本技術(shù)涉及模數(shù)轉(zhuǎn)換器測試領(lǐng)域，具體涉及一種高精度逐次逼近型adc測試電路及測試方法。

背景技術(shù)：

1、逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器(sar?adc)因其低功耗、高速度和高分辨率的特點，在各種電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，對adc的精度要求也越來越高。然而，adc在實際應(yīng)用中往往存在微分非線性(dnl)誤差，即相鄰碼值之間的跳變步長不一致，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換精度下降。

2、目前，測試adc微分非線性誤差的常用方法是利用高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)生成與adc輸入范圍相對應(yīng)的模擬信號，并測量adc的輸出數(shù)字碼值。通過比較理想碼值與實際碼值之間的差異，可以計算出dnl誤差。然而，這種方法存在一定的局限性。首先，高精度dac的成本較高，且難以保證其輸出信號的線性度和穩(wěn)定性，容易引入額外的測試誤差。其次，該方法需要遍歷adc的整個輸入范圍，測試時間較長，效率較低。此外，由于adc的轉(zhuǎn)換特性在不同碼值處存在差異，單純地等間隔掃描輸入信號難以準確捕獲關(guān)鍵碼值處的dnl誤差，影響測試結(jié)果的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本技術(shù)提供了一種高精度逐次逼近型adc測試電路及測試方法，用于提高adc的性能評估的準確性。

2、第一方面，本技術(shù)提供了一種高精度逐次逼近型adc測試電路，所述電路包括：控制總線端、控制比較模塊、積分器模塊、電源模塊和輸入信號調(diào)理模塊；

3、所述控制比較模塊與被測adc電連接；所述控制比較模塊與所述積分器模塊電連接；所述積分器模塊與所述輸入信號調(diào)理模塊電連接；所述輸入信號調(diào)理模塊與所述被測adc電連接；所述電源模塊與所述控制比較模塊、所述積分器模塊和所述輸入信號調(diào)理模塊電連接；所述控制總線端與所述控制比較模塊電連接；

4、所述控制總線端，用于根據(jù)容易引入dnl誤差的關(guān)鍵權(quán)位進位點，生成初始數(shù)字信號，并將所述初始數(shù)字信號輸出給所述控制比較模塊啟動測試；

5、所述控制比較模塊，用于根據(jù)所述數(shù)字信號生成初始控制信號；

6、所述控制比較模塊，還用于根據(jù)所述被測adc輸出的數(shù)據(jù)生成調(diào)節(jié)控制信號；

7、所述電源模塊，用于根據(jù)所述初始控制信號或所述調(diào)節(jié)控制信號給所述積分器模塊充電或者放電；

8、所述積分器模塊，用于根據(jù)所述控制比較模塊輸出的所述初始控制信號或所述調(diào)節(jié)控制信號對輸入電流進行積分，得到積分值，并輸出與所述積分值成正比的積分電壓至所述輸入信號調(diào)理模塊；

9、所述輸入信號調(diào)理模塊，用于根據(jù)所述積分電壓生成模擬輸入信號adin給所述被測adc進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字碼值；

