在當(dāng)今電子技術(shù)飛速發(fā)展的時(shí)代，生成高精度標(biāo)準(zhǔn)波形（如正弦波）以及任意波形一直是模擬電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域面臨的一個(gè)重大挑戰(zhàn)。這是因?yàn)樵趯?shí)際的電路中，存在許多細(xì)微且不可避免的錯(cuò)誤源，這些錯(cuò)誤源會(huì)影響波形的精度和純度。而將數(shù)字預(yù)失真（DPD）技術(shù)納入設(shè)計(jì)，并將其與輸出驅(qū)動(dòng)型反饋相結(jié)合，為顯著提升信號(hào)發(fā)生器的性能提供了一種有效的解決方案。

高精度系統(tǒng)設(shè)計(jì)策略

精度是系統(tǒng)和性能設(shè)計(jì)中經(jīng)常被提及的重要指標(biāo)。在測(cè)試與計(jì)量領(lǐng)域，精度涵蓋了精度、卓越的一致性、高線性度、高分辨率、整體波形純度、低失真以及噪聲和偽影的化等多個(gè)方面。為了實(shí)現(xiàn)所需的精度，設(shè)計(jì)師通常會(huì)采用多種策略：

1. 器件選擇與老化處理：選擇具有更高精度和更低溫度漂移系數(shù)的器件，甚至在使用前對(duì)其進(jìn)行老化處理，以消除可能存在的缺陷和漂移趨勢(shì)。例如，電壓基準(zhǔn)通常會(huì)選用單個(gè)高精度、低漂移的部件，因?yàn)樗軌驑O大地提高系統(tǒng)的整體性能。
2. 比率式電路拓?fù)洌菏褂每勺晕蚁`差源的電路拓?fù)洌缃?jīng)典的惠斯通電橋或帶有匹配電阻的差分放大器。這些器件位于公共基板上，具有已匹配的與溫度相關(guān)的漂移特性，從而有效降低誤差。
3. 補(bǔ)償方案：實(shí)施補(bǔ)償方案，采用具有相同但相反溫度漂移的器件來抵消因溫度變化而導(dǎo)致的性能變化，確保系統(tǒng)在不同溫度環(huán)境下都能保持穩(wěn)定的性能。
4. 物理布局優(yōu)化：遵守物理布局的實(shí)踐，包括設(shè)置大型接地平面，合理進(jìn)行電流管理，避免局部熱差，以及識(shí)別和消除由于材料不匹配而導(dǎo)致的意外熱電偶，例如銅印刷電路板（PC 板）軌道和鍍錫元件引線之間可能產(chǎn)生的熱電偶效應(yīng)。
5. 系統(tǒng)校準(zhǔn)與校正：按照已知標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性系統(tǒng)校準(zhǔn)，然后使用如微調(diào)電位器等模擬元件或更常見的數(shù)字存儲(chǔ)校正因子來調(diào)整電路，以確保電路輸出符合預(yù)期的精度要求。

DPD 在高速數(shù)據(jù)鏈路中的應(yīng)用原理

數(shù)字預(yù)失真（DPD）是一種更為復(fù)雜且先進(jìn)的方法，在高速數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。該技術(shù)并不試圖直接改進(jìn)通常難以控制或不切實(shí)際的鏈接通道，而是通過對(duì)通道失真進(jìn)行表征，創(chuàng)建一個(gè)具有反向失真波形的位波形。當(dāng)這個(gè)預(yù)失真波形與通道失真相互作用時(shí)，兩者能夠相互抵消，從而降低誤碼率（BER）并支持更高的數(shù)據(jù)速率。在的實(shí)施過程中，預(yù)失真設(shè)置不是靜態(tài)的，而是根據(jù)通道條件的實(shí)時(shí)變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以確保始終保持的信號(hào)傳輸性能。

DPD 在模擬波形生成中的應(yīng)用 —— 以 ADMX1002B 為例

DPD 技術(shù)不僅在高速數(shù)據(jù)鏈路中發(fā)揮著重要作用，還可用于改善模擬函數(shù)發(fā)生器的波形精度。Analog Devices 的 ADMX1002B 超低失真、低噪聲、數(shù)控任意波形發(fā)生器（AWG）就充分利用了 DPD 技術(shù)。

1. 基本特性與波形輸出能力：ADMX1002B 利用 DPD 算法，通過方法檢測(cè)和校正其輸出，能夠提供同類產(chǎn)品中純度的差分正弦信號(hào)。不使用 DPD 算法時(shí)，該裝置的輸出頻率范圍為 30 Hz 至 40 kHz；調(diào)用 DPD 時(shí)，輸出頻率可高達(dá) 20 kHz。它還配備了基于 PC 的圖形化用戶界面（GUI），通過 USB 連接線連接至系統(tǒng)演示平臺(tái)（SDP）控制器板，方便用戶進(jìn)行操作和控制。
2. DPD 模式下的性能提升：軟件或硬件均可啟用 DPD 算法，且該過程不需要外部基準(zhǔn)輸入，采用了獲得的差分時(shí)間和幅值檢測(cè)方法。啟用 DPD 后，1 kHz 時(shí)總諧波失真（THD）的典型值極低，為 -130 dB（分貝）（幅值高達(dá) 3.62 V rms），且直到 20 kHz 時(shí)僅降低幾個(gè) dB。DPD 還大大提高了正弦波形的純度，如在 DPD 之前和之后對(duì) 1 kHz 正弦波進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT）測(cè)量的結(jié)果所示，其輸出均為 2 V rms，啟用 DPD 后，通過衰減基頻的奇次諧波和偶次諧波，正弦波的純度得到了顯著提升。
   

   

3. 多類型波形生成能力：除了高精度的正弦波輸出，ADMX1002B 還具有更廣泛的波形生成能力。它可以在猝發(fā)或連續(xù)模式下生成 30 Hz 至 20 kHz 的雙音正弦波，波形頻率可以按 1 微赫茲（μHz）分辨率的高精度進(jìn)行編程，幅值可以按 1 微伏（μV）分辨率進(jìn)行編程。此外，它還可以用作用戶可編程任意波形發(fā)生器（AWG），AWG 信號(hào)的可編程時(shí)長(zhǎng)長(zhǎng)為 20 秒并存儲(chǔ)在易失性存儲(chǔ)器中，通過回送存儲(chǔ)的波形可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生成 AWG。ADMX1002 的輸出包含一個(gè) 27 kHz 低通濾波器，因此可在此頻帶內(nèi)生成 AWG 波形。同時(shí)，它還能提供直流輸出，可以在正負(fù)輸出連接 Vp 和 Vn 之間產(chǎn)生高達(dá) 11.3 伏直流（VDC）的差分直流輸出信號(hào)，且該輸出電平可以按 1 μV 的步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整。

ADMX1001 的優(yōu)勢(shì)特性

ADI 公司推出的 ADMX1001 可以說是 ADMX1002 的超集，它不僅具備 ADMX1002 的所有功能、特性和性能，還增加了模擬輸入功能。這種高度集成的數(shù)據(jù)采集解決方案提供了七種可編程增益設(shè)置，差分輸入范圍為 ±7.5 V，輸入共模范圍為 ±7 V。集成的 4 階抗混疊濾波器能夠提供高達(dá) -130 dB 的抑制能力，當(dāng)在全量程內(nèi)以 1 kHz 輸入音進(jìn)行測(cè)量時(shí)，采集通道的總動(dòng)態(tài)范圍高達(dá) 128 dB，THD 為 -115 dB（典型值）。