德思特_2025年ADC_DAC芯片测试白皮书_135页_13mb
报告摘要
德思特 ADC、DAC 芯片测试白皮书总结
核心内容概述
本白皮书详细介绍了 ADC（模数转换器）和 DAC（数模转换器）的测试方法与相关术语，包括静态参数与动态参数的分析。同时，提供了在 ATX7006 测试系统上进行 ADC 和 DAC 测试的工程配置指南，以及如何使用不同的测试方法和工具进行数据采集与分析。文档还包含多个测试案例和图示，用于展示不同误差参数的计算方式和测量结果。
一、ADC 相关术语
1. 常见术语
- 孔径延迟 / 采样延迟：时钟边沿到来后，输入信号被采集的时间间隔。
- 孔径抖动：相邻采样点之间延迟的变化量，会导致噪声上升。
- 转换延迟 / 流水线延迟：启动转换到输出数据可用所需的时钟周期数。
- 转换时间：完成一次转换所需的时间，不包括采集时间。
- 端点与最佳拟合线：用于计算误差参数的参考线，端点线基于首尾转换点，最佳拟合线通过最小二乘法计算。
- 直流共模误差：差分输入下，输出代码随输入电压变化的偏差。
- 差分增益误差：输出幅度差异与输入幅度差异的比值。
- 差分非线性误差（DNL/DNLE）：实际步长与理想 1 LSB 步长的偏差。
- 差分相位误差：不同直流输入下，小信号输出的相位差异。
- 满量程误差：最后一个转换点与理想转换点的误差，等于增益误差和偏移误差之和。
- 增益误差：参考线与理想斜率的偏差。
- 积分非线性误差（INL/INLE）：实际转换特性与参考线的偏离程度。
- 丢码：输出中不存在某些理论上应有的数字代码。
- 非单调性：模拟输入单调增加时，数字输出非单调变化。
- 偏移误差：第一个转换点与理想点的偏差。
- 量化误差：A/D 转换器输出在 1 LSB 范围内保持不变。
- 信噪失真比（SINAD）：信号功率与噪声和失真功率的比值。
- 信噪比（SNR）：输出信号幅度与噪声电平的比值。
- 无杂散动态范围（SFDR）：信号功率与最大杂散信号功率的比值。
- 总谐波失真（THD）：信号功率与谐波功率的比值。
- 未调整总误差（TUE）：包含偏移、增益和线性误差的综合指标，表示最坏情况下的性能偏差。
二、ADC 静态参数分析
1. 转换点
- 转换点（或跳变点）是 ADC 线性度计算的基础。
- 通过精确斜坡信号进行测试，利用跳变点搜索法或代码排序法确定转换点。
2. 静态参数计算
- 偏移误差：第一个跳变点与理想点的偏差。
- 满量程误差：最后一个跳变点与理想点的偏差，等于增益误差与偏移误差之和。
- 增益误差：满量程误差减去偏移误差，反映斜率偏差。
- 积分非线性误差（INL/INLE）：与参考线的偏离程度，用于衡量线性度。
- 差分非线性误差（DNL/DNLE）：相邻转换点之间的实际步长与理想 1 LSB 的偏差。
- 总未调整误差（TUE）：包含偏移、增益和线性误差，反映最坏情况下的性能偏差。
三、DAC 相关术语
1. 常见术语
- 转换延迟：从开始转换到输出数据可用所需的时钟周期数。
- 转换时间：完成一次转换所需的时间。
- 差分非线性误差（DNL/DNLE）：实际步长与理想 1 LSB 的偏差。
- 端点与最佳拟合线：用于计算误差的参考线。
- 增益误差：满量程输出与理想输出的偏差。
- 积分非线性误差（INL/INLE）：实际输出与参考线的偏离程度。
- 单调性：输出随着输入代码增加而单调变化。
- 乘法 DAC：输出电压等于参考电压乘以数字输入代码的常数。
- 电源抑制：转换器对直流电压变化的敏感度。
- 偏移误差：输出电压与理想值之间的偏差。
四、DAC 静态参数计算
1. 静态参数
- 偏移误差：第一个输出电压与理想值的偏差。
- 满量程误差：最后一个输出电压与理想值的偏差。
- 增益误差：满量程误差减去偏移误差。
- 积分非线性误差（INL/INLE）：实际输出与参考线的偏离程度。