10、所述輸入信號調(diào)理模塊，還用于根據(jù)所述積分電壓生成目標(biāo)電壓信號。

11、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的高精度逐次逼近型adc測試電路，通過精心設(shè)計的硬件結(jié)構(gòu)和測試方法，實現(xiàn)了對adc微分非線性誤差的高效、準確測試。該測試電路包括控制總線端、控制比較模塊、積分器模塊、電源模塊和輸入信號調(diào)理模塊，各模塊之間通過合理的電連接形成完整的測試系統(tǒng)。控制總線端根據(jù)容易引入dnl誤差的關(guān)鍵權(quán)位進位點，生成初始數(shù)字信號生成初始控制信號，同時根據(jù)被測adc輸出的數(shù)據(jù)生成調(diào)節(jié)控制信號。電源模塊根據(jù)初始控制信號或調(diào)節(jié)控制信號給積分器模塊充電或放電，實現(xiàn)對測試信號的精確控制。積分器模塊根據(jù)控制比較模塊輸出的初始控制信號或調(diào)節(jié)控制信號對輸入電流進行積分，得到積分值，并輸出與積分值成正比的積分電壓至輸入信號調(diào)理模塊。輸入信號調(diào)理模塊根據(jù)積分電壓生成模擬輸入信號adin給被測adc進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)字碼值，同時還根據(jù)積分電壓生成目標(biāo)電壓信號。通過上述硬件結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作，測試電路能夠高精度逐次逼近型adc測試電路，使運算放大器輸出經(jīng)差分放大后的電壓值穩(wěn)定在與預(yù)設(shè)數(shù)字信號相對應(yīng)的水平。這種自動調(diào)節(jié)機制能夠有效補償測試過程中的環(huán)境干擾和器件漂移，確保測試信號的精度和穩(wěn)定性，從而提高測試結(jié)果的可靠性。與傳統(tǒng)的利用高精度dac生成測試信號的方法相比，本發(fā)明無需使用昂貴的dac器件，降低了測試成本，同時避免了dac輸出信號線性度和穩(wěn)定性不足導(dǎo)致的額外誤差。

12、可選的，所述初始數(shù)字信號的值與所述被測adc的參考電壓、dac的供電電壓以及被測adc的輸入電壓范圍相關(guān)。

13、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的高精度逐次逼近型adc測試電路，在生成初始數(shù)字信號的值，可以精確控制測試電路的輸出電壓，使其落在被測adc的輸入電壓范圍內(nèi)，避免了測試信號超出量程導(dǎo)致的測試失敗或誤差。同時，初始數(shù)字信號的值，測試電路能夠輸出與被測adc匹配的測試信號，確保了測試過程的順利進行和測試結(jié)果的準確性。同時，通過優(yōu)化測試點的選擇，重點測試容易引入誤差的關(guān)鍵碼值，提高了測試效率和精度。

14、可選的，所述控制比較模塊包括控制信號發(fā)生單元、數(shù)據(jù)比較單元和邏輯判斷單元；所述控制信號發(fā)生單元與所述數(shù)據(jù)比較單元和所述邏輯判斷單元依次電連接；

15、所述控制信號發(fā)生單元，用于根據(jù)所述數(shù)字信號確定輸入數(shù)字量db；

16、所述控制信號發(fā)生單元，還用于根據(jù)被測adc輸出的數(shù)據(jù)生成輸出數(shù)字量da；

17、所述數(shù)據(jù)比較單元，用于將預(yù)設(shè)數(shù)字量b和所述輸入數(shù)字量db進行比較，得到初始比較結(jié)果；

18、所述數(shù)據(jù)比較單元，還用于將所述預(yù)設(shè)數(shù)字量b和所述輸出數(shù)字量da進行比較，得到調(diào)節(jié)比較結(jié)果；

19、所述邏輯判斷單元，用于根據(jù)所述初始比較結(jié)果或所述調(diào)節(jié)比較結(jié)果，生成對應(yīng)的所述控制信號給所述電源模塊。

20、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的高精度逐次逼近型adc測試電路，在控制比較模塊的設(shè)計中，采用了控制信號發(fā)生單元、數(shù)據(jù)比較單元和邏輯判斷單元的組合，通過合理的電連接和功能劃分，實現(xiàn)了對測試過程的精確控制和自動調(diào)節(jié)。控制信號發(fā)生單元根據(jù)數(shù)字信號生成輸出數(shù)字量da，為后續(xù)的數(shù)據(jù)比較和邏輯判斷提供了基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)比較單元將預(yù)設(shè)數(shù)字量b分別與輸入數(shù)字量db和輸出數(shù)字量da進行比較，得到初始比較結(jié)果和調(diào)節(jié)比較結(jié)果，為邏輯判斷單元的決策提供了依據(jù)。邏輯判斷單元根據(jù)初始比較結(jié)果或調(diào)節(jié)比較結(jié)果，生成對應(yīng)的控制信號給電源模塊，實現(xiàn)了對測試電路的自動調(diào)節(jié)和反饋控制。通過控制比較模塊的協(xié)同工作，測試電路能夠根據(jù)被測adc的輸出數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整測試信號，使其穩(wěn)定在與預(yù)設(shè)數(shù)字信號相對應(yīng)的水平，確保了測試過程的自適應(yīng)性和魯棒性。與傳統(tǒng)的開環(huán)測試方法相比，本發(fā)明引入了閉環(huán)反饋控制機制，通過實時監(jiān)測被測adc的輸出數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整測試信號，有效補償了測試過程中的環(huán)境干擾和器件漂移，提高了測試精度和可靠性。同時，通過合理劃分控制比較模塊的功能單元，實現(xiàn)了測試過程的模塊化和結(jié)構(gòu)化，提高了測試電路的可維護性和可擴展性?？刂菩盘柊l(fā)生單元、數(shù)據(jù)比較單元和邏輯判斷單元的設(shè)計，清晰地反映了測試過程的邏輯流程，便于理解和優(yōu)化，為測試電路的進一步改進提供了便利。因此，本發(fā)明在控制比較模塊的設(shè)計中，通過引入閉環(huán)反饋控制機制，實現(xiàn)了測試過程的自適應(yīng)性和魯棒性，提高了測試精度和可靠性。同時，通過模塊化和結(jié)構(gòu)化的設(shè)計，增強了測試電路的可維護性和可擴展性，為高精度adc的測試提供了有力的技術(shù)支持。

