一種測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器差分線性誤差和積分線性誤差的方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及集成電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC測(cè)試方法，特別涉及一種在不使用高純度或 高精度的激勵(lì)信號(hào)源的情況下，精確測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的差分線性誤差DNL和積分線性誤 差I(lǐng)NL的測(cè)試方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC是最具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的差分線性誤 差DNL和積分線性誤差I(lǐng)NL是用來描述模數(shù)轉(zhuǎn)換器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)域中都有非常重要的作用。過長(zhǎng)測(cè)試時(shí)間和昂貴的測(cè)試儀器使得測(cè)試 高精度ADC的靜態(tài)特性成為一項(xiàng)難度大、成本高的工作。
[0005] 使用線性信號(hào)作為測(cè)試輸入，可以降低測(cè)試復(fù)雜性，減少測(cè)試時(shí)間，但線性信號(hào)不 易產(chǎn)生，難以重復(fù)，現(xiàn)有方法手段無法針對(duì)線性信號(hào)進(jìn)行評(píng)價(jià)。統(tǒng)計(jì)方法用于測(cè)試靜態(tài)參數(shù) 能夠大大提高測(cè)試精確性，但需要統(tǒng)計(jì)大量的樣本點(diǎn)，測(cè)試效率低。正弦波頻譜法，主要用 于分析模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的動(dòng)態(tài)參數(shù)，對(duì)靜態(tài)參數(shù)進(jìn)行頻譜估計(jì)方法，跟以上二種方法一樣需 要高精度正弦波作為激勵(lì)信號(hào)，通常測(cè)試信號(hào)的頻譜純度必須高于被測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC頻 譜10倍（3~4bits)。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是低精度正弦波信號(hào)源，其各諧波相位均勻分布，符合 實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的低精度正弦信號(hào)，由于各諧波相位均勾分布，意味著被測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC 可以激勵(lì)信號(hào)任意時(shí)刻開始，讓低精度正弦激勵(lì)信號(hào)通過簡(jiǎn)單分壓電路，利用被測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn) 換器ADC的電平轉(zhuǎn)換，建立分壓前后的激勵(lì)信號(hào)之間的聯(lián)系，從而獲得精確估出激勵(lì)信號(hào)源 的參數(shù)，進(jìn)一步估出高精確度的被測(cè)ADC特性參數(shù)方法。使得使用一般低精度信號(hào)去精確測(cè) 量模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)成為可能。
[0008] 本發(fā)明采用的方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是：用一般低精度信號(hào)去精確測(cè)量模 數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)，解決了傳統(tǒng)測(cè)試需要高精度正弦波或高線性度的斜波信號(hào)作為激 勵(lì)信號(hào)，通常測(cè)試信號(hào)的頻譜純度必須高于被測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC頻譜10倍(3~4bits)。
[0009]
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明的測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)電路示意圖。
[0011]
【具體實(shí)施方式】
[0012]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0013]如圖1所示測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)的電路示意圖。
[0014] 靜態(tài)參數(shù)： 理想模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC的轉(zhuǎn)換特性是線性，即轉(zhuǎn)換碼的模擬輸入與數(shù)字輸出之間關(guān)系是 線性，考慮實(shí)際應(yīng)用中模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC轉(zhuǎn)換特性不可避免存在非線性。
[0015] 差分線性誤差DNL表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器中數(shù)字值變化一位時(shí)模擬值變化的差異。數(shù)學(xué) 表達(dá)式： DNL(i)=H(i)/Hideal(i)-l 其中，H(i)表示第i個(gè)碼實(shí)際轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度;Hideal(i)表示第i個(gè)碼理想轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度 積分線性誤差I(lǐng)NL表示模數(shù)轉(zhuǎn)換器每個(gè)電平轉(zhuǎn)換與理想狀態(tài)差異，即實(shí)際曲線與理想 線性轉(zhuǎn)換曲線的偏差。數(shù)學(xué)表達(dá)式：
激勵(lì)信號(hào)(必須大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電壓轉(zhuǎn)換范圍）為：
其中,=2彳，/為頻率;A、B為不同波形系數(shù)，&和仏為低精度正弦信號(hào)源產(chǎn)生的諧 波。
[0016] 分壓后的激勵(lì)信號(hào)為： Xi(t)=K*X(t) 其中，K為分壓系數(shù)。
[0017] 測(cè)試過程如下： 經(jīng)過控制開關(guān)，分壓前后激勵(lì)信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣，分別獲得Y(n) ,Y1(II)。
[0018] 利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)直方圖測(cè)試原理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，輸出YUMPYKn)中每個(gè) 碼出現(xiàn)的次數(shù)（只統(tǒng)計(jì)上升或下降出現(xiàn)的碼，非全部）。假設(shè)碼位M出現(xiàn)的次數(shù)H m，則從碼位 M-I到碼位M的轉(zhuǎn)換時(shí)間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
