Постановка задачи-уверенно измерять гармоники частоты 15-20КГц на уровне не хуже -140дБ (0.00001%).
При этом использовать звуковую карточку 24бит/192КГц чуть выше среднего уровня.
Т.е. такую, которая не позволяет мерить искажения на высоких частотах лучше чем -110дБ (0.0003%).
Решение задачи.
Эту задачу можно решать несколькими способами.
В данном случае предлагается использовать фильтровой метод.
1. Генератор. Необходимо улучшить исходные гармоники, т.е. подавить 2, 3 и т.д. гармоники более чем на 30дБ.
Для решения этой задачи к выходы генератора подключается полосовой фильтр с добротностью не менее 20.
Такой фильтр будет подавлять 2-ю гармонику не менее чем на 30дБ а гармоники более высоких порядков-на большую величину.
Фильтр с добротностью 40 будет подавлять 2-ю гармонику на 36дБ, что вполне достаточно для выполнения
поставленной задачи.
Кроме подавления гармоник входного сигнала, сам фильтр должен иметь искажения меньше 140дБ, при этом обладая
желаемой стабильностью центральной частоты и АЧХ.
2. Измеритель. Поскольку исходный измеритель (звуковая карточка) позволяет мерить искажения на уровне -110дБ,
необходимо увеличить его разрешение на 30-40дБ. Т.е. использовать режекторный фильтр, подавляющий частоту
генератора например на 40дБ, при этом пропускающий гармоники практически без ослабления.
Собственные искажения такого устройства то же должны быть не хуже -140дБ.
Схема устройства удовлетворяющего заявленным требованиям приведена в прикреплённом файле.
Полученные результаты:
Генератор - AP2722A, аналоговый.
Измеритель - АЦП на базе ADS1672 Performance Demonstration Kit
Измерительный тракт: генератор-->полосовой фильтр-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Частота - 20КГц, амплитуда генератора-2V RMS
Как видно, уровень второй и третьей гармоник примерно - 112дБс ("с" означает - относительно сигнала)
Учитывая то что сигнал подавлен на 40дБ, получим уровни гармоник лучше -150дБс
Данный софт позволяет автоматически расставить маркеры над гармониками.
Соответственно, увеличив области в районе маркеров, можно детальней рассмотреть сигнал в районе гармоник.
На мой взгляд это больше похоже на шум, чем на сигнал гармоник. Т.е. реальный уровень гармоник возможно
ещё ниже.
Чтобы оценить что реально даёт полосовой фильтр, проведём измерение по следующей схеме:
Измерительный тракт: генератор-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Т.е. без полосового фильтра. Таким образом, мы можем посмотреть искажения и помехи самого генератора.
Смею заметить что аналоговый генератор AP2722A один из лучших измерительных звуковых генераторов.
Таким образом учитывая подавление режектора 40дб получим 2 гармонику на уровне примерно -122дБ
и третью-144дБ.
Интересно было бы оценить что происходит при использовании генератора худшего качества.
Поскольку у меня не было под рукой обычной звуковой карточки, для данного измерения был использован
"цифровой" звуковой генератор AP2722A. Его качество примерно соответствует качеству ЦАП средненькой
звуковой карточки.
Искажения самого генератора, измеренные по схеме: генератор-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Не забываем вычитать 40дБ из значения гармоник.
А вот это измерено с применением полосового фильтра.
Измерительный тракт: генератор-->полосовой фильтр-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Как видно средненький генератор стал значительно лучше.
И спектр стал намного чище.
Т.е. даже такой генератор при применении данного полосового фильтра позволит измерять искажения
на уровне -140 а то и -150дБ
Не дурненько так получилось
.
При этом использовать звуковую карточку 24бит/192КГц чуть выше среднего уровня.
Т.е. такую, которая не позволяет мерить искажения на высоких частотах лучше чем -110дБ (0.0003%).
Решение задачи.
Эту задачу можно решать несколькими способами.
В данном случае предлагается использовать фильтровой метод.
1. Генератор. Необходимо улучшить исходные гармоники, т.е. подавить 2, 3 и т.д. гармоники более чем на 30дБ.
Для решения этой задачи к выходы генератора подключается полосовой фильтр с добротностью не менее 20.
Такой фильтр будет подавлять 2-ю гармонику не менее чем на 30дБ а гармоники более высоких порядков-на большую величину.
Фильтр с добротностью 40 будет подавлять 2-ю гармонику на 36дБ, что вполне достаточно для выполнения
поставленной задачи.
Кроме подавления гармоник входного сигнала, сам фильтр должен иметь искажения меньше 140дБ, при этом обладая
желаемой стабильностью центральной частоты и АЧХ.
2. Измеритель. Поскольку исходный измеритель (звуковая карточка) позволяет мерить искажения на уровне -110дБ,
необходимо увеличить его разрешение на 30-40дБ. Т.е. использовать режекторный фильтр, подавляющий частоту
генератора например на 40дБ, при этом пропускающий гармоники практически без ослабления.
Собственные искажения такого устройства то же должны быть не хуже -140дБ.
Схема устройства удовлетворяющего заявленным требованиям приведена в прикреплённом файле.
Полученные результаты:
Генератор - AP2722A, аналоговый.
Измеритель - АЦП на базе ADS1672 Performance Demonstration Kit
Измерительный тракт: генератор-->полосовой фильтр-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Частота - 20КГц, амплитуда генератора-2V RMS
Как видно, уровень второй и третьей гармоник примерно - 112дБс ("с" означает - относительно сигнала)
Учитывая то что сигнал подавлен на 40дБ, получим уровни гармоник лучше -150дБс
Данный софт позволяет автоматически расставить маркеры над гармониками.
Соответственно, увеличив области в районе маркеров, можно детальней рассмотреть сигнал в районе гармоник.
На мой взгляд это больше похоже на шум, чем на сигнал гармоник. Т.е. реальный уровень гармоник возможно
ещё ниже.
Чтобы оценить что реально даёт полосовой фильтр, проведём измерение по следующей схеме:
Измерительный тракт: генератор-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Т.е. без полосового фильтра. Таким образом, мы можем посмотреть искажения и помехи самого генератора.
Смею заметить что аналоговый генератор AP2722A один из лучших измерительных звуковых генераторов.
Таким образом учитывая подавление режектора 40дб получим 2 гармонику на уровне примерно -122дБ
и третью-144дБ.
Интересно было бы оценить что происходит при использовании генератора худшего качества.
Поскольку у меня не было под рукой обычной звуковой карточки, для данного измерения был использован
"цифровой" звуковой генератор AP2722A. Его качество примерно соответствует качеству ЦАП средненькой
звуковой карточки.
Искажения самого генератора, измеренные по схеме: генератор-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Не забываем вычитать 40дБ из значения гармоник.
А вот это измерено с применением полосового фильтра.
Измерительный тракт: генератор-->полосовой фильтр-->режекторный фильтр с подавлением 40дБ-->АЦП
Как видно средненький генератор стал значительно лучше.
И спектр стал намного чище.
Т.е. даже такой генератор при применении данного полосового фильтра позволит измерять искажения
на уровне -140 а то и -150дБ
Не дурненько так получилось
.
Nobody Is Perfect
