二、THD、THD+N、SINAD、SNR、ENOB、NL、SFDR的定义
THD、THD+N、SINAD、SNR、ENOB的定义有不同的变种，这里只给出其中比较常见的定义。测量这些参数时，通常采用信号发生器向被测设备发出超低失真的单频正弦波，同时采集从被测设备返回来的信号，然后通过快速傅里叶变换（FFT）将测得的信号功率分解为基波功率、各次谐波失真功率和噪声功率三大部分，如果有直流分量存在，通常滤掉而不用于计算，最后按这些参数的定义公式进行计算。
1、总谐波失真THD（Total Harmonic Distortion）的定义
总谐波失真THD是描述放大器、数模/模数转换器、传感器、能换器、供电等设备和系统的常见参数之一。它通常定义为各谐波功率之和与基波功率的比值的开方，以百分比表示：
其中，Vi为第i次谐波的RMS幅度，V1为基波的RMS幅度，N为计算THD所用到的最高次谐波的次数。
如果以dB表示则：THDdB = 20log10(THD)。比如THD=0.0001%，则THDdB = -120 dB，总谐波失真只是对谐波失真的总体描述，它并不区分削顶失真、交越失真，也不区分各次谐波的相对比重。在描述一个系统的THD值时，还必须指明该THD值是在什么情况下测得的，包括测试信号（基波）的频率、计算所用到的最高次谐波的次数或计算的频率范围、测试信号的幅度等。
2、总谐波失真+噪声THD+N（Total Harmonic Distortion Plus Noise）的定义
总谐波失真+噪声THD+N通常定义为各谐波功率及噪声功率之和与信号总功率的比值的开方，以百分比表示：
其中，Vtotal为信号（包括基波、各次谐波和噪声）的总RMS幅度，V1为基波的RMS幅度。
如果以dB表示则：(THD+N)dB = 20log10(THD+N)。比如THD+N = 0.0001%，则(THD+N)dB = -120 dB。在描述一个系统的THD+N值时，还必须指明该THD+N值是在什么情况下测得的，包括测试信号（基波）的频率、谐波和噪声计算的频率范围、信号的幅度、以及对噪声和失真是否按听感进行了加权（A、B、C、ITU-R 468）等。
3、信纳比SINAD（Signal to Nosie and Distortion Ratio）的定义
信纳比SINAD通常定义为信号总功率与各次谐波功率及噪声功率之和的比值的开方，以dB表示为：
其中，Vtotal为信号（包括基波、各次谐波和噪声）的总RMS幅度，V1为基波的RMS幅度。
4、信噪比SNR（Signal to Nosie Ratio）的定义
信噪比SNR通常定义为信号基波功率与噪声功率的比值的开方，以dB表示为：
其中，Vtotal为信号（包括基波、各次谐波和噪声）的总RMS幅度，Vi为第i次谐波的RMS幅度(包括基波)，N为计算所用到的最高次谐波的次数。 5、有效位数ENOB (EffectiveNumber of Bits) 有效位数ENOB可直接由SINAD按下式推出：ENOB= (SINAD-1.76 dB) / 6.02。注意此式是在满程情况下测试的。如果被测的ADC或DAC的测试信号低于满程，则SINAD和ENOB会偏小，可通过将上式算得的结果再加上20log10(满程幅度/信号幅度)/6.02来推得满程的ENOB。
6、噪声电平NL（Noise Level） 噪声电平在这里定义为总的噪声的RMS幅度。
7、无寄生动态范围SFDR（Spurious Free Dynamic Range） 无寄生动态范围SFDR定义为第一个谱峰与第二个谱峰的功率比的开方，用dB表示。注意：第二谱峰不一定与基波构成谐波关系。
上述的总谐波失真THD等参数的计算式不算复杂，采用数字信号分析的方法貌似很容易，但要测准却不像表面上看起来的那么容易，涉及到多个参数的选择以及为什么要这样选择的问题，一个参数不对，全盘皆错。这包括测试信号频率的选择、采样频率的选择、采样位数的选择、采样长度的选择、FFT点数的选择、窗函数的选择、测量带宽的选择等。下面就THD失真测量中可能遇到的各种问题进行说明。
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发表于 2019-2-11 21:08
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