CN112858783A - 一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及芯片技术领域，具体地说是一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法。其特征在于包括如下步骤：S1，选取N个被测频率点，利用软件为每个频率分量分配一个随机初始相位；S2，芯片测试机的程控电压源提供直流工作电压，模拟信号发生器将需要考察的多种频率信号整合到一起，再通过交流耦合的方式叠加到直流工作电压上；S3，判断被测芯片电源端的电压是否符合被测芯片工作条件；S4，绘制输入信号频谱图；S5，模拟信号采集器抓取被测芯片输出端的信号，得到衰减后的频谱分量的幅值；S6，绘制输出信号频谱图，判断被测频率点的幅值是否满足要求。同现有技术相比，大大缩减了测试时间，节约了增加测试硬件所需成本。
Description
技术领域
本发明涉及芯片技术领域，具体地说是一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法。
背景技术
在手机等移动通讯设备中采用的喇叭驱动功率芯片，需要提供优良的音质。而手机的功能复杂，包含各种功能的电路。这些电路工作时会将各类电压波动耦合到电源中。这些噪声中处于音频频段（20Hz~20000Hz）的分量，通过电源会对最终输出的音频信号加入杂讯，影响音质。
对于GSM制式的手机，其采用的时分多址（TDMA）的时隙分享技术，会每隔4.615ms就发送1/8时隙宽度（0.5769ms）的射频信号与基站建立联系。1/0.004615 = 216.7Hz的周期扰动会串入电源。该频率及其高阶谐波都正好落在人耳的听觉敏感区间，对音质产生影响。这是主要噪声来源之一。
另外，音频功放自身工作时输出的驱动电流波动也会引起电源电压的波动，形成噪声的另外一种来源。
目前主要利用测试机的可编程电源中配置的数字波形存储空间测量音频功率放大器芯片的电源抑制比，但是可编程电源内置的交流信号发生机制，有不可克服的缺点。它的数字波形存储深度有限，需要针对不同测试频率重新加载不同的数据，增加了测试时间。并且它的可控采样频率发生器也无法与用来抓取被测芯片输出信号的模拟信号采集器良好的同步，无法利用离散傅里叶分析来处理数据，因此只能做最大最小电压值搜索得到峰峰值。然而，时域信号的峰峰值电压，会被非观测频率的其他信号所污染，导致测量误差，最终影响测量准确度。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，提供一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法。
为实现上述目的，设计一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，选取N个被测频率点，利用软件为每个频率分量分配一个随机初始相位；
S2，芯片测试机的程控电压源提供直流工作电压，模拟信号发生器将需要考察的多种频率信号整合到一起，再通过交流耦合的方式叠加到直流工作电压上；
S3，判断被测芯片电源端的电压是否符合被测芯片工作条件，如果符合，进行步骤S4，如果不符合，返回步骤S2；
S4，检测经过模拟信号发生器叠加后加载到被测芯片电源端的实际信号，并绘制输入信号频谱图；
S5，模拟信号采集器抓取被测芯片输出端的信号，得到傅里叶变换后的频谱中被测频率点衰减后的频谱分量的幅值；
S6，绘制输出信号频谱图，判断被测频率点的幅值是否满足要求。
所述的步骤S1至步骤S6的测量电路包括被测芯片、模拟信号发生器、模拟信号采集器、数字信号处理器，被测芯片的IN+引脚连接电容一的一端，电容一的另一端连接系统公共地，被测芯片的IN-引脚连接电容二的一端，电容二的另一端连接系统公共地，被测芯片的GND引脚连接系统公告地，被测芯片的OUT-引脚连接模拟信号采集器负极一端，被测芯片的OUT+引脚连接模拟信号采集器正极一端，模拟信号采集器负极及正极另一端均连接数字信号处理器，被测芯片的VBAT引脚分别连接电容三一端、电容四一端，程控电压源一端，电容三的另一端连接模拟信号发生器，电容四的另一端连接系统公共地GND。
