A/D转换器线性误差动态测试技术

　　1　引言

　　数据采集技术是信息科学的一个重要分支,它与传感器技术、信号处理技术、计算机技术一起构成现代检测技术的基础。今天高速数据采集技术已在雷达、通信、遥感、地震勘探、无损检测、智能仪器等方面有着广泛的应用。人们对系统的技术指标如分辨率、精度、通过速率等都提出越来越高的要求。模数转换器ADC是数据采集系统的关键器件,ADC的性能指标直接决定系统的精度。ADC特性的测试,可为设计数据采集系统选用性能好的ADC提供足够的技术支持。

　　随着自动测试技术的发展,ADC动态参数的电子测试技术现已趋于成熟。常用的方法有:动态信号叠加测试法、动态传递函数法、直方图测试法、差频法和FFT等。这些方法基本上都是依据对采样数据的后期处理完成对ADC动态参数的定性或定量分析的。这些技术对评估一般ADC的电气性能十分有效,但对高速、高精度ADC来讲,上述技术的计算方法和相应的测试电路却不是很理想。本文就针对这个问题对上述技术进行了改进使其适应于高速、高精度ADC测试数据的采集及性能分析。

　　2　直方图测试理论

　　基于正弦波的直方图测试对评估ADC的局部误差或一些全局误差均能给出良好的结果。用直方图测试ADC的微分非线性,能够看出ADC的输出是否存在失码,还能测得零点误差及增益误差等参数。在测试中采用正弦波信号(f(t)=Asinωt),其概率密度函数(PDF)为:

　　为了避免在正弦波峰值处产生代码的概率有较大差别,上式中输入正弦波的幅值A应选取稍微超过A/D转换器的满量程电压Vref。

　　3　测试硬件设计

　　为完成动态测试,要求采集速度高于10MSPS,提供稳定准确的模拟输入信号和可变的时钟信号,维持干净的电子环境;另外,测试硬件应具有12 bit×4096的存储能力,以存储ADC的输出数据及每个码在10 MSPS速率下的出现次数。本文所述系统的硬件结构如图3—1所示。整体采用上、下位机方式从而构成一主从式测控系统。

　　4　测试软件设计

　　ADC转换测试软件由下位机软件和上位机软件两部分组成。下位机软件采用80196汇编语言编制。其任务是完成采样过程的控制、测试数据的收集、数据的预处理及其向上位机的传送,其流程图如图4—1所示。上位机软件采用面向对象的VB5.0编写,其任务是完成对整个测试系统的控制、线性误差的计算和入机接口。流程图如图4—2所示。

　　为了准确描述ADC的各项参数,将ADC的转换码作为双端口存储器的地址,该地址对应单元存放相应转换码的出现次数,次数的累加由增量器完成,这种方式实质上就是前面提到的直方图测试。测试过程中的大部分工作由硬件自动完成,从而加快了测试速度并使测试软件大大简化。