用于高精度adc測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，其通過對(duì)于同一分辨率的信號(hào)源，分析增加或減少采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果精確度的影響，并在此基礎(chǔ)上建立采樣點(diǎn)數(shù)同測(cè)試結(jié)果之間的關(guān)系模型，以及信號(hào)源的分辨率同測(cè)試結(jié)果精確度之間的關(guān)系?；诘玫降年P(guān)系模型，可以確定在給定測(cè)試對(duì)象和測(cè)試目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在對(duì)高精度ADC進(jìn)行快速測(cè)試、精確測(cè)試以及快速精確的低成本測(cè)試等目的時(shí)最佳信號(hào)源的選擇，在保證測(cè)試結(jié)果的同時(shí)降低測(cè)試成本。
【專利說明】用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著SoC技術(shù)的不斷發(fā)展，ADC應(yīng)用已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，例如醫(yī)療設(shè)備，衛(wèi)星通信，無線通信，控制系統(tǒng)，以及音視頻等。當(dāng)前已有的測(cè)試軟件和芯片測(cè)試工藝使得ADC的應(yīng)用正朝著高速和高精度兩大方向發(fā)展。但缺乏測(cè)試高分辨率ADC性能參數(shù)的精確測(cè)試方法，以及無法提供超高分辨率的信號(hào)源給ADC應(yīng)用帶來了極大的挑戰(zhàn)。在此背景下，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)高速高精度ADC的快速、精確測(cè)試以確保其可靠應(yīng)用變得十分重要。
[0003]在混合信號(hào)測(cè)試領(lǐng)域，ADC芯片的主要測(cè)試內(nèi)容應(yīng)包括如圖1所示的:晶圓探針測(cè)試、信號(hào)連續(xù)性及泄漏測(cè)試、電氣特征測(cè)試、ADC靜態(tài)參數(shù)測(cè)試以及ADC動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試。其中靜態(tài)參數(shù)包括增益誤差(Gain error),偏移誤差(offset error)、差分非線性(DNL)以及積分非線性(INL)。動(dòng)態(tài)參數(shù)則主要包括信噪比(SNR)、信納比(SINAD)、有效位數(shù)(ΕΝ0Β)、無雜散動(dòng)態(tài)范圍(SFDR)以及總諧波失真(THD)等。已有的ADC測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方法，如直方圖方法、伺服方法以及二元搜索方法均給出了測(cè)試ADC的具體步驟。它們首先選取特定精度的信號(hào)源生成低頻、高精度的正弦信號(hào)或者高線性度的三角波或斜坡信號(hào)作為待測(cè)ADC的輸入激勵(lì)，然后通過控制信號(hào)以及時(shí)鐘同步原理控制待測(cè)ADC工作。利用FPGA或者其他存儲(chǔ)模塊對(duì)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集，基于直方圖原理對(duì)輸出碼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并計(jì)算各輸出碼的碼寬進(jìn)而確定待測(cè)對(duì)象的轉(zhuǎn)移特性曲線和相應(yīng)的非線性誤差。
