TWI790707B - 一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法 - Google Patents

一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法 Download PDF

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Abstract

一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，包括如下步驟：（S1）選取N個被測頻率點，為對應的頻率分量分配隨機初始相位；（S2）將需要考察的頻率訊號整合到一起，疊加到直流工作電壓上；（S3）判斷被測晶片電源端的電壓是否符合被測晶片工作條件，如果符合，進行步驟（S4），如果不符合，返回步驟S2；（S4）繪製輸入訊號頻譜圖；（S5）抓取被測晶片輸出端的訊號，得到衰減後的頻率分量的幅值；（S6）繪製輸出訊號頻譜圖，判斷幅值是否滿足要求。同現有技術相比，本發明大大縮減了測試時間，節約了增加測試硬體所需成本。

Description

一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法
本發明是關於晶片技術領域，具體地說是涉及一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法。
在手機等移動通訊設備中採用的喇叭驅動功率晶片，需要提供優良的音質。而手機的功能複雜，包含各種功能的電路。這些電路工作時會將各類電壓波動耦合到電源中。這些雜訊中處於音頻頻段(20Hz~20000Hz)的分量，通過電源會對最終輸出的音頻訊號加入雜訊，影響音質。
對於GSM制式的手機，其採用的分時多工(TDMA)的時間區間分享技術，會每隔4.615ms就發送1/8時間區間寬度(0.5769ms)的射頻訊號與基站建立聯繫。1/0.004615=216.7Hz的週期擾動會串入電源。該頻率及其高階諧波都正好落在人耳的聽覺敏感區間，對音質產生影響。這是主要雜訊來源之一。
另外，音頻功率放大電路自身工作時輸出的驅動電流波動也會引起電源電壓的波動，形成雜訊的另外一種來源。
目前主要利用測試機的可程式化電源中配置的數位波形儲存空間測量音頻功率放大器晶片的電源抑制比，但是可程式化電源內置的交流訊號發生機制，有不可克服的缺點。它的數位波形儲存深度有限，需要針對不同測試頻率重新載入不同的資料，增加了測試時間。並且它的可控採樣頻率發生器也無法與用來擷取被測晶片輸出訊號的類比訊號採集器進行良好的同步，無法利用離散傅立葉分析來處理資料，因此只能做最大最小電壓值搜索得到峰值。然而，時域訊號的峰值電壓，會被非觀測頻率的其他訊號所污染，導致測量誤差，最終影響測量準確度。
本發明為克服現有技術的不足，提供一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法。
為實現上述目的，設計一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，包括如下步驟：(S1)選取N個被測頻率點，利用軟體為N個被測頻率點對應的每一頻率分量分配一個隨機初始相位，其中N為大於或等於1的正整數；(S2)使晶片測試機的程式控制電壓源提供直流工作電壓，使類比訊號發生器將需要考察的複數種頻率訊號整合到一起，再通過交流耦合的方式疊加到直流工作電壓上；(S3)判斷被測晶片電源端的電壓是否符合被測晶片工作條件，如果符合，進行步驟(S4)，如果不符合，返回步驟(S2)； (S4)檢測經過類比訊號發生器疊加後載入到被測晶片電源端的實際訊號，並繪製輸入訊號頻譜圖；(S5)使類比訊號採集器抓取被測晶片輸出端的訊號，得到傅立葉變換後的頻譜中各N個被測頻率點衰減後的頻率分量的幅值；(S6)繪製輸出訊號頻譜圖，判斷各N個被測頻率點的幅值是否滿足要求。
