APx500 音频分析仪中的信号发生器调节 ：自动设置 Gen Level（一）

前言

自动调节音频分析仪的信号发生器功能是 APx500软件中众多有用但不为人所熟知的功能之一。我们经常需要调整输入被测设备（DUT）的信号属性，以便 DUT 的输出信号精确地满足特定条件。例如，我们想要自动找到功率放大器的最大输出幅度，或者设置扬声器或人工嘴来产生特定的声压级。本次的讨论会分为两个部分：在第 1 部分中，我们将讨论APx500 软件中的主要调节工具之一——自动设置 Gen Level 功能。在第 2 部分中，我们将介绍 Sequence Mode和 Bench Mode下特有的关于调节功能的其它测量。

示例 – 功率放大器（Power Amplifiers）测试场景

放大器额定功率是信号发生器调节的典型例子。放大器的最大额定功率通常指当用中频纯音（例如，1.0 kHz正弦信号）作为激励信号时，输出信号的失真水平（THD+N Ratio）达到1%时测得的输出功率值。测试规范可能要求在额定功率或特定百分比额定功率的条件下测量多个音频质量指标（增益、频率响应、SNR、串扰等）。因此，我们需要首先确定与额定功率相对应的信号发生器幅度（Generator Level），然后将此信号发生器幅度应用于后续的音频测试。

如图1，这是一张小型耳机放大器的实测 THD+N vs信号发生器幅度的曲线，也就是放大器在1.0 kHz下从1 mVrms到1.6 Vrms的阶梯扫幅测量。该曲线具有所有功率放大器的典型形状：在低输入电压（在本例中为1 mVrms至约200 mVrms）下，THD+N以噪声为主，因此曲线随着电压的增加而向下倾斜。在约200 mVrms至1.2 Vrms的范围内，THD+N最低（表示该DUT的最佳工作范围），高于1.2 Vrms时，THD+N突然从约0.02%增加到10%。信号发生器幅度在 1.2 Vrms 处的突变对应于削波的开始。当输入电压超过该点时，DUT输出开始削波，导致失真随着信号发生器幅度的升高而迅速增加。

图 1.测量的耳机放大器的 THD+N Ratio （20 Hz – 20 kHz），在 1.0 kHz 时从 1 mV rms 到 1.6 V rms 的阶梯扫幅测试结果扫描。

要确定额定功率，我们需要找到与输出 THD+N为1.0%相对应的信号发生器幅度。我们可以通过插值图1中的曲线找到所需的信号发生器幅度。另一种方法可能是反复试验 - 在观察 THD+N Ratio结果的同时手动更改信号发生器幅度，直到测量到所需的失真值。但是，在削波开始后，如此陡峭的斜坡，手动查找目标幅度将非常耗时。幸运的是，APx500音频分析仪有一些有用的工具来解决这种调节问题。

自动设置信号发生器幅度（Auto Gen Level）

我们将讨论的 APx 中的第一个调节工具是“Auto Gen Level”功能（Automatically Set Generator Level的简称）。这可以从Sequence Mode和Bench Mode下Signal Path Setup的“Reference”子面板访问（图2）。它用于调整正弦信号输入到 DUT 的信号发生器电压，以在 DUT 的输出端找到 RMS 幅度或 THD+N 的指定目标值。

图 2.“Signal Path Setup”的“Reference”子面板中的“Auto Gen Level”按钮将打开“Automatically Set Generator Level”对话框。

“Automatically Set Generator Level”对话框的顶部用于指定调节目标的参数，您可以选择：

Regulate：（THD+N Ratio或 RMS Level）

To：（目标值、最大值或最小值）

On：（具有最高或最低值的通道，或特定通道）

注意：目标值的单位与调节参数的单位相匹配。即，如果调节设置为THD+N比率，则目标值单位为百分比、dB或x / y；如果选择 RMS Level，则目标值单位为电压系列单位中的 Vrms、W等，或者 dBSPL 或 Pa（如果输入模式为Acoustic）。

“Automatically Set Generator Level”对话框的下半部分用于指定自动调整的信号发生器参数（通常为信号发生器幅度）。“Start Value”和“Stop Value”控件指定在调节过程中要使用的最小和最大电压值。自动设置信号发生器功能使用算法，通过在起始值和停止值之间的范围内有效调整信号发生器幅度来查找目标值。但是，要实现成功，目标值必须出现在指定的信号发生器“Start Value”和“Stop Value”之间的某个位置。注：停止值可以高于或低于起始值，在这种情况下，搜索方向将反转。