[0004]傳統(tǒng)靜態(tài)參數(shù)測(cè)試方法主要是基于直方圖原理，即利用信號(hào)源生成低頻斜波或者正弦信號(hào)，并作為待測(cè)ADC的輸入，采集待測(cè)ADC的輸出碼，且確保每個(gè)碼采樣30次左右，然后對(duì)輸出碼建立直方圖，分析每個(gè)碼值所對(duì)應(yīng)的碼寬同理想碼寬之間的誤差。主要測(cè)試流程圖如圖2所示。相比之下，采用直方圖方法測(cè)試高精度ADC時(shí)需要注意兩個(gè)關(guān)鍵問題。首先，選擇的信號(hào)源的線性度應(yīng)高于待測(cè)ADC的線性度3比特以上。其次，為了降低高斯白噪聲等因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響以獲得有效直方圖統(tǒng)計(jì)，必須對(duì)相同的輸出碼進(jìn)行重復(fù)統(tǒng)計(jì)。一般情況下，每個(gè)轉(zhuǎn)換碼需要平均采集30個(gè)采樣點(diǎn)。當(dāng)測(cè)試高精度ADC，如24比特，采樣率為IOOksps的ADC時(shí)，所需的信號(hào)源精度應(yīng)為27比特以上，此時(shí)基于直方圖方法采集用于分析的采樣點(diǎn)數(shù)應(yīng)為5.03億個(gè)左右。如此高的信號(hào)源精度將導(dǎo)致測(cè)試設(shè)備成本變得極其昂貴。此外采集如此多的數(shù)據(jù)所需時(shí)間將為1.4小時(shí)左右，這樣高的測(cè)試成本將使得攜帶ADC的電子產(chǎn)品應(yīng)用變得無法接受。
[0005]在此情況下，出現(xiàn)了基于低精度信號(hào)源測(cè)試高精度ADC的測(cè)試算法，通過對(duì)信號(hào)源的輸出或者待測(cè)ADC的輸出碼做特殊處理以實(shí)現(xiàn)對(duì)高精度ADC的可靠性測(cè)試。主要的高精度測(cè)試算法有信號(hào)源誤差識(shí)別與校準(zhǔn)(SEIR)、動(dòng)態(tài)元件匹配(DEM)以及分段縮放和擬合等基于低精度信號(hào)源測(cè)試高精度ADC的算法。其中SEIR及其改進(jìn)方法主要是利用兩組低精度激勵(lì)擬合并計(jì)算信號(hào)源非線性表達(dá)式和傳輸函數(shù)，然后計(jì)算相關(guān)特性參數(shù)。該方法降低了所需信號(hào)源的精度，但它主要關(guān)注的是在保證結(jié)果精度的前提下盡可能降低所需DAC分辨率，并沒考慮大量增加采樣點(diǎn)數(shù)導(dǎo)致的過長(zhǎng)采樣時(shí)間。此外，該方法僅適用于測(cè)試精度為16bit左右的ADC，因而無法滿足高精度ADC測(cè)試的要求。而DEM及其改進(jìn)方法是在較大失配情況下，匹配關(guān)鍵電路以提供較好的平均線性性能的算法。它可以有效降低失配噪聲，并消除DAC由于靜態(tài)失配所帶來的諧波失真。但是它并不能降低個(gè)別采樣輸出電壓的誤差。另外，在短的時(shí)間窗口內(nèi)，其平均誤差也不會(huì)降低，反而增加了測(cè)試所需的時(shí)間。同樣，分段縮放和擬合方法主要是通過DUT的將滿量程輸入等分為多段，縮放后作為輸入并基于最小平方估計(jì)等方法測(cè)試待測(cè)ADC的相關(guān)參數(shù)。該方法明顯降低了測(cè)試所需信號(hào)源的精度，但是卻沒有給出如何選擇特定分辨率的DAC作為信號(hào)源的問題。以上方法雖然考慮了測(cè)試高精度ADC時(shí)如何降低所需信號(hào)源精度，但是都沒有考慮時(shí)間成本甚至是犧牲時(shí)間成本來實(shí)現(xiàn)的。
[0006]此外，還出現(xiàn)了如基于動(dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)之間的相互估計(jì)，譜相關(guān)激勵(lì)生成等快速測(cè)試方法?；趧?dòng)態(tài)參數(shù)和靜態(tài)參數(shù)之間的相互估計(jì)主要是基于測(cè)試得到靜態(tài)參數(shù)(或動(dòng)態(tài)參數(shù))，直接估算DUT的動(dòng)態(tài)參數(shù)(或靜態(tài)參數(shù))。該方法省略了部分測(cè)試步驟所需設(shè)備和采樣數(shù)據(jù)因而大幅降低了測(cè)試成本。譜相關(guān)激勵(lì)生成方法主要是通過分析多路輸入信號(hào)之間的頻譜關(guān)系，從輸入信號(hào)中分離出待測(cè)ADC的固有失真成分。該方法可以實(shí)現(xiàn)利用低精度信號(hào)源測(cè)試高精度ADC的目的，且可以應(yīng)用于非平穩(wěn)測(cè)試環(huán)境和噪聲環(huán)境。但是該方法需要分析特定濾波器的特性，且存在濾波誤差。此外，以上方法均需要高精度信號(hào)源。