本發(fā)明涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)的測(cè)試，具體涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)正弦波測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

測(cè)試高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC是最具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一，而ADC的差分線性誤差DNL和積分線性誤差I(lǐng)NL是用來(lái)描述ADC靜態(tài)特性中每一個(gè)轉(zhuǎn)換編碼正確性的參數(shù)，在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中都有非常重要作用。

現(xiàn)有技術(shù)中，使用線性斜波信號(hào)作為測(cè)試輸入，這種測(cè)試方法可以降低測(cè)試復(fù)雜性，但高線性度的斜波信號(hào)不易產(chǎn)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(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)正弦波測(cè)試方法，測(cè)試速度快、精度高。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明提供一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)正弦波測(cè)試方法，包括：

1)以正弦波輸入待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采集待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字碼j，統(tǒng)計(jì)各數(shù)字碼的出現(xiàn)次數(shù)，記為P_actual(j)，P_actual(j)為采集到數(shù)字碼j的出現(xiàn)次數(shù)；

2)計(jì)算數(shù)字碼j分布的概率密度P[j]；

3)待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的差分非線性誤差DNL_j(LSB)和積分非線性誤差I(lǐng)NL_j(LSB)為

或

其中，

N為待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率，F(xiàn)S為待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程值，A為正弦波幅度。

上述模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)正弦波測(cè)試方法，其中，正弦波的幅度大于待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的的滿量程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果是：

本發(fā)明用高性能的正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波去精確測(cè)量ADC靜態(tài)參數(shù)，提高了測(cè)試精度，并解決了斜波測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)正弦波測(cè)試方法由以下的實(shí)施例及附圖給出。

圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例中測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)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(xiàn)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(shù)字碼分布的概率密度示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合圖1～圖5對(duì)本發(fā)明的模數(shù)轉(zhuǎn)換器靜態(tài)參數(shù)正弦波測(cè)試方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1所示為本發(fā)明較佳實(shí)施例中測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)電路示意圖。如圖1所示，本發(fā)明以正弦波作為激勵(lì)信號(hào)源，即測(cè)試輸入，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC輸出數(shù)字碼(例如，0,1,2,...,2ⁿ-1)，以ADC輸出的數(shù)字碼及其出現(xiàn)次數(shù)為坐標(biāo)可得到數(shù)字碼出現(xiàn)次數(shù)分布曲線圖。本發(fā)明采用高性能正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波去精確測(cè)試ADC靜態(tài)參數(shù)，所述靜態(tài)參數(shù)包括差分非線性誤差DNL和積分非線性誤差I(lǐng)NL。

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(shí)間。

將公式(1)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算時(shí)間，如下：

如圖3所示，正弦波的頻率為f，在1/f這個(gè)時(shí)間范圍內(nèi)，電壓從-A+C到A+C，在t₁和t₂兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)，電壓值分別為V₁和V₂，則正弦波電壓在V₁到V₂之間出現(xiàn)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(shí)現(xiàn)正常覆蓋所有碼的測(cè)試，正弦波的幅度必須大于ADC的滿量程。假設(shè)ADC的滿量程范圍為則2A＞FS，(A+C)＞FS/2，(-A+C)＜(-FS/2)，F(xiàn)S/2代表-FS/2代表Q₀，如圖5所示。

參見(jiàn)圖5，利用公式(3)計(jì)算數(shù)字碼分布的概率密度，如下：

當(dāng)正弦波的電壓小于Lm₀，ADC輸出的數(shù)字碼為0，用P[0]代表數(shù)字碼0出現(xiàn)的概率，有

當(dāng)正弦波的電壓位于Lm_i-1和Lm_i之間，ADC輸出的數(shù)字碼為i，用P[i]代表數(shù)字碼i出現(xiàn)的概率，有

當(dāng)正弦波的電壓大于ADC輸出的數(shù)字碼為(2ⁿ-1)，用P[2ⁿ-1]代表數(shù)字碼(2ⁿ-1)出現(xiàn)的概率，有

其中，Lm_i-1和Lm_i均在范圍內(nèi)，Lm₀和均在范圍內(nèi)，且

綜上所述，數(shù)字碼分布的概率密度為：

推導(dǎo)出DNL_j(LSB)和INL_j(LSB)分別為：

其中，P_actual(j)為實(shí)際捕獲到數(shù)字碼j的出現(xiàn)次數(shù)，DNL_k(LSB)表示第k個(gè)數(shù)字碼的差分非線性誤差，k＝0,1,…,2ⁿ-1，第k個(gè)數(shù)字碼的碼值為k。

公式(8)和公式(9)采用直方圖統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算ADC的靜態(tài)參數(shù)(差分非線性誤差DNL和積分非線性誤差I(lǐng)NL)，達(dá)到測(cè)試ADC靜態(tài)性能的目的。

本實(shí)施例以正弦波作測(cè)試輸入，計(jì)算數(shù)字碼分布的概率密度，再由直方圖方法計(jì)算ADC的靜態(tài)參數(shù)(即由獲得DNL_j(LSB)和INL_j(LSB))。

采用公式(8)和公式(9)計(jì)算ADC的靜態(tài)參數(shù)時(shí)，ADC輸出數(shù)據(jù)采集量與ADC的分辨率N、測(cè)試結(jié)果希望的可信度Zα/2以及DNL誤差β有關(guān)。例如，10位ADC，DNL誤差β在0.1LSB，并且有95％可信度Z_α/2，采樣的數(shù)據(jù)量要求超過(guò)500K：

NRECORD＝[π×2^N-1×(Z_α/2)²]/β²＝[π×2⁹×(1.96)²]/(0.1)²＝617，920

即采樣數(shù)據(jù)量可能較大。

另外，采用公式(8)和公式(9)計(jì)算ADC的靜態(tài)參數(shù)，測(cè)試結(jié)果與正弦波的幅度、相位、偏差有關(guān)，與噪聲、時(shí)鐘抖動(dòng)、ADC的hysteresis有關(guān)，還需要測(cè)試設(shè)備模擬與數(shù)字精確同步，即測(cè)試條件要求較高。

本發(fā)明還提供一種采用累積直方圖統(tǒng)計(jì)法計(jì)算DNL_j(LSB)和INL_j(LSB)，對(duì)數(shù)據(jù)采集量和測(cè)試條件要求較低，如下：

首先需要確定ADC的偏置誤差及每個(gè)電壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)。ADC的偏置誤差可以從采樣數(shù)據(jù)中找，總采樣數(shù)據(jù)Nrecord等于正的采樣數(shù)Nrecord[+]加負(fù)的采樣數(shù)Nrecord[-]，有

其中，N為ADC的分辨率。

V_offset＝0.5×A×π×sin[(Nrecord[+]-Nrecord[-])/(Nrecord[+]+Nrecord[-])] (12)

其中，V_offset為ADC的偏置誤差，即電壓起始點(diǎn)。

有了計(jì)算得到的ADC的偏置誤差，電壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)或稱(chēng)碼邊沿V_j可以通過(guò)以下數(shù)學(xué)表達(dá)式計(jì)算：

已知電壓轉(zhuǎn)換點(diǎn)或稱(chēng)碼邊沿V_j，DNL_j(LSB)和INL_j(LSB)計(jì)算公式如下：

DNL_j(LSB)＝(V_j+1-V_j)×(2^N/FS) (14)

其中，F(xiàn)S為ADC的滿量程值，N為ADC的分辨率。