專利名稱：測試裝置以及模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試方法
測試裝置以及模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試方法
技術領域：
本發(fā)明系有關于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器，特別是有關于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試。背景技術：
模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器是數(shù)字裝置常用的組件，用以將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器通常用以將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號以作為數(shù)字處理器的輸入，若模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的效能不佳，將會于數(shù)字處理器的輸入信號引起錯誤，導致數(shù)字處理器的輸出亦發(fā)生錯誤。因此，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的效能是十分重要的，而必須以嚴格的測試以淘汰具較差效能的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器。一般而言，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試系于晶圓產(chǎn)出階段或芯片封裝后進行。一般系以測試裝置對模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器進行測試工作。圖1為模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器190的測試裝置100的區(qū)塊圖。模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器190接受一模擬輸入信號后將模擬輸入信號轉(zhuǎn)換為多個輸出比特流bit 0、bit 1、…、bit 9。測試裝置100接收輸出比特流后依據(jù)輸出比特流評估模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器190的效能。于一實施例中，測試裝置100包括十進制轉(zhuǎn)換器110、長條圖繪制器120、以及效能分析模塊130。十進制轉(zhuǎn)換器110將模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器190的二進制輸出比特流bit O、bit
1、…、bit 9轉(zhuǎn)換為一連串的十進制值。長條圖繪制器120再把一連串的十進制值繪制成長條圖(histogram)。效能分析模塊130再依據(jù)長條圖分析積分非線性值(integralnonlinearity, INL)以及微分非線性值(differential nonlinearity,DNL),以決定模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器190的效能。圖2A顯示模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器190的模擬輸入信號，而圖2B顯示長條圖繪制器120依據(jù)十進制值所繪制的長條圖。然而，圖1的測試裝置100具有較高的成本與較復雜的電路設計。首先，為了儲存十進制轉(zhuǎn)換器110所產(chǎn)生的多個十進制值，長條圖繪制器120必須具有大容量的內(nèi)存，而大容量的內(nèi)存會提高測試裝置100的硬件成本。其次，長條圖繪制器120與效能分析模塊130均需要高效能的復雜計算，因而需要復雜的電路，亦提高了測試裝置100的硬件成本。為了減少測試裝置的硬件成本，需要用更簡單的方法以計算模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的效能。因此，需要一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的新型態(tài)的測試裝置。

發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種測試裝置，以解決現(xiàn)有技術存在的問題。于一實施例中，該測試裝置接收一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的多個位信號，包括多個頻率計數(shù)器、一比較模塊、以及一效能分析模塊。所述頻率計數(shù)器分別計算所述位信號的位值變換的次數(shù)，以得到多個轉(zhuǎn)換次數(shù)。該比較模塊分別比較所述轉(zhuǎn)換次數(shù)與對應于所述轉(zhuǎn)換次數(shù)的多個轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值以得到多個誤差次數(shù)。該效能分析模塊依據(jù)所述誤差次數(shù)估計該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器之一效能值。本發(fā)明更 提供一種模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試方法。首先，接收一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的多個位信號。接著，以多個頻率計數(shù)器(frequency counter)分別計算所述位信號的位值變換的次數(shù)，以得到多個轉(zhuǎn)換次數(shù)。接著，以一比較模塊分別比較所述轉(zhuǎn)換次數(shù)與對應于所述轉(zhuǎn)換次數(shù)的多個轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值以得到多個誤差次數(shù)。接著，以一效能分析模塊依據(jù)所述誤差次數(shù)估計該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器之一效能值。為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉數(shù)較佳實施例，并配合所附圖示，作詳細說明如下:

圖1為模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試裝置的區(qū)塊圖；圖2A顯示模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬輸入信號；圖2B顯示圖1的測試裝置的長條圖繪制器依據(jù)十進制值所繪制的長條圖；圖3依據(jù)本發(fā)明的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的測試裝置的區(qū)塊圖；圖4為依據(jù)本發(fā)明測試模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方法的流程圖；圖5為依據(jù)本發(fā)明的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的多個位信號與頻率計數(shù)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換次數(shù)間的關系之一實施例的示意圖；圖6A為理想的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的的多個位信號的理想值的示意圖；圖6B為實際的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的的多個位信號的實際值的示意圖；圖7為依據(jù)本發(fā)明的各位信號的轉(zhuǎn)換次數(shù)的理想值與實際值的關系之一實施例的示意圖。主要組件符號說明 (圖1)190 模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器；100 測試裝置；110 十進制轉(zhuǎn)換器；120 長條圖繪制器；130 效能分析模塊；(圖3)390 模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器；300 測試裝置；310，317，318，319 低通濾波器；320，327，328，329 頻率計數(shù)器；330 比較模塊；340 效能分析模塊。