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本文分析了影響高精度ADC測(cè)試成本的主要因素，包括時(shí)間成本和設(shè)備成本,并在此基礎(chǔ)上提出了一種高精度ADC的低成本測(cè)試方法，該方法主要包含基于低精度信號(hào)源測(cè)試高精度ADC的算法實(shí)現(xiàn)，以及當(dāng)給定測(cè)試對(duì)象時(shí)最佳低精度信號(hào)源的確定和選取方法兩部分。相比于傳統(tǒng)直方圖和SEIR等高精度ADC測(cè)試方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)在測(cè)試速度和信號(hào)源分辨率之間的折中，進(jìn)而大幅降低測(cè)試成本且更具有實(shí)用性。
[0008]本發(fā)明目的在于提供一種用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的這些問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
一種用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，其特征在于，具體的選取過程如下:
對(duì)于給定分辨率的待測(cè)ADC，任選一種適合于該ADC分辨率范圍以及結(jié)構(gòu)特性的高精度ADC測(cè)試算法。在確定待測(cè)高精度ADC的測(cè)試方法后，利用測(cè)試方法對(duì)待測(cè)對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，再分析影響測(cè)試結(jié)果的主要因素。在不改變其他條件的情況下，提高待測(cè)ADC的采樣速率，增加或者減少用于測(cè)試分析的采樣點(diǎn)數(shù)，重復(fù)測(cè)試，分析當(dāng)保證測(cè)試結(jié)果誤差在給定范圍內(nèi)時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)與積分非線性誤差之間的關(guān)系；
然后，在不改變其他條件的前提下，逐比特降低信號(hào)源的分辨率，利用前面的測(cè)試方法重復(fù)測(cè)試直到測(cè)試結(jié)果誤差出現(xiàn)突然大幅增加的現(xiàn)象為止；
基于不同分辨率信號(hào)源對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，建立信號(hào)源分辨率同積分非線性誤差之間的關(guān)系模型，建立在不同分辨率的信號(hào)源情況下所需采樣點(diǎn)數(shù)同積分非線性誤差之間的關(guān)系豐吳型；
在確定采樣點(diǎn)數(shù)，信號(hào)源分辨率分別同測(cè)試結(jié)果之間的關(guān)系模型后，設(shè)定測(cè)試結(jié)果容許的最大誤差范圍。參考該范圍和關(guān)系模型確定可選信號(hào)源的分辨率范圍。在可選分辨率范圍內(nèi)，確定不同分辨率DAC作為信號(hào)源時(shí)所需的最少采樣點(diǎn)數(shù)。
[0009]最后，基于給定的兩個(gè)關(guān)系模型圖，和信號(hào)源分辨率同采樣點(diǎn)數(shù)之間的關(guān)系，考慮DAC的價(jià)格因素和采樣點(diǎn)數(shù)所帶來的時(shí)間因素，確定當(dāng)給定測(cè)試對(duì)象和測(cè)試目的時(shí)，所需的最佳分辨率信號(hào)源。
[0010]改變測(cè)試算法，重復(fù)前面的建模過程，即可在不同測(cè)試算法前提下，得到相應(yīng)的所需信號(hào)源分辨率、采樣點(diǎn)數(shù)和測(cè)試結(jié)果之間的關(guān)系表。測(cè)試工程師可參考該關(guān)系表，在欲實(shí)現(xiàn)的結(jié)果精度、所需測(cè)試時(shí)間和允許的硬件設(shè)備成本即信號(hào)源分辨率進(jìn)行權(quán)衡，選擇最佳分辨率DAC作為信號(hào)源。
