ADC模拟测试方法整理

ADC测试方法：输入和输出

输入

主要是两部分：数据和clk

输入信号：信号发生器

数据clk频率：ADC可以接受的最大输入信号的频率，比方说100M

输出

输出信号：数字信号

精度：如10bit以上ADC，至少是1024点。如果没有采到1024个点，说明丢失了部分数据，不能真实反映ADC的性能

静态测试

静态测试主要关注稳定的模拟输入与对应的数字输出编码之间的关系，包括ADC的增益误差、失调误差、失码、积分非线性（INL）和微分非线性(DNL)等，如下图：

ADC的静态参数是指在低速或者直流流入ADC芯片测得的各种性能参数。静态参数测试方法有逐点测试法等。

零点误差又称输入失调，是实际模数转换曲线中数字0的代码中点与理想模数转换曲线中数字0的代码中点的最大误差，记为EZ。其测试方法如下：输入电压逐渐增大，当图1中的数字显示装置从00..00变为00..01，记下此时输入电压Vin1 ，然后逐渐减小输入电压，使数字显示装置由00..01变为00..00，记下输入电压Vin2 ：

式中： N 为A /D的位数; VFSR 为A /D输入电压的满量程值，LSB为ADC的最低有效位。

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　　（2）增益误差EG 测量

　　增益误差是指转换特性曲线的实际斜率与理想斜率之间的偏差。测试方法如下：把零点误差调整为0，输入电压从满量程开始变化，使数字输出由11..11 变11..10，记为Vin1。反方向逐渐变化Vin ，使输出端由11..10变为11..11，记下输入电压Vin2 。则：

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　　（3）线性误差的测量

　　线性误差指实际转换曲线与理想特性曲线间的最大偏差。实际测量是测试第j码的代码中心值，将其与理想第j码的中心值比较，测试方法如下： ①调节输入电压，使数字输出端由第j码变为第j - 1码，记为Vin1 ; ②调节输入电压，使数字输出端由第j - 1码变为第j码，记为Vin2 ; ③调节输入电压，使数字输出端由第j码变为第j +1码，记为Vin3 ; ④调节输入电压，使数字输出端由第j + 1码变为第j码，记为Vin4 ; ⑤求出第j码的偏差ΔVj 为：

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　　式中： Vj为理想状态时ADC第j码的标称量化值; ⑥重复以上步骤，测得所有数码的偏差，取其绝对值Δ︱Vj ︱的最大值即为线性误差。

　　微分线性误差的测量

　　微分线性误差是实际转换特性曲线的码宽与理想码宽之间的最大偏差。实际上，对线性误差的测量和微分线性误差的测量是同时进行的，找出被测点N 对应的模拟电压实测值，再找出对应于N + 1的模拟电压实测值，两者之差即为实际转换曲线在该点的码宽。从第j个数字值变为第j + 1码的数字值，实际对应的模拟Vin1 输入值之差，这个差值与理想的步长1 LSB的差，然后取其最大值，就是微分线性误差。即测得第j码的实际码宽Δj：

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　　将Δj与1 LSB相比，取其偏差的绝对值最大就是所要测的微分线性误差。

动态测试

动态测试主要关注ADC在交流条件情况下的性能表现，常规测量参数有信纳比 (SINAD)、信噪比(SNR)、有效位(ENOB)、总谐波失真 (THD)、无杂散动态范围 (SFDR)、互调失真 (IMD) 等。

动态测试方案包括了模拟信号源、时钟源、ADC评估板以及PC端FFT分析软件。以无杂散动态范围SFDR测试为例，最终测试结果不仅包括了被测对象即ADC自身噪声和杂散，而且也掺杂有模拟源中的谐波、非谐波和宽带噪声，以及时钟源带来的抖动等各种非理想因素。为了能准确测量ADC的各个性能指标，必须把各类测量仪表引入的误差尽可能降至最低。

ADC的动态性能包括很多，如信噪比（ SNR）、信号与噪声失真之比（ SINAD）、总谐波失真（ THD）、无杂散动态范围（ SFDR）、双音互调失真（ TTIMD）等。动态参数的测试方法有动态信号叠加测试法、谱分析FFT法和直方图法等。

　　（1）动态信号叠加测试法

　　基本思想是在被测A /D 转换器模拟输入的参考电压上叠加一个小的交流信号，使A /D转换器输出的数字量短时间内在指定码周围以一定频率来回变化，从而测试出相应的跃变点和代码中心值，并可确定出零点误差、增益误差、相对精度和微分线性误差。这种方法简单易行，但是受到分辨率和速度的限制。

　　（2）谱分析FFT法

　　将满量程正弦信号送到被检的ADC中，转换后的结果存放在存储器中，然后对输出数据实施FFT运算，从而计算出SNR、THD等参数。输入由2个不同频率的正弦波组成，实施FFT运算后可以计算出IMD。在测试高精度ADC时，要求FFT的长度足够，测试频率的选择是FFT法应用的一个关键问题。另外， FFT法要求采样频率不能是信号频率的整数倍。FFT法是ADC动态测试中很常用的方法，其优点是直观、简便，几乎所有ADC的失真都可在其输出频谱上表现出来。但是这种方法不能避免频谱泄露和ADC以外的误差源对测试带来的影响。

　　（3）码密度直方图法

　　这种方法是将一个正弦波送到被测A /D转换器中，由计算机记录下A /D转换器采样点的数量，然后计算机通过软件进行运算和处理，绘出直方图，从而定量地表示出微分线性误差、失码和增益误差等参数。

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