用以進行所述的步驟(S1)至步驟(S6)的測量電路包括被測晶片、類比訊號發生器、類比訊號採集器、數位訊號處理器，被測晶片的正輸入引腳連接第一電容的一端，第一電容的另一端連接系統公共接地端，被測晶片的負輸入引腳連接第二電容的一端，第二電容的另一端連接系統公共接地端，被測晶片的接地引腳連接系統公共接地端，被測晶片的負輸出引腳連接類比訊號採集器的負極，被測晶片的正輸出引腳連接類比訊號採集器的正極，類比訊號採集器的負極及正極的另一端均連接數位訊號處理器，被測晶片的電源引腳分別連接第三電容的一端、第四電容的一端以及程式控制電壓源一端，第三電容的另一端連接類比訊號發生器，第四電容的另一端連接系統公共接地端GND。
所述的步驟(S3)中的判斷方法如下：步驟(S2)中耦合後的耦合電壓VDD=VDC+VAC，其中
Figure 110129418-A0305-02-0005-1
，則每個頻率分量的VP=0.0625V，Vpp=0.125V，N個頻率分量在時域的幅值疊加最大為VACmax=N×0.125，判斷VACmax與0.5Vpp的大小，從而判斷被測晶片U電源端的電壓是否符合被測晶片工作條件。
所述的步驟(S3)中被測晶片U工作條件為被測晶片U工作電壓的波動範圍不超過0.5Vpp。
所述的VDC為程式控制電壓源提供的直流工作電壓，VAC為交流電壓分量，VP為交流電壓峰值，Vpp為交流電壓峰值，rp為步驟S1中的隨機初始相位，PI為圓周率係數，fk為被測頻率點的頻率。
所述的步驟(S6)中藉由判斷各被測頻率點的幅值是否均低於-84dBV來判斷幅值是否滿足要求。
本發明同現有技術相比，具有以下有益效果：1.本發明進行一輪測試即可完成傳統測試方法多輪的工作量，大大縮減了測試時間；2.類比訊號發生器還可以應用於其他測試項目，節省了增加測試硬體所需成本；3.通過分析頻譜圖，可以更加清楚直觀地體現測試結果的優劣；4.對於音頻測試不相關的頻率點，即使有頻譜峰值出現，也可以將其剔除，避免誤判。
有關本案的特徵、實作與功效，茲配合圖式作較佳實施例詳細說明如下。
100:高效測量方法
S1~S6:步驟
200:測量電路
ASG:類比訊號發生器
ASC:類比訊號採集器
C1:第一電容
C2:第二電容
C3:第三電容
C4:第四電容
DPS:程式控制電壓源
DSP:數位訊號處理器
GND:系統公共接地端
GNDP:接地引腳
IN+:正輸入引腳
IN-:負輸入引腳
OUT+:正輸出引腳
OUT-:負輸出引腳
U:被測晶片
U1:第一被測晶片
U2:第二被測晶片
VBAT:電源引腳
Vnoise:交流峰值電壓
Vout:交流峰值電壓
〔圖1A〕為本發明一實施例中，音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法的流程圖； 〔圖1B〕為本發明一實施例中，執行高效測量方法的測量電路的結構示意圖；〔圖2〕為本發明步驟(S4)被測晶片電源端的實際訊號變化圖；〔圖3〕為本發明一實施例中的輸入訊號頻譜圖；〔圖4〕為本發明一實施例中，第一被測晶片的輸出頻譜圖；以及〔圖5〕為本發明一實施例中，第二被測晶片的輸出頻譜圖。
下面根據附圖對本發明做進一步的說明。
實施例一：
請同時參照圖1A及圖1B。圖1A為本發明一實施例中，音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法100的流程圖。圖1B為本發明一實施例中，執行高效測量方法100的測量電路200的結構示意圖。
本實施例分別對兩個音頻功率放大器晶片：第一被測晶片U1、第二被測晶片U2進行電源雜訊抑制比測量，測量方法具體包括如下步驟：於步驟(S1)，選取N個被測頻率點f1=216.7Hz，f2=433.4Hz，f3=1000Hz，f4=2000Hz，利用軟體為N個被測頻率點對應的每一頻率分量分配一個隨機初始相位，其中N為大於或等於1的正整數，在此範例中N為4；於步驟(S2)，使晶片測試機的程式控制電壓源提供4.2V的直流工作電壓，類比訊號發生器將需要考察的複數種頻率訊號整合到一起，再通過交流耦合的方式疊加到直流工作電壓上；於步驟(S3)，判斷被測晶片電源端的電壓是否符合被測晶片工作條件。如果符合，進行步驟(S4)，如果不符合，返回步驟(S2)。步 驟(S2)中耦合後的耦合電壓VDD=VDC+VAC，VDC=4.2V，其中