[0011]當(dāng)給定已知分辨率和測(cè)試目的的待測(cè)ADC時(shí)，選擇一種基于低分辨率信號(hào)源該測(cè)試高精度ADC的測(cè)試方法。例如為了得到盡可能精確的測(cè)試結(jié)果，可選擇基于直方圖原理的信號(hào)源誤差識(shí)別和移除(SEIR)方法及其相關(guān)改進(jìn)測(cè)試方法，或者選擇動(dòng)態(tài)元件匹配及其相關(guān)改進(jìn)測(cè)試方法。以上方法可以通過對(duì)ADC的相同輸出碼進(jìn)行重復(fù)采樣來消除或降低量化噪聲，隨機(jī)抖動(dòng)和由閃爍等引起的高斯白噪聲對(duì)測(cè)試結(jié)果誤差的影響。但由于需要采集大量采樣點(diǎn)數(shù)，該類方法需要以犧牲時(shí)間成本為代價(jià)。此外，由于高分辨率ADC的輸出碼過多，該類方法還具有只能測(cè)試特定分辨率范圍內(nèi)的ADC的特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)ADC的快速測(cè)試，可以直接選擇基于FFT的頻譜特性估計(jì)靜態(tài)參數(shù)測(cè)試及其改進(jìn)方法，或者選擇基于待測(cè)ADC的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)關(guān)系模型進(jìn)行相互估計(jì)的測(cè)試方法。以上方法可以通過減少傳統(tǒng)測(cè)試方法中所需的的測(cè)試步驟或者直接避免測(cè)試靜態(tài)參數(shù)所需的大量的采樣數(shù)據(jù)，因而大量節(jié)省測(cè)試時(shí)間。但由于傳統(tǒng)方法測(cè)試靜態(tài)參數(shù)和動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)使用條件的不同(測(cè)靜態(tài)參數(shù)時(shí)，信號(hào)源生成直流或者低頻正弦信號(hào)，測(cè)試動(dòng)態(tài)參數(shù)時(shí)，信號(hào)源生成高頻信號(hào))，故而該方法所得的測(cè)試結(jié)果不可靠性。為了實(shí)現(xiàn)快速低成本測(cè)試，可以選擇分段測(cè)試或者進(jìn)行加窗處理等測(cè)試方法。本發(fā)明結(jié)合了前面二者的特點(diǎn)，可以在確保較高測(cè)試結(jié)果精度時(shí)的前提下，實(shí)現(xiàn)快速低成本測(cè)試。
[0012]對(duì)于上述技術(shù)方案，發(fā)明人還有進(jìn)一步的優(yōu)化實(shí)施方案。
[0013]作為優(yōu)化，待測(cè)高精度ADC的測(cè)試方法為分段測(cè)試或者進(jìn)行加窗處理。
[0014]I)作為優(yōu)化，對(duì)于給定的待測(cè)對(duì)象，明確其測(cè)試目的和應(yīng)用場(chǎng)景:在通信應(yīng)用中，關(guān)注的重點(diǎn)是待測(cè)ADC的動(dòng)態(tài)參數(shù)；音視頻以及醫(yī)療衛(wèi)生等應(yīng)用中，關(guān)注的重點(diǎn)則是靜態(tài)特性參數(shù)。當(dāng)需要測(cè)試非重點(diǎn)關(guān)注的特性參數(shù)時(shí)，我們需要考慮的是盡可能降低測(cè)試所需成本,主要包括時(shí)間成本和設(shè)備成本:影響時(shí)間成本的主要因素包括采樣點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)處理時(shí)間、所選算法的復(fù)雜度以及基于相應(yīng)算法開發(fā)程序的周期等；影響設(shè)備成本的主要因素則包括選用的信號(hào)源的線性度、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)所需的硬件設(shè)備等。當(dāng)測(cè)試重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)時(shí)，則可能需要犧牲部分測(cè)試成本來確保相關(guān)參數(shù)的可靠性測(cè)試。
[0015]相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)中的方案，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
