模數轉換器靜態參數正弦波測試方法與流程
2023-05-20 02:30:11 1
本發明涉及模數轉換器靜態參數的測試，具體涉及一種模數轉換器靜態參數正弦波測試方法。
背景技術：
測試高速模數轉換器ADC是最具有挑戰性的任務之一，而ADC的差分線性誤差DNL和積分線性誤差INL是用來描述ADC靜態特性中每一個轉換編碼正確性的參數，在各個應用領域中都有非常重要作用。
現有技術中，使用線性斜波信號作為測試輸入，這種測試方法可以降低測試複雜性，但高線性度的斜波信號不易產生，需要低損耗及低介電吸收電容組成精確整合電路，而且測試時間相對較長。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供一種模數轉換器靜態參數正弦波測試方法，測試速度快、精度高。
為了達到上述的目的，本發明提供一種模數轉換器靜態參數正弦波測試方法，包括：
1)以正弦波輸入待測模數轉換器，採集待測模數轉換器輸出的數字碼j，統計各數字碼的出現次數，記為Pactual(j)，Pactual(j)為採集到數字碼j的出現次數；
2)計算數字碼j分布的概率密度P[j]；
3)待測模數轉換器的差分非線性誤差DNLj(LSB)和積分非線性誤差INLj(LSB)為
或
其中，
N為待測模數轉換器的解析度，FS為待測模數轉換器的滿量程值，A為正弦波幅度。
上述模數轉換器靜態參數正弦波測試方法，其中，正弦波的幅度大於待測模數轉換器的的滿量程。
與現有技術相比，本發明的技術效果是：
本發明用高性能的正弦波發生器產生正弦波去精確測量ADC靜態參數，提高了測試精度，並解決了斜波測試時間相對較長的問題。
附圖說明
本發明的模數轉換器靜態參數正弦波測試方法由以下的實施例及附圖給出。
圖1是本發明較佳實施例中測試模數轉換器ADC靜態參數電路示意圖。
圖2是正弦波示意圖。
圖3是正弦波電壓在V1到V2之間出現的概率示意圖。
圖4是正弦波電壓分布的概率密度曲線圖。
圖5是正弦波及數字碼分布的概率密度示意圖。
具體實施方式
以下將結合圖1～圖5對本發明的模數轉換器靜態參數正弦波測試方法作進一步的詳細描述。
圖1所示為本發明較佳實施例中測試模數轉換器ADC靜態參數電路示意圖。如圖1所示，本發明以正弦波作為激勵信號源，即測試輸入，模數轉換器ADC輸出數字碼(例如，0,1,2,...,2n-1)，以ADC輸出的數字碼及其出現次數為坐標可得到數字碼出現次數分布曲線圖。本發明採用高性能正弦波發生器產生正弦波去精確測試ADC靜態參數，所述靜態參數包括差分非線性誤差DNL和積分非線性誤差INL。
圖2所示為正弦波示意圖。如圖2所示，正弦波可表示為：
V(t)＝Asin(2πft+B)+C (1)
其中，V(t)為電壓，A為幅度，B為相位，C為偏差，f為頻率，t為時間。
將公式(1)轉變為計算時間，如下：
如圖3所示，正弦波的頻率為f，在1/f這個時間範圍內，電壓從-A+C到A+C，在t1和t2兩個時間點，電壓值分別為V1和V2，則正弦波電壓在V1到V2之間出現的概率P為：
正弦波電壓分布的概率密度為浴盆曲線，如圖4所示。
為實現正常覆蓋所有碼的測試，正弦波的幅度必須大於ADC的滿量程。假設ADC的滿量程範圍為則2A＞FS，(A+C)＞FS/2，(-A+C)＜(-FS/2)，FS/2代表-FS/2代表Q0，如圖5所示。
參見圖5，利用公式(3)計算數字碼分布的概率密度，如下：
當正弦波的電壓小於Lm0，ADC輸出的數字碼為0，用P[0]代表數字碼0出現的概率，有
當正弦波的電壓位於Lmi-1和Lmi之間，ADC輸出的數字碼為i，用P[i]代表數字碼i出現的概率，有
當正弦波的電壓大於ADC輸出的數字碼為(2n-1)，用P[2n-1]代表數字碼(2n-1)出現的概率，有
其中，Lmi-1和Lmi均在範圍內，Lm0和均在範圍內，且
綜上所述，數字碼分布的概率密度為：
推導出DNLj(LSB)和INLj(LSB)分別為：
其中，Pactual(j)為實際捕獲到數字碼j的出現次數，DNLk(LSB)表示第k個數字碼的差分非線性誤差，k＝0,1,…,2n-1，第k個數字碼的碼值為k。
公式(8)和公式(9)採用直方圖統計方法計算ADC的靜態參數(差分非線性誤差DNL和積分非線性誤差INL)，達到測試ADC靜態性能的目的。
本實施例以正弦波作測試輸入，計算數字碼分布的概率密度，再由直方圖方法計算ADC的靜態參數(即由獲得DNLj(LSB)和INLj(LSB))。
採用公式(8)和公式(9)計算ADC的靜態參數時，ADC輸出數據採集量與ADC的解析度N、測試結果希望的可信度Zα/2以及DNL誤差β有關。例如，10位ADC，DNL誤差β在0.1LSB，並且有95％可信度Zα/2，採樣的數據量要求超過500K：
NRECORD＝[π×2N-1×(Zα/2)2]/β2＝[π×29×(1.96)2]/(0.1)2＝617，920
即採樣數據量可能較大。
另外，採用公式(8)和公式(9)計算ADC的靜態參數，測試結果與正弦波的幅度、相位、偏差有關，與噪聲、時鐘抖動、ADC的hysteresis有關，還需要測試設備模擬與數字精確同步，即測試條件要求較高。
本發明還提供一種採用累積直方圖統計法計算DNLj(LSB)和INLj(LSB)，對數據採集量和測試條件要求較低，如下：
首先需要確定ADC的偏置誤差及每個電壓轉換點。ADC的偏置誤差可以從採樣數據中找，總採樣數據Nrecord等於正的採樣數Nrecord[+]加負的採樣數Nrecord[-]，有
其中，N為ADC的解析度。
Voffset＝0.5×A×π×sin[(Nrecord[+]-Nrecord[-])/(Nrecord[+]+Nrecord[-])] (12)
其中，Voffset為ADC的偏置誤差，即電壓起始點。
有了計算得到的ADC的偏置誤差，電壓轉換點或稱碼邊沿Vj可以通過以下數學表達式計算：
已知電壓轉換點或稱碼邊沿Vj，DNLj(LSB)和INLj(LSB)計算公式如下：
DNLj(LSB)＝(Vj+1-Vj)×(2N/FS) (14)
其中，FS為ADC的滿量程值，N為ADC的解析度。