒng)性能。有助于緩解這些常見限制的產(chǎn)品是ADI公司的多通道、24位、?-Δ型ADC。該器件提供 4 聲道或 8 聲道版本，由于其 SINAD 性能以及許多其他功能，經(jīng)驗(yàn)證非常適合音頻測(cè)試領(lǐng)域。

AD7768/AD7768-4 24位ADC適用性

通常，音頻測(cè)試空間中24位（及以上）的ADC用于高保真音頻，以增加動(dòng)態(tài)范圍，以24位精度實(shí)現(xiàn)。對(duì)于信號(hào)完整性，我們需要低失真和出色的抗噪性。ADI公司的新型24位?-Δ型ADC AD7768在8個(gè)通道上具有無與倫比的噪聲和THD性能，并允許根據(jù)音頻帶寬調(diào)整輸出數(shù)據(jù)速率。這使其成為音頻空間的邏輯契合。THD 性能通常為 –120 dB。

AD7768/AD7768-4的寬帶、低紋波數(shù)字濾波器也適合音頻應(yīng)用。這可以允許六種不同的抽取率，因此用戶可以構(gòu)建他們感興趣的帶寬。AD7768提供105 dB的阻帶衰減，可以提供尖銳的磚墻頻率響應(yīng)，保持目標(biāo)信號(hào)不變，同時(shí)將噪聲保持在最低水平。

AD7768/AD7768-4之所以成為出色的音頻測(cè)試平臺(tái)，是因?yàn)樗軌蜻m應(yīng)現(xiàn)代測(cè)試平臺(tái)。我們看到了小尺寸模塊化儀器的趨勢(shì)。AD7768/AD7768-4集成了多個(gè)通道，可實(shí)現(xiàn)更小的系統(tǒng)，提高通道密度。AD7768/AD7768-4能夠?qū)⑼ǖ篱g串?dāng)_降至最低，同時(shí)允許同時(shí)測(cè)試器件，這是一個(gè)關(guān)鍵的差異化因素。作為可配置測(cè)試平臺(tái)的基石，它解決了許多關(guān)鍵的設(shè)計(jì)難題。它特別適用于功耗也是關(guān)鍵考慮因素的模塊化系統(tǒng)。

該性能的示例如圖1所示為AD7768/AD7768-4 IMD結(jié)果。該圖顯示了–135.2 dB的出色二階IMD結(jié)果和–129.3 dB的三階IMD。AD7768/AD7768-4 IMD測(cè)試符合CCIF標(biāo)準(zhǔn)，其中器件施加兩個(gè)相同幅度的輸入頻率。由此產(chǎn)生的FFT顯示了這兩個(gè)頻率的交調(diào)的存在（或缺乏），出現(xiàn)在得到的和頻和差頻箱中。在這種情況下，中心頻率為10 kHz，頻率偏移為600 Hz。 IMD測(cè)試通常用于測(cè)試音頻設(shè)備是否存在由兩個(gè)或多個(gè)音調(diào)混合引起的不需要的節(jié)拍信號(hào)。2如果在播放音樂流時(shí)出現(xiàn)這些音調(diào)，它們會(huì)導(dǎo)致不必要的失真。與原始的高保真音頻文件相比，這種失真會(huì)產(chǎn)生嘈雜、令人不快的聲音。

圖1.AD7768/AD7768-4 IMD，輸入信號(hào)為9.7 kHz和10.3 kHz

測(cè)試用例

為了探索AD7768/AD7768-4如何適應(yīng)音頻測(cè)試領(lǐng)域，我們進(jìn)行了典型的音頻測(cè)試實(shí)驗(yàn)，以展示不同消費(fèi)類音頻器件的性能，以及如何利用AD7768/AD7768-4測(cè)試每種器件。該測(cè)試將AD7768評(píng)估板EVAL-AD7768FMCZ與SDP-H1平臺(tái)配合使用。

此測(cè)試用例涉及測(cè)試不同質(zhì)量的多個(gè)音頻源并比較每個(gè)音頻源的性能?？紤]了許多可能的測(cè)試音，例如IMD音，對(duì)數(shù)線性調(diào)頻和電平測(cè)試。

選擇的兩個(gè)測(cè)試音是：

–60 dBFS 時(shí)為 1 kHz 正弦波。該測(cè)試對(duì)于動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試很有用，因?yàn)樗梢苑乐乖O(shè)備靜音，從而人為地使輸出安靜。3

IMD SMPTE測(cè)試，60 Hz/7 kHz，4：1（12 dB 比率），–20 dBFS。IMD測(cè)試顯示了非線性失真產(chǎn)物，這是多音混合的結(jié)果。在這種情況下，7 kHz 信號(hào)由 7 kHz ±60 Hz 的 60 Hz 音調(diào)調(diào)制。

配置

為了將AD7768調(diào)諧到所需帶寬，我們必須首先進(jìn)行一些計(jì)算，以計(jì)算出所需的主時(shí)鐘（MCLK）。該MCLK與特定的抽取率相結(jié)合，使我們能夠調(diào)整AD7768/AD7768-4的輸出數(shù)據(jù)速率。在這種情況下，使用的MCLK為12.288 MHz，抽取率為×64，ODR為48 kSPS。其他組合可用于功率與帶寬的權(quán)衡。有關(guān)更多信息，請(qǐng)參見數(shù)據(jù)手冊(cè)第41頁的時(shí)鐘、采樣樹和功耗調(diào)節(jié)部分。