本發(fā)明所描述的用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，其通過對(duì)于同一分辨率的信號(hào)源，分析增加或減少采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)測(cè)試結(jié)果精確度的影響，并在此基礎(chǔ)上建立采樣點(diǎn)數(shù)同測(cè)試結(jié)果之間的關(guān)系模型，以及信號(hào)源的分辨率同測(cè)試結(jié)果精確度之間的關(guān)系?；诘玫降年P(guān)系模型，可以確定在給定測(cè)試對(duì)象和測(cè)試目的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在對(duì)高精度ADC進(jìn)行快速測(cè)試、精確測(cè)試以及快速精確的低成本測(cè)試等目的時(shí)最佳信號(hào)源的選擇，在保證測(cè)試結(jié)果的同時(shí)降低測(cè)試成本。該方法適用于任何基于低分辨率信號(hào)源測(cè)試高分辨率ADC的測(cè)試方法，因而對(duì)于整個(gè)高分辨率ADC測(cè)試領(lǐng)域具有普遍的參考意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為傳統(tǒng)ADC芯片測(cè)試的通用步驟；
圖2是基于傳統(tǒng)直方圖測(cè)試方法測(cè)試ADC的流程圖；
圖3是基于分段縮放測(cè)試方法測(cè)試高精度ADC所生成的激勵(lì)信號(hào)；
圖4是選擇不同段數(shù)時(shí)，對(duì)應(yīng)的非線性誤差；
圖5是基于分段縮放技術(shù)所得到的擬合INL同理想值之間的關(guān)系；
圖6是分段縮放測(cè)試時(shí)相鄰窗函數(shù)內(nèi)INL的連續(xù)圖；
圖7是給定待測(cè)ADC時(shí)最佳信號(hào)源的選擇流程圖；
圖8是當(dāng)基于所提方法測(cè)試24比特ADC時(shí)INL誤差同所選信號(hào)源分辨率的關(guān)系圖；圖9是當(dāng)測(cè)試24比特ADC時(shí)，采樣點(diǎn)數(shù)同信號(hào)源分辨率、窗函數(shù)個(gè)數(shù)以及基底函數(shù)階數(shù)之間的關(guān)系表。
【具體實(shí)施方式】
[0017]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)上述方案做進(jìn)一步說明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中采用的實(shí)施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進(jìn)一步調(diào)整，未注明的實(shí)施條件通常為常規(guī)實(shí)驗(yàn)中的條件。
[0018]實(shí)施例:
本實(shí)施例描述一種用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，具體選取過程包括如下步驟:
I)確定待測(cè)高精度ADC的分辨率范圍假設(shè)為16到24比特，以及其結(jié)構(gòu)類型。其中結(jié)構(gòu)類型主要包括如sigma-delta,逐次逼近型，pipeline型以及Flash型等。
[0019]2)對(duì)于給定的待測(cè)對(duì)象，明確其測(cè)試目的和應(yīng)用場(chǎng)景。例如在通信應(yīng)用中，我們關(guān)注的重點(diǎn)是待測(cè)ADC的動(dòng)態(tài)參數(shù)。而音視頻以及醫(yī)療衛(wèi)生等應(yīng)用中，關(guān)注的重點(diǎn)則是靜態(tài)特性參數(shù)。因此，當(dāng)需要測(cè)試非重點(diǎn)關(guān)注的特性參數(shù)時(shí)，我們需要考慮的是如何盡可能降低測(cè)試所需成本,主要包括時(shí)間成本和設(shè)備成本,影響時(shí)間成本的主要因素包括,采樣點(diǎn)數(shù)，數(shù)據(jù)處理時(shí)間，所選算法的復(fù)雜度以及基于相應(yīng)算法開發(fā)程序的周期等。影響設(shè)備成本的主要因素則包括選用的信號(hào)源的線性度，數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)所需的硬件設(shè)備等。當(dāng)測(cè)試重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)時(shí)，則可能需要犧牲部分測(cè)試成本來確保相關(guān)參數(shù)的可靠性測(cè)試。