21、可選的，所述積分器模塊，包括：運算放大器和積分電容；

22、所述積分電容與所述運算放大器并聯(lián)；所述運算放大器與所述控制比較模塊電連接。

23、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的高精度逐次逼近型adc測試電路，在積分器模塊的設(shè)計中，采用了運算放大器和積分電容并聯(lián)的結(jié)構(gòu)，通過合理的電連接和器件選擇，實現(xiàn)了對輸入電流的精確積分和電壓輸出。運算放大器作為積分器的核心器件，具有高增益、高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點，能夠?qū)ξ⑿〉妮斎腚娏鬟M行放大和轉(zhuǎn)換，得到與積分值成正比的輸出電壓。積分電容與運算放大器并聯(lián)，在運算放大器的反饋回路中起到了關(guān)鍵作用，通過對輸入電流進行連續(xù)積分，將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，實現(xiàn)了信號的變換和處理。同時，積分電容的容值直接影響積分器的靈敏度和時間常數(shù)，通過合理選擇積分電容的容值，可以優(yōu)化積分器的性能，提高測試精度和速度。與傳統(tǒng)的電阻反饋積分器相比，本發(fā)明采用電容反饋的方式，避免了電阻器件的噪聲和漂移，提高了積分器的穩(wěn)定性和可靠性。通過運算放大器和積分電容的并聯(lián)設(shè)計，積分器模塊能夠?qū)⒖刂票容^模塊輸出的控制信號轉(zhuǎn)換為與積分值成正比的電壓信號，為后續(xù)的信號調(diào)理和adc轉(zhuǎn)換提供了基礎(chǔ)。積分器模塊的輸出電壓經(jīng)過精確控制和調(diào)節(jié)，穩(wěn)定在與預(yù)設(shè)數(shù)字信號相對應(yīng)的水平，確保了測試信號的準確性和一致性。因此，本發(fā)明在積分器模塊的設(shè)計中，通過運算放大器和積分電容的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對輸入電流的精確積分和電壓輸出，提高了積分器的穩(wěn)定性和可靠性。同時，通過合理選擇積分電容的容值，優(yōu)化了積分器的性能，提高了測試精度和速度。積分器模塊的精確輸出為后續(xù)的信號調(diào)理和adc轉(zhuǎn)換提供了可靠的基礎(chǔ)，確保了整個測試電路的準確性和一致性，為高精度adc的測試提供了有力的技術(shù)保障。

