ADC und DAC Analyse mit high end Audio Analyzer von Audio Precision

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1 ADC und DAC Analyse mit high end Audio Analyzer von Audio Precision Anforderungen des Standards AES17 an die Messtechnik und Auswertetools Tameq Schweiz GmbH Peter Wilhelm

2 Agenda Analyse von Audio Analog-Digital Wandler (ADC) und Digital-Analog Wandler (DAC) Anforderungen an den Audio Analyzer Anforderungen an die Signalquelle Anforderungen an den Analyzer Messungen an ADC und DAC nach AES17 Summary 28. Oktober

3 Analyse von Audio ADC und DAC Analyse im Audio- Bereich von ADC DAC Messungen nach Standard AES17 October 27,

4 Anforderungen an den Audio Analyzer Erfüllen der AES17 Test- Anforderungen betreffend digitalen Audio ADC- und DAC- Komponenten Hohe analoge Bandbreite der Signalgenerierung und Erfassung 192 ks/s benötigt Sinuskurven schneller als 200 khz für Pass- Band und Stop-Band Dämpfung October 27,

5 Anforderungen an den Audio Analyzer Digitale Schnittstellen Eingang Ausgang AES-EBU (AES3) Unbalanced S/PDIF (IEC ) Optisch (EIAJ) Seriell (I 2 S, DSP, Custom) October 27,

6 Anforderungen an den Audio Analyzer Jitter Generator und Jitter Demodulator Jitter Toleranz-Messungen Sinus, Rechteck, Rauschen Frequenz & Maximalwerte in [s] oder [UI] October 27,

7 Anforderungen an den Audio Analyzer Signalquelle und Datenanalyse mit geringster Verzerrung THD+N Ratio Messungen unterhalb -115 db THD+N vs. Level vs. Model Lower THD+N is Better. APx555 in Black SYS-2722 in Blue October 27,

8 Anforderungen an den Audio Analyzer Hochpass-Filter sind Butterworth- Filter Dimensioniert für -3 db bei den Eck- Frequenzen Tiefpass-Filter sind Butterworth oder elliptische Filter Kleiner Durchlass-Band Rippel ± db Eingesetzt für AES-17 Messungen October 27,

9 Anforderungen an die Signalquelle Entwickelt für Messungen kleinster Verzerrungen THD+N Hochleistungs Sinus Generator Hochstabiler RC Oszillator Feine Auflösung von Frequenz und Pegel Kleinste THD+N October 27,

10 Anforderungen an die Signalquelle Zwei Architekturen von Signal-Generatoren High Performance Sine Generator - HPSG RC Oszillator Sinuskurven und Sinus Burst Extrem kleine Verzerrungen und Rauschen: -117 db μv for 9.3 Vrms -115 db for >9.3 Vrms to Hz to 20 khz, 22 khz BW October 27,

11 Anforderungen an die Signalquelle DSP + DAC Agile signal generation: DC, Sinus, Rechteck Kontinuierlicher Sinus- Sweep IMD Kurven (twin-tone Sinus und Rechteck) Multiton und Arbiträrkurven von WAV- Dateien Kleine Verzerrungen und Rauschen: -105 db + 1 μv 10 Hz to 20 khz, 22 khz BW October 27,

12 Anforderungen an die Signalquelle Spezifikation der Signalquelle D/A Wandler, 32 Bit, 44.1 ks/s, 3.05 Vpp Full-Scale Ausgang -120 db 0 dbfs Ausgang Bandbreite 20 Hz to 20 khz 133 db - 60 dbfs Ausgang Bandbreite 20 Hz to 20 khz A-gewichtet October 27,

13 Anforderungen an den Analysator Der hochleistungs Sinus Analysator wurde entwickelt für folgende Messungen bis zu 1 MHz am analogen Ausgang eines DAC: THD+N Dynamikbereich FFT-Spectrum October 27,

14 Anforderungen an den Analysator Das Eingangssignal durchläuft nach der Eingangsstufe zwei Pfade mit je einem AD-Wandler. Der obere Signal-Pfad: Pre-notch ADC Digitales Bandpass Filter unterdrückt Harmonische, Rauschen und Störsignale vom Eingangssignal October 27,

15 Anforderungen an den Analysator Das Eingangssignal durchläuft nach der Eingangsstufe zwei Pfade mit je einem AD-Wandler. Der untere Signal-Pfad: Analog Notch Filter Unterdrückt das fundamentale Sinussignal und lässt nur zurückbleibende Verzerrung und Rauschen passieren Das Signal wird verstärkt, gewandelt und wieder gedämpft, bevor das Signal durch ein digitales Notch-Filter läuft. October 27,

16 Anforderungen an den Analysator Die Signale der beiden Pfade werden anschliessend addiert Zur Verfügung für weitere Verarbeitung steht ein digitalisiertes, zusammengefügtes reines Signal mit verbessertem Rauschabstand und THD+N. Direktes Ableiten des Signales nach Filterung zum FFT Spectrum Weiteres Verarbeiten zu THD+N Level, THD+N Ratio October 27,

17 Anforderungen an den Analysator October 27,

18 Anforderungen an den Analysator Signal von RC Oszillator ist direkt zurückgeführt zum Sinus-Analysator -117 db (22 khz BW) Typ khz Res. Noise 1 µvrms (22 khz BW) Typ. <6.2 nv/ 1 khz October 27,