[0020]3)基于待測(cè)ADC的分辨率和欲實(shí)現(xiàn)的測(cè)試目的，選擇一種合適的基于低分辨率信號(hào)源測(cè)試高精度ADC的測(cè)試算法。例如欲實(shí)現(xiàn)精確測(cè)試，可以選擇SEIR方法，但是當(dāng)待測(cè)ADC分辨率過高時(shí)，可以選擇改進(jìn)的DEM測(cè)試方法。若希望實(shí)現(xiàn)快速測(cè)試，可以選擇基于FFT頻譜估計(jì)測(cè)試方法。若希望實(shí)現(xiàn)快速精確測(cè)試，可以選擇分段縮放測(cè)試方法。
[0021]4)選擇兩個(gè)同最高精度的待測(cè)ADC具有相同分辨率的DAC作為信號(hào)源，其中一個(gè)DAC用于生成輸出范圍同待測(cè)對(duì)象的滿量程輸入相同的正弦信號(hào)，另外一路DAC用于生成具有固定偏移量的直流電壓。疊加正弦信號(hào)和直流分量并作為待測(cè)ADC的輸入，如圖3所/Jn ο
[0022]5)設(shè)定輸入信號(hào)頻率和采樣率之間的關(guān)系，確保單個(gè)周期內(nèi)每個(gè)相同輸出碼值被平均采集5次左右。
[0023]6)選擇T組合適的窗函數(shù)，將待測(cè)ADC的滿量程輸入范圍等分為T段，確保每段內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)足夠多，且可以基于最小平方估計(jì)等擬合方法求解該段內(nèi)的傳輸函數(shù)。此外，還應(yīng)保證相鄰兩個(gè)窗函數(shù)應(yīng)至少包含一個(gè)相同的數(shù)字碼，以便于傳輸函數(shù)連續(xù)。
[0024]7)將各段內(nèi)采樣數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的模擬輸入進(jìn)行等比例縮放，使得輸入時(shí)間歸一化為O到I。
[0025]8)基于另外一路DAC生成相比于第一路信號(hào)具有固定偏移量的直流分量，疊加正弦信號(hào)并作為待測(cè)ADC的第二路輸入信號(hào)。重復(fù)前面步驟(2)到(5)。根據(jù)圖4所示，相比于直接輸入斜波信號(hào)，分段縮放輸入方法可以明顯提高輸入信號(hào)的線性度，因而可以進(jìn)一步降低所需信號(hào)源的線性度。
[0026]9)基于每個(gè)窗函數(shù)內(nèi)所包含的采樣數(shù)據(jù)，選擇一組基底函數(shù)用于表示輸入函數(shù)的非線性誤差，使得輸入激勵(lì)信號(hào)由理想正弦，求解的非線性誤差表達(dá)部分和利用基底函數(shù)擬合后的剩余誤差部分組成。
[0027]10)對(duì)于每段內(nèi)的各采樣數(shù)據(jù)，由于采樣速率恒定，因而可以確定其所對(duì)應(yīng)的模擬輸入的相對(duì)時(shí)間。相應(yīng)的，各相鄰數(shù)字碼值之間所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換電平也可以確定。
[0028]11)在各段內(nèi)利用相對(duì)時(shí)間和基底函數(shù)表達(dá)式表示量化的最低有效位和段內(nèi)個(gè)碼之所對(duì)應(yīng)的積分非線性。相應(yīng)的積分非線性在圖5中描述所示。
[0029]12)聯(lián)立兩組不同輸入所對(duì)應(yīng)的相同段內(nèi)的相同碼值的積分非線性表達(dá)式，基于各已知的轉(zhuǎn)換時(shí)間和模擬轉(zhuǎn)換電平，利用最小平方估計(jì)方法求解未知的基底函數(shù)系數(shù)和固
定偏移量。
[0030]13)在已知各段內(nèi)擬合激勵(lì)函數(shù)表達(dá)式和積分非線性表達(dá)式后，分析相鄰兩個(gè)窗函數(shù)內(nèi)，相同碼值所對(duì)應(yīng)的積分非線性偏差，將其中一段內(nèi)的所有碼值的積分非線性減去相同的偏差值，使得整個(gè)待測(cè)ADC的滿量程輸入范圍內(nèi)的積分非線性函數(shù)連續(xù)，具體實(shí)現(xiàn)方法如圖6所示。