24、可選的，所述輸入信號調(diào)理模塊，包括：加法器和差分放大器；

25、所述加法器與所述差分放大器電連接；所述差分放大器與所述被測adc電連接。

26、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的高精度逐次逼近型adc測試電路，在輸入信號調(diào)理模塊的設(shè)計中，采用了加法器和差分放大器的組合，通過合理的電連接和功能劃分，實現(xiàn)了對積分器輸出信號的精確調(diào)理和處理。加法器接收積分器模塊輸出的積分電壓，將其與其他信號進行疊加，得到復(fù)合信號。差分放大器接收加法器輸出的復(fù)合信號，將其轉(zhuǎn)換為差分信號，并進行放大，得到與積分電壓成正比的模擬輸入信號adin。通過加法器和差分放大器的級聯(lián)設(shè)計，輸入信號調(diào)理模塊能夠?qū)Ψe分電壓進行精確調(diào)理，抑制共模干擾，提高信號的質(zhì)量和完整性。與單端信號相比，差分信號具有更強的抗干擾能力和噪聲抑制能力，能夠有效減少測試環(huán)境中的電磁干擾和噪聲，提高測試精度和可靠性。同時，通過差分放大器的放大作用，模擬輸入信號adin的幅度得到了提升，增強了信號的驅(qū)動能力，確保了被測adc的正常工作。此外，差分放大器的高共模抑制比和低失調(diào)電壓特性，進一步提高了測試信號的精度和穩(wěn)定性。輸入信號調(diào)理模塊的精確輸出直接影響被測adc的轉(zhuǎn)換性能，通過加法器和差分放大器的合理設(shè)計，確保了模擬輸入信號adin與預(yù)設(shè)數(shù)字信號相對應(yīng)，為adc的精確轉(zhuǎn)換提供了可靠的輸入。同時，輸入信號調(diào)理模塊還根據(jù)積分電壓生成目標(biāo)電壓信號，為測試結(jié)果的評估和校準提供了參考。通過輸入信號調(diào)理模塊的精確調(diào)理和處理，測試電路能夠向被測adc提供高質(zhì)量、低噪聲的模擬輸入信號，滿足高精度測試的要求。因此，本發(fā)明在輸入信號調(diào)理模塊的設(shè)計中，通過加法器和差分放大器的組合，實現(xiàn)了對積分器輸出信號的精確調(diào)理和處理，提高了測試信號的質(zhì)量和完整性。采用差分信號傳輸方式，增強了抗干擾能力和噪聲抑制能力，提高了測試精度和可靠性。同時，通過差分放大器的放大作用和優(yōu)良特性，確保了模擬輸入信號adin的幅度和穩(wěn)定性，為被測adc的精確轉(zhuǎn)換提供了可靠的輸入。輸入信號調(diào)理模塊的精確輸出為測試結(jié)果的評估和校準提供了參考，進一步提高了測試電路的性能和可靠性，為高精度adc的測試提供了有力的技術(shù)保障。

27、可選的，所述被測adc的參數(shù)包括參考電壓vref、供電電壓vs以及所述被測adc的輸入電壓范圍vrange；所述預(yù)設(shè)數(shù)字量b根據(jù)所述被測adc的參數(shù)確定，其中，b≈（vs/vrange）*2^n，n為所述被測adc的分辨率。

28、通過采用上述技術(shù)方案，預(yù)設(shè)數(shù)字量b根據(jù)被測adc的參數(shù)確定，即b≈(vs/vrange)*2^n，其中vs為供電電壓，vrange為被測adc的輸入電壓范圍，n為被測adc的分辨率。這種設(shè)置方式具有以下優(yōu)點和技術(shù)效果：預(yù)設(shè)數(shù)字量b的確定綜合考慮了被測adc的供電電壓vs、輸入電壓范圍vrange和分辨率n等關(guān)鍵參數(shù)。由于b≈(vs/vrange)*2^n，可以看出，預(yù)設(shè)數(shù)字量b與供電電壓vs成正比，與輸入電壓范圍vrange成反比，并隨著分辨率n的增加而指數(shù)增長。這種關(guān)系準確反映了adc的轉(zhuǎn)換特性，為后續(xù)的dnl誤差測試提供了合理的參考基準。

29、另一方面，本技術(shù)還提供一種高精度逐次逼近型adc測試方法，所述方法包括：

30、根據(jù)所述被測adc的分辨率和測試要求，選擇一組代表性的測試碼值；

31、根據(jù)所述測試碼值生成對應(yīng)的初始數(shù)字信號，并將所述初始數(shù)字信號依次輸入所述高精度逐次逼近型adc測試電路，得到初始測量電壓；