Figure 110129418-A0305-02-0008-2
，則每個頻率分量的VP=0.0625V，Vpp=0.125V，4個頻率分量在時域的幅值疊加最大為VACmax=4×0.125=0.5Vpp，符合被測晶片工作條件。
於步驟(S4)，檢測經過類比訊號發生器疊加後載入到被測晶片電源端的實際訊號，並繪製輸入訊號頻譜圖；於步驟(S5)，類比訊號採集器抓取被測晶片輸出端的訊號，得到傅立葉變換後的頻譜中各N個被測頻率點衰減後的頻率分量的幅值；於步驟(S6)，繪製輸出訊號頻譜圖，判斷各N個被測頻率點的幅值是否滿足要求。於一實施例中，步驟(S6)中藉由判斷各被測頻率點的幅值是否均低於-84dBV來判斷幅值是否滿足要求。
步驟(S3)中，VDC為程式控制電壓源提供的直流工作電壓，VAC為交流電壓分量，VP為交流電壓峰值，Vpp為交流電壓峰值，rp為步驟S1中的隨機初始相位，PI為圓周率係數，本實施例選取PI=3.1415926，fk為被測頻率點的頻率。判斷被測晶片U電源端的電壓是否符合被測晶片工作條件的具體方法為被測晶片U工作電壓的波動範圍不超過0.5Vpp。
步驟(S1)至步驟(S6)的測量電路200包括被測晶片U(可為前述的第一被測晶片U1或第二被測晶片U2)、類比訊號發生器ASG、類比訊號採集器ASC、數位訊號處理器DSP，被測晶片U的正輸入引腳IN+連接第一電容C1的一端，第一電容C1的另一端連接系統公共接地端GND，被測晶片U的負輸入引腳IN-連接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端連接系統公共接地端GND，被測晶片U的接地引腳GNDP連接系統公共接地端 GND，被測晶片U的負輸出引腳OUT-連接類比訊號採集器ASC的負極(在圖1B以'-'標示在ASC下)，被測晶片U的正輸出引腳OUT+連接類比訊號採集器ASC的正極(在圖1B以'+'標示在ASC下)，類比訊號採集器ASC負極及正極另一端均連接數位訊號處理器DSP，被測晶片U的電源引腳VBAT分別連接第三電容C3一端、第四電容C4一端以及程式控制電壓源DPS一端，第三電容C3的另一端連接類比訊號發生器ASG，第四電容C4的另一端連接系統公共接地端GND。
本實施例中類比訊號發生器ASG的型號為MIXI_AWG，類比訊號採集器ASC的型號為MIXI_DTZ。
第一被測晶片U1、第二被測晶片U2經過類比訊號發生器疊加後載入到被測晶片電源端的實際訊號均如圖2所示，輸入訊號頻譜圖均如圖3所示，第一被測晶片U1的輸出訊號頻譜圖如圖4所示，第二被測晶片U2的輸出訊號頻譜圖如圖5所示。圖2中的縱坐標Vnoise為被測晶片電源輸入端上疊加的交流峰值電壓，圖3及圖4中的縱坐標Vout為被測晶片電源輸出端的交流峰值電壓。
高保真音頻功率放大器晶片的電源雜訊抑制比一般都不能低於-60dB，即被測頻率點的幅值低於-84dBV，表明電源雜訊需要被至少抑制衰減1000倍，符合使用要求。
從圖4可以看出，4個被測頻率點的頻率分量幅值均低於-84dBV，表明第一被測晶片U1針對4個被測頻率的電源雜訊抑制比優於-60dB，符合要求。
從圖5可以看出，f1=216.7Hz的被測頻率點的訊號幅值為-70dBV，超過了-84dBV，說明第二被測晶片U2對於電源端的216.7Hz的雜訊抑制效果差，不符合要求。
雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應該理解，這些僅是舉例說明，在不違背本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改。
100:高效測量方法
S1~S6:步驟

