Rebecca Reich

本應用筆記旨在解釋使用音頻分析儀測量數字麥克風前置放大器的輸入和輸出時模擬值和數字值之間的差異。具體而言，檢查以數字方式（FFS或dBFS）或在模擬域（V或dBV）中測量時的峰值和均方根值之間的差異。以下各節中的一些示例計算說明了各種定義之間的必要轉換。

數字域和模擬域中的單元

系統圖如圖1所示。ASIC 的傳遞函數標記為 A。

圖1.模擬域和數字域之間的轉換，當 a = 1.0 時

一些音頻分析儀使用0 dBFS作為滿量程正弦波的定義，并且這些分析儀的正弦波在數字域中的均方根和峰值相等。相同的分析儀顯示，與模擬域中均方根電平的定義相比，數字域輸出端測得的均方根電平高出3 dB。因此，頂部和底部處于最大數字碼的方波的均方根值為1.414 FFS或3.01 dBFS，峰值為1.0 FFS或0.0 dBFS，而在模擬域中，相應方波的均方根值對于峰值和均方根值均為0 dBV。

對于ASIC，有兩種表示傳遞函數的方式，A：一種是峰值，一種是均方根。這是必需的，因為傳遞函數A存在3 dB的差異，這是由于使用市售數字音頻分析儀時模擬/數字域中的峰值/均方根定義不一致，如前所述。

從模擬域和數字域之間轉換的一般公式開始，假設抽取器（跟隨前置放大器輸出）在通帶中的增益為0 dB。

其中 A 在感興趣的頻段（音頻頻段）中是常數，可以按如下方式估計：

在均方根中，

在高峰期，

例如，如果正弦波為 14.1 mV峰施加在ASIC的輸入端，輸出測量為?22.1 dBFS有效值（與 ?22.1 dBFS 相同峰），則 ASIC 的傳遞函數計算如下：

在均方根中，

在高峰期，

請注意，峰值增益APEAK比均方根增益ARMS低3 dB。同樣，這是因為數字正弦輸出的均方根和峰值相等。

很多時候，計算ASIC的最大輸入幅度（以伏特為單位）以產生滿量程輸出很有趣。設 x（t） 的振幅表示為 VAPEAK，vo[n] 的振幅表示為 VDPEAK。

為了實現最大滿量程輸出（無削波），對應于vo[n]的幅度為1.0 FFS，模擬域中輸入的計算如下：

測量麥克風前置放大器 ASIC 上的噪聲

另一個經常進行的測量是ASIC（嵌入麥克風模塊內部）的噪聲水平。麥克風前置放大器ASIC的噪聲是通過抽取ASIC的輸出并將抽取的輸出運行到音頻分析儀中，將放大器的輸入保持在0 V來數字測量的。然而，考慮到ASIC的傳遞函數，不僅目標輸出端的噪聲，而且噪聲也回饋到輸入端。假設抽取器通帶內的增益為0 dB。如果A加權噪聲測量為?87.5 dBFS有效值在ASIC的輸出端，折合到輸入端的噪聲可以計算如下（使用之前計算的相同傳遞函數）：

因此，放大器輸入端的噪聲為5.37 μVVRMS.

總結

測量設備具有不同的解釋滿量程的方法，這會影響測試模擬和數字電路中記錄的值。在某些情況下，均方根的數字和模擬定義相差約3 dB。

在計算模擬域和數字域中的信號電平時，了解測量設備中使用的定義和單位非常重要，并驗證這些定義是否與ASIC規范數據手冊中報告的值一致。

審核編輯：郭婷