[0031]相比于傳統(tǒng)方法的直接利用單個(gè)表達(dá)式擬合傳輸函數(shù)的滿量程輸入范圍，本專利利用窗函數(shù)將待測(cè)ADC的滿量程輸入范圍等分為多段，然后利用多項(xiàng)式函數(shù)分段擬合并求解各段內(nèi)的傳輸函數(shù)。另外，直接擬合方法需要對(duì)所有待測(cè)對(duì)象的輸出碼值或者部分經(jīng)過精心計(jì)算的特定碼值進(jìn)行最小平方估計(jì)擬合。但是本方法只需利用段內(nèi)的幾個(gè)特定數(shù)據(jù)做最小平方估計(jì)。當(dāng)測(cè)試對(duì)象為高精度ADC時(shí)，基于傳統(tǒng)方法需要多次重復(fù)采集相同的輸出數(shù)據(jù)，但是本專利避免了這一問題。因而大大降低了所需要分析的數(shù)據(jù)量，或者極大程度上降低了特定數(shù)據(jù)選擇的復(fù)雜度。此外，利用單一表達(dá)式擬合整個(gè)待測(cè)ADC的傳輸函數(shù)將使得表達(dá)式過于復(fù)雜，而且用于表示激勵(lì)非函數(shù)非線性部分所需的基底函數(shù)階數(shù)會(huì)會(huì)因過多而導(dǎo)致過擬合或者欠擬合問題。相比之下本專利所提方法由于只需擬合很少的數(shù)據(jù)，因而所需基底函數(shù)階數(shù)將大大減小。擬合精度也將明顯提高。
[0032]14)基于前面方法和條件進(jìn)行測(cè)試，分析積分非線性誤差精度同所使用的信號(hào)源分辨率之間的關(guān)系。
[0033]15)增加或減少采樣點(diǎn)數(shù)，分析積分非線性誤差精度同所需的采樣點(diǎn)數(shù)之間的關(guān)系并確保積分非線性誤差在給定范圍。
[0034]16)逐比特降低所選DAC的分辨率作為信號(hào)源，在不改變其他條件的情況下，重復(fù)步驟(2)到(14)，直到當(dāng)積分非線性誤差出現(xiàn)明顯增加，或者需要明顯增加采樣點(diǎn)數(shù)來保證測(cè)試結(jié)果維持在給定范圍內(nèi)為止。
[0035]17)建立信號(hào)源分辨率同測(cè)試結(jié)果誤差之間的關(guān)系模型圖，給出采樣點(diǎn)數(shù)和結(jié)果誤差之間的關(guān)系模型圖。確定在給定測(cè)試對(duì)象的精度和希望實(shí)現(xiàn)的測(cè)試目的(包括得到盡可能精確的測(cè)試結(jié)果，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模待測(cè)器件的快速可靠性測(cè)試以及低成本測(cè)試等)時(shí)，選擇最佳低分辨率DAC作為信號(hào)源的方法。總的實(shí)現(xiàn)流程圖如圖7所示
相比于傳統(tǒng)的基于低分辨率信號(hào)源測(cè)試高精度ADC的測(cè)試方法，本發(fā)明主要關(guān)注的是高精度ADC測(cè)試算法的實(shí)現(xiàn)，以及對(duì)測(cè)試結(jié)果精度的影響。但是并沒有介紹當(dāng)給定待測(cè)ADC的分辨率時(shí)，如何選擇合適分辨率的低精度DAC作為信號(hào)源。這就導(dǎo)致當(dāng)選擇的信號(hào)源分辨率過低時(shí)，需要大量增加分析所使用的采樣點(diǎn)數(shù)來彌補(bǔ)相關(guān)誤差，但是如果選擇的信號(hào)源分辨率過高，此時(shí)由于高分辨率DAC的價(jià)格較高，會(huì)導(dǎo)致測(cè)試設(shè)備的硬件成本過高而無法實(shí)現(xiàn)低成本測(cè)試。本發(fā)明提供的信號(hào)源選擇方法一方面可以盡可能降低所需信號(hào)源分辨率，因而降低設(shè)備成本。另一方面，由信號(hào)源精度降低所導(dǎo)致的結(jié)果誤差可以通過增加采樣點(diǎn)數(shù)來彌補(bǔ)，且所增加的采樣點(diǎn)數(shù)保持在合理水平，不會(huì)導(dǎo)致測(cè)試的時(shí)間成本過大。因而實(shí)現(xiàn)了采樣點(diǎn)數(shù)與信號(hào)源分辨率的動(dòng)態(tài)平衡。圖8給出了當(dāng)測(cè)試24比特ADC時(shí)基于前面所提的方法所建立的INL同信號(hào)源分辨率之間的關(guān)系模型。圖9給出了測(cè)試結(jié)果中INL誤差同采樣點(diǎn)數(shù)，基函數(shù)的階數(shù)之間的關(guān)系表。根據(jù)圖8和圖9可知，當(dāng)欲實(shí)現(xiàn)對(duì)ADC的快速精確測(cè)試時(shí)，14比特DAC為最佳選擇。當(dāng)欲實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)ADC的快速測(cè)試時(shí)，12比特DAC為最佳選擇。