Claims (6)

  1. 一種音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，包括如下步驟：(S1)選取N個被測頻率點，利用軟體為該N個被測頻率點對應的每一頻率分量分配一個隨機初始相位，其中N為大於或等於1的正整數；(S2)使一晶片測試機的一程式控制電壓源提供一直流工作電壓，使類比訊號發生器將需要考察的複數種頻率訊號整合到一起，再通過交流耦合的方式疊加到該直流工作電壓上；(S3)判斷一被測晶片電源端的一電壓是否符合一被測晶片工作條件，如果符合，進行步驟(S4)，如果不符合，返回步驟(S2)；(S4)檢測經過該類比訊號發生器疊加後載入到該被測晶片電源端的一實際訊號，並繪製一輸入訊號頻譜圖；(S5)使一類比訊號採集器抓取一被測晶片輸出端的一訊號，得到一傅立葉變換後的一頻譜中各該N個被測頻率點衰減後的該頻率分量的一幅值；(S6)繪製一輸出訊號頻譜圖，判斷各該N個被測頻率點的該幅值是否滿足要求。
  2. 如請求項1所述的音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，更包含：用以進行所述的步驟(S1)至步驟(S6)的一測量電路包括一被測晶片、該類比訊號發生器、該類比訊號採集器、一數位訊號處理器，該被測晶片的一正輸入引腳連接一第一電容的一端，該第一電容的另一端連接一系統公共接地端，被測晶片的一負輸入引腳連接一第二電容的一端，該第二電容的另一端連接該系統公共接地端，該被測晶片的一接地引腳連接該系統公 共接地端，該被測晶片的一負輸出引腳連接該類比訊號採集器的一負極，被測晶片的一正輸出引腳連接該類比訊號採集器的一正極，該類比訊號採集器的該負極及該正極的另一端均連接該數位訊號處理器，該被測晶片的一電源引腳分別連接一第三電容的一端、一第四電容的一端以及一程式控制電壓源一端，該第三電容的另一端連接該類比訊號發生器，該第四電容的另一端連接該系統公共接地端。
  3. 如請求項1所述的音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，更包含：所述的步驟(S3)中的判斷方法如下：步驟(S2)中耦合後的一耦合電壓VDD=VDC+VAC，其中
    Figure 110129418-A0305-02-0013-3
    ，則每該頻率分量的VP=0.0625V，Vpp=0.125V，N個該頻率分量在時域的該幅值疊加最大為VACmax=N×0.125，判斷VACmax與0.5Vpp的大小，從而判斷該被測晶片電源端的該電壓是否符合該被測晶片工作條件。
  4. 如請求項1或3所述的音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，更包含：所述的步驟(S3)中該被測晶片工作條件為該被測晶片工作電壓的一波動範圍不超過0.5Vpp。
  5. 如請求項3所述的音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，更包含：所述的VDC為該程式控制電壓源提供的該直流工作電壓，VAC為一交流電壓分量，VP為一交流電壓峰值，Vpp為一交流電壓峰值，rp為步 驟(S1)中的該隨機初始相位，PI為一圓周率係數，fk為該等被測頻率點的一頻率。
  6. 如請求項1所述的音頻功率放大器晶片電源雜訊抑制比的高效測量方法，更包含：所述的步驟(S6)中藉由判斷各該等被測頻率點的該幅值是否均低於-84dBV來判斷該幅值是否滿足要求。
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