典型設(shè)置如圖2所示。此設(shè)置使用EVAL-AD7768FMCZ板，該板已從板載SMB連接器交流耦合到音頻設(shè)備。在八個(gè)通道上可以同時(shí)測(cè)試多達(dá)四個(gè)立體聲輸出，每個(gè)立體聲設(shè)備具有左聲道和右聲道。可以對(duì)該電路進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化，以提高系統(tǒng)性能。例如，增加一個(gè)高通濾波器來消除20 Hz以下的噪聲。

圖2.接線圖。

結(jié)果

從表1中，我們可以看到低幅度輸入信號(hào)和IMD測(cè)試的結(jié)果范圍因器件而異。特別令人感興趣的是，廉價(jià)的MP3播放器顯示出良好的動(dòng)態(tài)范圍，但在IMD測(cè)試中，很明顯引入了明顯的失真。該器件的頻率輸出表明其質(zhì)量不足，并且可能測(cè)試的最大IMD電平受到該器件輸出驅(qū)動(dòng)能力的限制。因此，所有設(shè)備的測(cè)試音限制為–20 dBFS，以便進(jìn)行相等的比較。

筆記本電腦的音頻輸出有許多不同的驅(qū)動(dòng)程序和處理選項(xiàng)。這些已被開發(fā)以匹配人耳的反應(yīng)以獲得更悅耳的聲音，但會(huì)導(dǎo)致某些頻率被改變。因此，當(dāng)關(guān)閉這些效果時(shí)，筆記本電腦實(shí)際上顯示出最差的動(dòng)態(tài)范圍性能，而實(shí)際上聽起來與其他來源一樣好。

圖 3 顯示了從已知良好的源（橙色）到質(zhì)量差的 MP3 播放器（綠色）在設(shè)備上看到的 IMD 范圍。IMD產(chǎn)品在7 kHz和±60 Hz下對(duì)于MP3播放器和手機(jī)都清晰可見。

圖3.IMD SMPTE測(cè)試樣本，7 kHz輸入。

AD7768/AD7768-4 解決方案差異化因素

AD7768/AD7768-4的最大輸出數(shù)據(jù)速率（ODR）為256 kSPS。該ODR可根據(jù)應(yīng)用需求調(diào)整主時(shí)鐘（MCLK）和/或抽取率，調(diào)諧至48 kSPS、96 kSPS或192 kSPS的典型音頻帶寬。這在功耗敏感型應(yīng)用中特別有用，特別是與其他音頻ADC相比，AD7768/AD7768-4的每通道功耗相對(duì)較低。對(duì)于需要在較大帶寬下實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍的其他應(yīng)用（如聲納）來說，它也非常寶貴。

許多現(xiàn)代測(cè)試平臺(tái)正在向模塊化系統(tǒng)發(fā)展，其中熱要求成為一個(gè)問題。AD7768/AD7768-4允許用戶以信號(hào)帶寬或動(dòng)態(tài)范圍換取功耗，從而提供更廣泛的用途。這種靈活性如圖4所示，其中繪制了動(dòng)態(tài)范圍與ODR的關(guān)系圖。除了這種靈活性之外，AD7768/AD7768-4還有幾種在器件級(jí)和系統(tǒng)級(jí)節(jié)省功耗的方法。有關(guān)更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)手冊(cè)。

圖4.動(dòng)態(tài)范圍與 ODR（每通道）。

測(cè)試速度

可以同時(shí)并行測(cè)試八個(gè)通道或四個(gè)立體聲設(shè)備。這意味著 測(cè)試 速度 或 測(cè)試 成本 現(xiàn)在 除以 4 — 這是 測(cè)試 系統(tǒng) 的 關(guān)鍵 因素。隨著我們環(huán)境中音頻模塊數(shù)量的增加，未來的音頻測(cè)試平臺(tái)將越來越關(guān)注測(cè)試成本。通道密度很重要的應(yīng)用是采用 7.1 環(huán)繞聲的家庭影院系統(tǒng)。

卓越性能

通過組合多個(gè)通道，可以進(jìn)一步提高終端系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的性能。如圖4所示，將四個(gè)通道合二為一，動(dòng)態(tài)范圍最多可提高6 dB。

更小的外形

多聲道音頻平臺(tái)可能有大小限制。這可能是因?yàn)橥ǖ烂芏仍黾?、系統(tǒng)有限、工廠占地面積或轉(zhuǎn)向模塊化臺(tái)式儀器。將 8 個(gè) ADC 組合 到 一個(gè) 封裝 中， 使 系統(tǒng) 能夠 順應(yīng) 儀器 化 尺寸 的 趨勢(shì)。

總結(jié)

音頻模塊的數(shù)量正在增加，對(duì)這些設(shè)備的質(zhì)量要求也在不斷提高。這將導(dǎo)致對(duì)現(xiàn)代音頻測(cè)試平臺(tái)的需求增加?，F(xiàn)代音頻測(cè)試平臺(tái)需要具有高性能、適應(yīng)性、可重新配置和快速運(yùn)行，以超越這些需求并迎合未來更多智能設(shè)備的需求。家庭自動(dòng)化、語音識(shí)別和語音轉(zhuǎn)文本應(yīng)用程序不是未來的概念，而是現(xiàn)實(shí)。隨著 語音 控制 和 類似 技術(shù) 的 進(jìn)一步發(fā)展 和 擴(kuò)展， 測(cè)試 平臺(tái) 的 負(fù)擔(dān) 也 增加。AD7768/AD7768-4可以在這方面提供幫助。測(cè)試結(jié)果顯示了AD7768如何用于測(cè)試目前市場(chǎng)上的各種音頻器件，從低端器件到高保真度系統(tǒng)。

審核編輯：郭婷