碼位M-I到碼位M的轉(zhuǎn)換電平為：
其中，G為輸入諧波數(shù)。
[0019] 當(dāng)分壓電路的X1U)進(jìn)行激勵(lì)，此時(shí)碼位M出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)數(shù)Hm,i，轉(zhuǎn)換時(shí)間tM>1，從碼位 M-I轉(zhuǎn)換到碼位M電平為：
要求低精度正弦信號(hào)源產(chǎn)生諧波A1 ,B1的數(shù)量級(jí)小于UT3，即全諧波扭曲THD小于-40dB，這樣的信號(hào)源市場(chǎng)非常普遍?？梢约僭O(shè)T M>1轉(zhuǎn)換電平與輸入信號(hào)成正比，并將產(chǎn)生誤 差w(較?。?，由于兩個(gè)信號(hào)通過的是相同模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，則在M碼位轉(zhuǎn)換電平Tm，TM>1相同。 即：
進(jìn)一步推導(dǎo)得出：
其中，Kl為已知，通過最小二乘法估計(jì)出Ai、Bi和W，求得Tm。
[0020]計(jì)算： INL(M)=(Tm-T〇)*(N-2)/(TN-2-T〇)-M DNL(M)=INL(M)-INL(M-l)〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器差分線性誤差和積分線性誤差的方法，其特征在于，包括如下 步驟： 步驟一:分別將激勵(lì)信號(hào)和分壓后的激勵(lì)信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行采樣，得到采樣 后的數(shù)據(jù)YUMPYKn); 所述激勵(lì)信號(hào)為： X(i.)=』*sin(at)-! $為 *sin(iat) + [ B.*cos(tai) i=i, !.-a ?-ι 其中，凝，丨為頻率;A、B為不同波形系數(shù);AdPBd低精度正弦信號(hào)源產(chǎn)生的諧 波； 所述分壓后的激勵(lì)信號(hào)為： Xi(t)=K*X(t) 其中，K為分壓系數(shù)； 步驟二:利用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)直方圖測(cè)試原理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，輸出YCnMPYKn)中每 個(gè)碼出現(xiàn)的次數(shù)； 碼位Μ出現(xiàn)的次數(shù)為Hm，則從碼位M-1到碼位Μ的轉(zhuǎn)換時(shí)間的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： Μ N-l： % =Σ^Λ/Σ^ x=〇,··· ,M；y=0,··· ,Ν-1 ?-0 少=0 碼位Μ-1到碼位Μ的轉(zhuǎn)換電平為： ΙΜ = .4 * ：+: Jr 4； * sih(j *%) + J] S^： ? cos^a^) i=2, · · ·, G 2-:2 j'^2 其中，G為輸入諧波數(shù)； 當(dāng)分壓電路的Xi(t)進(jìn)行激勵(lì)，此時(shí)碼位Μ出現(xiàn)的次數(shù)Hm>1，轉(zhuǎn)換時(shí)間tM>1，從碼位M-1轉(zhuǎn)換 到碼位Μ電平為： *[,4*sm〇^) + 丈+ Ζ巧 *c_.〇] i=2，…，G i~2 ι~2 其中，&和&為低精度正弦信號(hào)源產(chǎn)生的諧波； 步驟三：由于兩個(gè)信號(hào)通過的是相同模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC，誤差w太小可忽略，則在Μ碼位轉(zhuǎn) 換電平Tm，TM>1相同；SP: ^sm(atM) + ) + 2 * ^Φ^?Μ) = *[J*sm(^jV J ?·· 2 G S *s^C^ma:)+￡ 其中，Ki為已知，通過最小二乘法估計(jì)出Ai、Bi和w，求得Tm; 計(jì)算可得： INL(M)=(Tm-T〇)*(N-2)/(TN-2-T〇)-M DNL(M)=INL(M)-INL(M-1)〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器差分線性誤差和積分線性誤差的方法， 其特征在于，所述激勵(lì)信號(hào)必須大于模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC電壓轉(zhuǎn)換范圍。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器差分線性誤差和積分線性誤差的方法， 其特征在于，利用所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC靜態(tài)參數(shù)直方圖測(cè)試原理進(jìn)行統(tǒng)計(jì)時(shí)輸出的Y(n)和 ΥΚη)中每個(gè)碼出現(xiàn)的次數(shù)，只統(tǒng)計(jì)上升或下降出現(xiàn)的碼。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器差分線性誤差和積分線性誤差的方法， 其特征在于，所述諧波Ai，Bi的數(shù)量級(jí)小于ΚΓ 3，即全諧波扭曲THD小于-40dB。
【專利摘要】本發(fā)明涉及集成電路模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC測(cè)試方法，在不使用高純度或高精度的激勵(lì)信號(hào)源的情況下卻能精確測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC差分線性誤差DNL積分線性誤差I(lǐng)NL數(shù)學(xué)模型及計(jì)算方法和性能的測(cè)試電路模型。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是低精度正弦波信號(hào)源，其各諧波相位均勻分布，符合實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生的低精度正弦信號(hào)，由于各諧波相位均勻分布，意味被測(cè)ADC可以激勵(lì)信號(hào)任意時(shí)刻開始，讓低精度正弦激勵(lì)信號(hào)通過簡(jiǎn)單分壓電路，利用被測(cè)ADC的電平轉(zhuǎn)換，建立分壓前后的激勵(lì)信號(hào)之間的聯(lián)系，從而獲得精確估出激勵(lì)信號(hào)源的參數(shù)，進(jìn)一步估出高精度和高精確度的被測(cè)ADC特性參數(shù)方法。使得使用一般低精度信號(hào)去精確測(cè)量ADC靜態(tài)參數(shù)成為可能。
【IPC分類】H03M1/10
【公開號(hào)】CN105471431
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510906010
【發(fā)明人】許偉達(dá), 徐導(dǎo)進(jìn)
【申請(qǐng)人】上海精密計(jì)量測(cè)試研究所
【公開日】2016年4月6日
【申請(qǐng)日】2015年12月9日