“Initial Steps”控件指定在搜索目标值时，算法首先用于从“起始值”转到“停止值”的步骤数。最小值为1，默认值为2。值越高，允许算法逐渐接近停止值，这在某些情况下可能会提高性能。最后，频率控制 Frequency指要生成的正弦信号的频率。

根据需要设置所有参数后，只需单击“Start”按钮。按照指定的参数，系统将自动调整信号发生器电压并测量 DUT输出电压或 THD+N，直到在公差范围内达到指定的目标值。为了便于操作，公差值在内部是固定的。如果成功找到目标值，则会发生以下情况：

1. 信号发生器保持在使 DUT输出信号达到对话框中指定的目标值和频率的特定电压下。例如，请参见图 3。在这种情况下，DUT（耳机放大器）在输出通道1上的测量THD+N为1.001%，发生器电压幅度为1.256 Vrms。

2.dBrG 输出基准自动设置为产生目标值的信号发生器电压幅度（在本例中，耳机放大器为1.256 Vrms）。

图 3.“自动设置 Gen Level”过程成功完成后的“Verify Connections”和“Reference子面板。

上述第2项是一个非常有用的功能，因为在调节后，在对同一信号路径进行任何测量时，将发生器电压幅度设置为0 dBrG，都会自动设置为指向目标值的电压幅度。例如，要在额定功率（1% THD+N）下测试功率放大器的频率响应、SNR、增益等指标，您只需使用自动设置 Gen Level 所找到的1%THD+N 目标值，然后在同一信号路径中将信号发生器幅度设置为0 dBrG后运行所需的测量。

如上所述，要使 Auto Gen Level设置成功，目标值必须出现在指定的信号发生器“Start”（开始）和“Stop”（停止）值之间的某个位置。否则，在尝试完所有的步骤后，将会报错。例如，参考图1，如果我们指定THD+N比值为1.0%，起始值为5 mVrms，停止值为500 mVrms，则调节过程永远不会成功，因为 THD+N比率永远不会达到此范围内的目标值。发生这种情况时，将显示图 4 中所示的错误消息。单击 “Details”（详细信息）按钮将显示调节历史记录（测试的信号发生器幅度和相应的 DUT输出特性），如下所示。

图 4.当自动设置信号发生器幅度找不到目标值时显示的报错信息。

若要确保自动设置过程成功找到目标值，请务必选择适当的“Start”（开始）和“Stop”（停止）值。在序列模式下执行此操作的最简单方法是在“Verify Connections”子面板中手动调整信号发生器电压幅度，同时观察信号路径设置中的 RMS幅度或THD+N结果。在Bench Mode下，您可以在“Generator”面板中手动调整电压幅度，同时观察 THD+N 或 RMS 幅度。这样，就很容易找到一个开始和停止值，使得目标值出现在它们之间。这种手动方法的替代方法是运行阶梯扫幅测量，如图1所示。但是，此方法还需要为扫描选择适当的开始和停止幅度，无论如何，这可能都需要提前手动进行验证。

Sequence中的调节

有一个功能可用于在 Sequence Mode下自动调节信号发生器。单击标有“Measurement Sequence Settings…”的齿轮形状图标在“Signal Path Setup”中调用同名对话框。此对话框包含一个标记为“Auto Set Generator Level”的复选框。选中后，此功能将按照“Automatically Set Generator Level”对话框中设置的参数自动运行（图2）。使用此功能，您可以轻松创建一个序列，以自动找到产生目标 THD+N Ratio或 RMS幅度的信号发生器电压幅度，然后在该电压运行一系列测量并生成报告。

图 5，单击“信号路径设置”中的“测量序列设置”节点，将调用一个对话框，其中包含“Auto Set Generator Level”复选框。

结论

我们对 APx 中自动设置 Gen Level 功能的讨论到此结束。除了标准功率放大器测试外，该功能对于许多应用场景也很有帮助，包括：

数字功率放大器测试

校准扬声器的声压级输出

耳机特性输入

在本文的第 2 部分中，我们将讨论 Sequence Mode 和 Bench Mode 下特有的关于调节功能的其它测量，敬请关注！

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