所述的步骤S3中的判断方法如下：步骤S2中耦合后的电压VDD=VDC+VAC，
，则每个频率分量的VP=0.0625V，VPP=0.125V，N个频率分量在时域的幅值叠加最大为VACmax=N*0.125，判断VACmax与0.5Vpp的大小，从而判断被测芯片U电源端的电压是否符合被测芯片工作条件。
所述的步骤S3中被测芯片U工作条件为被测芯片U工作电压的波动范围不超过0.5Vpp。
所述的VDC为程控电压源提供的直流工作电压，VAC为交流电压分量，VP为交流电压峰值，VPP为交流电压峰峰值，rp为步骤S1中的随机初始相位，PI为圆周率系数，fk为被测频率点的频率。
所述的步骤S6中判断被测频率点的幅值是否均低于-84dBV。
本发明同现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明进行一轮测试即可完成传统测试方法多轮的工作量，大大缩减了测试时间；
2.模拟信号发生器还可以同于其他测试项，节约了增加测试硬件所需成本；
3.通过分析频谱图，可以更加清楚直观地体现测试结果的优劣；
4.对于音频测试不相关的频率点，即使有频谱峰值出现，也可以将其剔除，避免误判。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明步骤S4被测芯片电源端的实际信号变化图。
图3为本发明实施例一中输入信号频谱图。
图4为本发明实施例一被测芯片一的输出频谱图。
图5为本发明实施例一被测芯片二的输出频谱图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明做进一步的说明。
实施例一：
本实施例分别对两个音频功率放大器芯片：被测芯片一U1、被测芯片二U2进行电源噪声抑制比测量，测量方法具体包括如下步骤：
S1，选取4个被测频率点f1=216.7Hz，f2=433.4Hz，f3=1000Hz，f4=2000Hz，利用软件为每个频率分量分配一个随机初始相位；
S2，芯片测试机的程控电压源提供4.2V的直流工作电压，模拟信号发生器将需要考察的多种频率信号整合到一起，再通过交流耦合的方式叠加到直流工作电压上；
S3，判断被测芯片电源端的电压是否符合被测芯片工作条件，步骤S2中耦合后的电压VDD=VDC+VAC，VDC=4.2V，
，则每个频率分量的VP=0.0625V，VPP=0.125V，4个频率分量在时域的幅值叠加最大为VACmax=4*0.125=0.5VPP，符合被测芯片工作条件；
S4，检测经过模拟信号发生器叠加后加载到被测芯片电源端的实际信号，并绘制输入信号频谱图；
S5，模拟信号采集器抓取被测芯片输出端的信号，得到傅里叶变换后的频谱中被测频率点衰减后的频谱分量的幅值；
S6，绘制输出信号频谱图，判断被测频率点的幅值是否低于-84dBV。
步骤S3中，VDC为程控电压源提供的直流工作电压，VAC为交流电压分量，VP为交流电压峰值，VPP为交流电压峰峰值，rp为步骤S1中的随机初始相位，PI为圆周率系数，本实施例选取PI=3.1415926，fk为被测频率点的频率。判断被测芯片U电源端的电压是否符合被测芯片工作条件的具体方法为被测芯片U工作电压的波动范围不超过0.5Vpp。
步骤S1至步骤S6的测量电路包括被测芯片U、模拟信号发生器ASG、模拟信号采集器ASC、数字信号处理器DSP，被测芯片U的IN+引脚连接电容一C1的一端，电容一C1的另一端连接系统公共地GND，被测芯片U的IN-引脚连接电容二C2的一端，电容二C2的另一端连接系统公共地GND，被测芯片U的GND引脚连接系统公告地GND，被测芯片U的OUT-引脚连接模拟信号采集器ASC负极一端，被测芯片U的OUT+引脚连接模拟信号采集器ASC正极一端，模拟信号采集器ASC负极及正极另一端均连接数字信号处理器DSP，被测芯片U的VBAT引脚分别连接电容三C3一端、电容四C4一端，程控电压源DPS一端，电容三C3的另一端连接模拟信号发生器ASG，电容四C4的另一端连接系统公共地GND。
本实施例中模拟信号发生器ASG的型号为MIXI_AWG，模拟信号采集器ASC的型号为MIXI_DTZ。