19 Anforderungen an den Analysator Spezifikation der Signalerfassung A/D Wandler, 32 Bit, 44.1 ks/s, 2.2 Vpp Full-Scale Eingang -118 db -1 dbfs Eingang Bandbreite 20 Hz to 20 khz 121 db - 60 dbfs Eingang Bandbreite 20 Hz to 20 khz October 27,

20 Bandpass Frequency Sweep AES17 Test 9.2 Rauschspektrum ohne Signal Mittenfrequenz eines 1/3- Oktaven Bandpass-Filter mit Sweep am Ausgang eines Konverters ohne Eingangssignal Bandpass Frequency Sweep ADC Output Noise vs Frequency October 27,

21 Bandpass Level Sweep AES17 Test 8.1 Pegelabhängige logarithmische Verstärkung Pegel-Sweep einer 997 Hz Sinuskurve am Eingang des ADC während am Ausgang RMS Pegel und Verstärkung gemessen werden Bandpass Level Sweep ADC Gain vs Input Level October 27,

22 Continuous Sweep AES17 Test Phasen-Antwort Eingang- Ausgang Log-Swept Sinuskurve über den Messbereich Konverter Ausgang wird vom Analyzer erfasst und ausgewertet Continuous Sweep Converter Input-To-Output Phase Response October 27,

23 Continuous Sweep AES17 Test Gruppenlaufzeit Die Gruppenlaufzeit kann als Standardabweichung aus der gemessenen Kurve ermittelt werden Gruppenlaufzeit aus der Kurve: ms ± ms Continuous Sweep Converter Group Delay October 27,

24 Continuous Sweep AES17 Test 7.4 Polarität Positive Impuls-Antwort Kurve beschreibt eine positive Polarität Continuous Sweep Impulse Response indicates the polarity of the converter October 27,

25 Crosstalk Sweep AES17 Test 10.1 Übersprechen (Crosstalk) Ein Kanal wird angesteuert mit einem Stepped Sine Sweep, alle weiteren bleiben offene Die offenen Kanäle werden nach Übersprechen ausgewertet Das Verhältnis entspricht dem Übersprechen des ungesteuerten Kanals Crosstalk stepped Sweep One Channel Driven October 27,

26 Frequency Response AES17 Test Frequenz-Antwort und Passband-Rippel Die Technik des kontinuierlichen Sweep eignet sich sehr gut für diese Messung, weil sie frequenz-selektiv ist und ausschliesslich die Stimuluskomponenten misst Continuous Sweep Frequency Response Converter Passband Ripple October 27,

27 Intermodulation Distortion (DFD) AES17 Test 8.2 IMD IMD Intermodulation Distortion IMD of DFD Difference Frequency Distortion für hohe Frequenzen mit zwei Töne 2 khz auseinander bei z.b. bei 18 KHz und 20 khz Beide Töne bei f1 und f2 haben denselben Pegel Töne intermodulieren im Konverter zu Summe und Differenz der Frequenzen October 27, IMD (DFD) Distortion Product Ratio

28 Intermodulation Distortion (DFD) AES17 Test 8.2 IMD IMD Intermodulation Distortion DFD misst selektiv Intermodulation 2er und 3er Ordnung, Werte werden arithmetisch kombiniert Resultierend ist das Verhältnis der Summe dieser Produkte zur Referenz mit der doppelten Amplitude von f2 October 27, IMD (DFD) Twin-Tone Intermodulation Distortion

29 Intermodulation Distortion (SMPTE) AES17 Test 8.2 IMD IMD Intermodulation Distortion IMD SMPTE misst tiefe Frequenzen IMD bei 41 Hz und 7993 Hz Sinus-Kurven mit einem 4:1 Amplituden Verhältnis Die Anregung resultiert in einer AM-Kurve mit f2 als Carrier und f1 als Modulation IMD (SMPTE) Distortion Product Ratio October 27,

30 Signal Analyzer - FFT AES17 Test 6.1 Aussenband-Stör- Komponenten für DAC Signal Analysator FFT Spektrum-Analyse von Audio-Signalen Benötigt hohe Bandbreiten zur Auswertung von Stör- Komponenten hoher Frequenz mit einer Auflösung von 1 Hz Signal Analyzer - DAC-Out-of-Band Spurious Components to 500 khz October 27,

31 Signal Analyzer - Jitter Signal Analyzer Jitter Spektrum-Analyse Spektrum-Analyse vom Jitter am Digital-Ausgang an der PCM-Schnittstelle eines ADC Das Jitter FFT Spektrum zeigt die Jitter Magnitude in Unit Interval (UI) vs Frequenz Signal Analyzer Jitter Spectrum with 0 dbfs 997 Hz Square Wave Input October 27,

32 Summary Damit ADCs und DACs entsprechend AES17 oder dem Datenblatt qualifiziert werden können werden benötigt: Eine high-performance Signalquelle Ein high-performance Datenerfassung Umfangreiche Auswertefunktionen Digitale Schnittstellen October 27,

33 Vielen herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Haben Sie Fragen zu Messungen an ADCs oder DACs mit Audio Analyzer? Ich freue mich auf Ihren Besuch bei Tameq! Tameq Schweiz GmbH Dorfstrasse Tegerfelden October 27,

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