32、根據(jù)所述初始測量電壓，確定dnl誤差，并根據(jù)所述dnl誤差對所述被測adc進行評估，得到評估結(jié)果。

33、通過采用上述技術(shù)方案，本技術(shù)通過選擇一組代表性的測試碼值，并根據(jù)所述測試碼值生成對應(yīng)的初始數(shù)字信號，將初始數(shù)字信號依次輸入高精度逐次逼近型adc測試電路，得到初始測量電壓，再根據(jù)初始測量電壓確定dnl誤差，并基于dnl誤差對被測adc進行評估，從而得到評估結(jié)果。該方法充分利用了高精度逐次逼近型adc測試電路的高精度特性，通過精確測量被測adc在不同碼值下的實際輸出電壓，可以準確獲取adc的非線性誤差特性。通過選取具有代表性的測試碼值，能夠全面評估adc在整個輸入范圍內(nèi)的性能表現(xiàn)，提高測試的針對性和有效性。同時，通過分析dnl誤差，可以定量評估adc的非線性程度，為后續(xù)的校準和優(yōu)化提供重要依據(jù)。

34、綜上，本技術(shù)實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點：

35、1、本技術(shù)通過選擇一組代表性的測試碼值，并根據(jù)所述測試碼值生成對應(yīng)的初始數(shù)字信號，將初始數(shù)字信號依次輸入高精度逐次逼近型adc測試電路，得到初始測量電壓，再根據(jù)初始測量電壓確定dnl誤差，并基于dnl誤差對被測adc進行評估，從而得到評估結(jié)果。該方法充分利用了高精度逐次逼近型adc測試電路的高精度特性，通過精確測量被測adc在不同碼值下的實際輸出電壓，可以準確獲取adc的非線性誤差特性。通過選取具有代表性的測試碼值，能夠全面評估adc在整個輸入范圍內(nèi)的性能表現(xiàn)，提高測試的針對性和有效性。同時，通過分析dnl誤差，可以定量評估adc的非線性程度，為后續(xù)的校準和優(yōu)化提供重要依據(jù)。

36、2、將初始測量電壓與對應(yīng)碼值的理想輸出電壓進行相減，得到每個測試碼值下的實際電壓誤差。這一步驟通過直接比較測量電壓與理想電壓的差異，精確量化了adc在不同輸入碼值下的實際誤差特性。通過消除測量電壓中的系統(tǒng)偏置和共模誤差，提取出了adc固有的非線性誤差成分。在得到各個測試碼值的電壓誤差后，進一步將相鄰兩個測試碼值對應(yīng)的電壓誤差相減，從而得到dnl誤差。這種差分計算方法巧妙地利用了相鄰碼值之間的關(guān)聯(lián)性，通過比較相鄰碼值的電壓誤差差異，直接得到了dnl誤差的量化結(jié)果。由于相鄰碼值對應(yīng)的輸入信號變化最小，它們之間的電壓誤差差異最能反映adc在該碼值轉(zhuǎn)換點的非線性程度。通過這種方式計算得到的dnl誤差，能夠精確刻畫adc在相鄰碼值轉(zhuǎn)換時的微小非線性誤差特征。

37、3、在根據(jù)dnl誤差對被測adc進行評估的過程中，采用了一種直觀而有效的分析方法。通過繪制被測adc的dnl誤差分布直方圖，可以清晰地展示dnl誤差在不同大小區(qū)間內(nèi)的頻次分布情況。dnl誤差分布直方圖以dnl誤差的大小為橫坐標(biāo)，以對應(yīng)的頻次為縱坐標(biāo)，通過直觀的圖形化表示，揭示了adc在不同非線性誤差水平下的出現(xiàn)概率和分布規(guī)律。通過觀察dnl誤差分布直方圖，可以直接判斷adc的非線性誤差特性。理想情況下，dnl誤差應(yīng)該集中在零值附近，呈現(xiàn)出類似正態(tài)分布的形態(tài)。如果dnl誤差分布直方圖出現(xiàn)明顯的偏移、展寬或者出現(xiàn)多個峰值，則說明adc存在顯著的非線性誤差，其性能可能受到影響。通過分析dnl誤差在不同大小區(qū)間內(nèi)的頻次分布，可以定量評估adc的非線性程度，判斷其是否滿足設(shè)計指標(biāo)和應(yīng)用要求。