被测芯片一、被测芯片二经过模拟信号发生器叠加后加载到被测芯片电源端的实际信号均如图2所示，输入信号频谱图均如图3所示，被测芯片一的输出信号频谱图如图4所示，被测芯片二的输出信号频谱图如图5所示。图2中的纵坐标Vnoise为被测芯片电源输入端上叠加的交流峰峰值电压，图3及图4中的纵坐标Vout为被测芯片电源输出端的交流峰峰值电压。
高保真音频功率放大器芯片的电源噪声抑制比一般都不能低于-60dB，即被测频率点的幅值低于-84dBV，表明电源噪声需要被至少抑制衰减1000倍，符合使用要求。
从图4可以看出，4个被测频率点的频率分量幅值均低于-84dBV，表明被测芯片一针对4个被测频率的电源噪声抑制比优于-60dB，符合要求。
从图5可以看出，f1=216.7Hz的被测频率点的信号幅值为-70dBV，超过了-84dBV，说明被测芯片二对于电源端的216.7Hz的噪声抑制效果差，不符合要求。
Claims (6)
1.一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于包括如下步骤：
S1，选取N个被测频率点，利用软件为每个频率分量分配一个随机初始相位；
S2，芯片测试机的程控电压源（DSP）提供直流工作电压，模拟信号发生器（ASG）将需要考察的多种频率信号整合到一起，再通过交流耦合的方式叠加到直流工作电压上；
S3，判断被测芯片（U）电源端的电压是否符合被测芯片工作条件，如果符合，进行步骤S4，如果不符合，返回步骤S2；
S4，检测经过模拟信号发生器（ASG）叠加后加载到被测芯片（U）电源端的实际信号，并绘制输入信号频谱图；
S5，模拟信号采集器（ASC）抓取被测芯片（U）输出端的信号，得到傅里叶变换后的频谱中被测频率点衰减后的频谱分量的幅值；
S6，绘制输出信号频谱图，判断被测频率点的幅值是否满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于：所述的步骤S1至步骤S6的测量电路包括被测芯片（U）、模拟信号发生器（ASG）、模拟信号采集器（ASC）、数字信号处理器（DSP），被测芯片（U）的IN+引脚连接电容一（C1）的一端，电容一（C1）的另一端连接系统公共地（GND），被测芯片（U）的IN-引脚连接电容二（C2）的一端，电容二（C2）的另一端连接系统公共地（GND），被测芯片（U）的GND引脚连接系统公告地（GND），被测芯片（U）的OUT-引脚连接模拟信号采集器（ASC）负极一端，被测芯片（U）的OUT+引脚连接模拟信号采集器（ASC）正极一端，模拟信号采集器（ASC）负极及正极另一端均连接数字信号处理器（DSP），被测芯片（U）的VBAT引脚分别连接电容三（C3）一端、电容四（C4）一端，程控电压源（DPS）一端，电容三（C3）的另一端连接模拟信号发生器（ASG），电容四（C4）的另一端连接系统公共地（GND）。
3.根据权利要求1所述的一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于：所述的步骤S3中的判断方法如下：步骤S2中耦合后的电压VDD=VDC+VAC，
，则每个频率分量的VP=0.0625V，VPP=0.125V，N个频率分量在时域的幅值叠加最大为VACmax=N*0.125，判断VACmax与0.5Vpp的大小，从而判断被测芯片（U）电源端的电压是否符合被测芯片工作条件。
4.根据权利要求1或3所述的一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于：所述的步骤S3中被测芯片（U）工作条件为被测芯片（U）工作电压的波动范围不超过0.5Vpp。
5.根据权利要求3所述的一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于：所述的VDC为程控电压源提供的直流工作电压，VAC为交流电压分量，VP为交流电压峰值，VPP为交流电压峰峰值，rp为步骤S1中的随机初始相位，PI为圆周率系数，fk为被测频率点的频率。
6.根据权利要求1所述的一种音频功率放大器芯片电源噪声抑制比的高效测量方法，其特征在于：所述的步骤S6中判断被测频率点的幅值是否均低于-84dBV。
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