- 差分非线性误差（DNL/DNLE）：相邻输出之间的实际步长与理想 1 LSB 的偏差。
- 总未调整误差（TUE）：包含偏移、增益和线性误差，反映最坏情况下的性能偏差。
五、ATX7006 上的线性计算
- 使用
CALC LIN命令进行线性度计算。 - 可对 ADC 和 DAC 的测试数据进行分析。
- 常用参数包括 INL、DNL、TUE、偏移误差和增益误差。
- 可使用
MR LIN命令获取结果。 - 可通过
MR LIN ERR AD和MR LIN MC查看 ADC 的误差图和缺失码。 - 通过
MR LIN ERR DA查看 DAC 的误差图。
六、AD/DA 动态分析
1. 傅里叶变换
- 用于分析信号的频谱，包括实部和虚部。
- 傅里叶变换的频率分辨率由采样频率和采样点数决定。
- SINAD：信号与噪声及失真之比，用于计算有效位数（ENOB）。
- SNR：信号与噪声之比，反映噪声性能。
- THD：总谐波失真，计算为失真频段与信号频段的比值。
- SFDR：信号与频谱中最高杂散信号的比值。
- 峰值失真：最高失真频段的幅度。
2. 信号窗口
- 窗函数用于减少频谱泄漏，提高测量精度。
- 常见窗函数及其特性如下：
| 窗函数 | -3 dB 主瓣宽度 (bins) | -6 dB 主瓣宽度 (bins) | 最大旁瓣电平 (dB) | 旁瓣滚降率 (dB/decade) |
|---|---|---|---|---|
| 矩形 (none) | 0.88 | 1.21 | -13 | 20 |
| Hanning | 1.44 | 2.00 | -32 | 60 |
| Hamming | 1.30 | 1.81 | -43 | 20 |
| Blackman-Harris | 1.62 | 2.27 | -71 | 20 |
| Flat Top | 2.94 | 3.56 | -44 | 20 |
- Rife Vincent 4 窗：旁瓣电平低，但主瓣较宽，适用于单音信号测试。
七、ATX7006 上的动态计算
- 使用
CALC DYN命令进行动态计算。 - 可配置
CALCOPT DYN，设置窗口、谐波次数和计算选项。 - 使用
CALCOPT DYN EXT设置频谱输出类型（如 dBc、Vpeak）和排除频段。 - 动态参数包括 SINAD、THD、SNR、SFDR。
- 可通过
MR_DYN获取结果。 MR DYN FFT：原始 FFT 数组。MR DYN SPECTRUM：频谱频段数组。MR DYN HARM：谐波列表。
八、ADC 和 DAC 测试案例
-
ADC 测试案例：
- 使用斜坡测试和正弦波拟合测试法。
- 使用 Lua 脚本提高测量精度。
- 通过
ATView7006软件进行测试，可查看误差图、跳变点图等。
-
DAC 测试案例：
- 使用 WFD 模块和 DIO 模块进行测试。
- 配置电源、信号源等参数。
- 通过
MR LIN和MR DYN查看测试结果。
九、设计建议与附件
- DUT 板设计要点：
- 接地与电源域设计。
- 板层堆叠与信号完整性。
- 信号处理与保护。
- 调试与稳定性。
- 其他设计建议：
- 电源保护。
- 控制扩展与 SPI 应用。
- 丝印层优化。
- 连接器选型：需符合测试需求。
- 附件内容：
- 包含多个 ADC 和 DAC 的测试结果图，如 AD7671、AD9244、LTC2641 等。
- 提供 ADC 和 DAC 的参数计算图示与说明。
十、总结
本白皮书提供了 ADC 和 DAC 测试中涉及的关键术语、静态和动态参数计算方法，以及在 ATX7006 上进行测试的具体配置和操作步骤。文档强调了测试过程中需要注意的误差分析、信号处理和设计要点，旨在帮助工程师更准确地评估 ADC 和 DAC 的性能。
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