[0036]上述實(shí)例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，其特征在于，具體的選取過程如下: 在確定待測(cè)高精度ADC的測(cè)試方法后，利用測(cè)試方法進(jìn)行測(cè)試，再分析影響測(cè)試結(jié)果的主要因素，在不改變其他條件的情況下，提高待測(cè)ADC的采樣速率，增加或者減少用于測(cè)試分析的采樣點(diǎn)數(shù)，重復(fù)測(cè)試，分析當(dāng)保證測(cè)試結(jié)果誤差在給定范圍內(nèi)時(shí)采樣點(diǎn)數(shù)與積分非線性誤差之間的關(guān)系； 然后，逐比特降低信號(hào)源的分辨率，重復(fù)前面的測(cè)試方法直到測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)突然增加的現(xiàn)象為止； 基于不同分辨率信號(hào)源對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，建立信號(hào)源分辨率同積分非線性誤差之間的關(guān)系模型，建立在不同分辨率的信號(hào)源情況下所需采樣點(diǎn)數(shù)同積分非線性誤差之間的關(guān)系豐吳型； 最后，基于給定的關(guān)系模型圖，確定給定測(cè)試對(duì)象和測(cè)試目的時(shí)所需的最佳分辨率信號(hào)源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，其特征在于，對(duì)于給定的待測(cè)對(duì)象，明確其測(cè)試目的和應(yīng)用場(chǎng)景:在通信應(yīng)用中，關(guān)注的重點(diǎn)是待測(cè)ADC的動(dòng)態(tài)參數(shù)；音視頻以及醫(yī)療衛(wèi)生等應(yīng)用中，關(guān)注的重點(diǎn)則是靜態(tài)特性參數(shù)，當(dāng)需要測(cè)試非重點(diǎn)關(guān)注的特性參數(shù)時(shí)，我們需要考慮的是盡可能降低測(cè)試所需成本，主要包括時(shí)間成本和設(shè)備成本:影響時(shí)間成本的主要因素包括采樣點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)處理時(shí)間、所選算法的復(fù)雜度以及基于相應(yīng)算法開發(fā)程序的周期等；影響設(shè)備成本的主要因素則包括選用的信號(hào)源的線性度、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)所需的硬件設(shè)備等，當(dāng)測(cè)試重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)時(shí)，則可能需要犧牲部分測(cè)試成本來確保相關(guān)參數(shù)的可靠性測(cè)試。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高精度ADC測(cè)試中低分辨率信號(hào)源的選取方法，其特征在于，對(duì)于任意一種高精度ADC測(cè)試算法，可以基于該算法建立DAC分辨率與測(cè)試結(jié)果誤差的關(guān)系圖，且該關(guān)系圖能夠作為在利用本測(cè)試算法測(cè)試任意分辨率的高精度ADC時(shí)選擇合適分辨率的DAC作為信號(hào)源的一種參考。
【文檔編號(hào)】G01R31/3167GK103529379SQ201310278150
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年7月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月4日
【發(fā)明者】黃成 , 李佑輝 申請(qǐng)人:東南大學(xué)