具體實施方式圖3為依據(jù)本發(fā)明的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的測試裝置300的區(qū)塊圖。模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390接收一模擬輸入信號，并對模擬輸入信號進行模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生多個位信號Stl、...> S7> S8> S9O位信號Stl、…、S7、S8、S9為模擬輸入信號經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的位值bit
O、…、bit 7、bit 8、bit 9。于一實施例中，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390所接收的模擬輸入信號為三角波輸入信號(triangle wave)或斜面波輸入信號(ramp wave)。測試裝置300接收模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390輸出的多個位信號S。、…、S7、S8、S9,并依據(jù)所述位信號…、S7、S8、S9估計反映模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能之一效能值。于一實施例中，測試裝置300包括多個低通濾波器310 319、頻率計數(shù)器320 329、比較模塊330、以及效能分析模塊340。低通濾波器310 319過濾模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390輸出的多個位信號Stl、…、S7、S8、S9,以產(chǎn)生多個過濾位信號SQ’、…、S/、s8’、s9’。于一實施例中，低通濾波器310 319分別將位信號Sc^…、S7, S8, S9的每連續(xù)三個位值平均，以得到過濾位信號Sc/、…、S/、S8’、S9’。于另一實施例中,低通濾波器310 319分別將位信號S。、…、S7、S8、S9的每連續(xù)四個位值平均，以得到過濾位信號V、...、S7，、S8，、S9，。
頻率計數(shù)器320 329分別計算所述過濾位信號Stl’、…、S/、S8’、S9’的位值變換的次數(shù)，以得到多個轉(zhuǎn)換次數(shù)匕、…、F7、F8、F9。于一實施例中，頻率計數(shù)器320 329分別計算過濾位信號Sci’、…、S/、S8’、S9’由位值I變換至位值O的第一總次數(shù)f\、…、f7>f8、f9，再計算位信號Stl'…、S/、S8'S9’由位值O變換至位值I的第二總次數(shù)f/、…、f/、f8’、f，9，并分別將所述第一總次數(shù)與所述第二總次數(shù)相加況+f/ )、…、(f7+f/ )、(W )、(f9+f9’ )以得到轉(zhuǎn)換次數(shù) F。、->F7,F8,F90比較模塊330接收頻率計數(shù)器320 329產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換次數(shù)F。、…、F7、F8、F9。比較模塊330接著分別比較轉(zhuǎn)換次數(shù)F。、…、F7, F8, F9與分別對應于所述轉(zhuǎn)換次數(shù)的多個轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值Fc/、…、F/、F8’、F9’以得到多個誤差次數(shù)匕、…、E7、E8、E9。于一實施例中，比較模塊330將轉(zhuǎn)換次數(shù)F。、…、F7、F8、F9分別與對應的轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值Ftl’、…、F/、F8，、F9，相減以得到誤差次數(shù)匕、…、E7、E8、E90接著，效能分析模塊340依據(jù)所述誤差次數(shù)Ec^…、E7、E8、E9估計模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390之一效能值。于一實施例中，效能分析模塊340依據(jù)多個權重加總所述誤差次數(shù)匕、…、E7, E8, E9,以得到模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能估計值。當誤差次數(shù)Ec^…、E7, E8, E9愈高，模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能估計值愈高，表示模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能愈低。由于測試裝置300直接以多個頻率計數(shù)器320 329計算模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390所輸出的位信號的轉(zhuǎn)換次數(shù)，再依據(jù)轉(zhuǎn)換次數(shù)估計模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能，因此測試裝置300不似現(xiàn)有技術的測試裝置100般需具備大容量的內(nèi)存以儲存模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390所輸出的位信號值。因此，測試裝置300的硬件成本較現(xiàn)有技術的測試裝置100減少許多。其次，測試裝置300的頻率計數(shù)器320 329、比較模塊330、效能分析模塊340的計算都相當?shù)暮唵危虼司哂泻唵蔚碾娐吩O計，再次減少了測試裝置300的硬件成本。因此，本發(fā)明的測試裝置300可以藉較低的硬件成本實現(xiàn)模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能評估。圖4為依據(jù)本發(fā)明測試模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的方法400的流程圖。首先，輸入一三角波至模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390 (步驟402)。接著，測試裝置300接收模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390輸出的多個位信號S。、…、S9(步驟404)。接著，測試裝置300以低通濾波器310、…、319分別過濾所述位信號…、S9以得到多個過濾位信號Sc^...、&’(步驟406)。接著，測試裝置300以頻率計數(shù)器320、…、329分別計算所述過濾位信號\’、...、&’的位值轉(zhuǎn)換的次數(shù)以得到多個轉(zhuǎn)換次數(shù)F。、…、F9(步驟408)。接著，比較模塊330將所述轉(zhuǎn)換次數(shù)F。、…、F9與多個理想轉(zhuǎn)換次數(shù)比較以得到多個誤差次數(shù)Ec^…、E9(步驟410)。最后，效能分析模塊340依據(jù)所述誤差次數(shù)&、…、E9計算模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390之一效能值后輸出(步驟412)。于一實施例中，若最低的三個有效位以外的任何其它所述誤差次數(shù)為正，則效能分析模塊340判定模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能值為不及格。圖5為依據(jù)本發(fā)明的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的多個位信號與頻率計數(shù)器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換次數(shù)間的關系之一實施例的示意圖。假設模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390共輸出10個位信號
S。、…、S9，分別對應圖5中的位O、…、位9，其中位O為最低有效位(least significantbit，LSB)，而位9為最高有效位(most significant bit,MSB) 假設測試裝置300自模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390依序接收到分別對應于16個時點的樣本。例如對應于時序10的(位9、…、位O)的樣本為(0，0，0，0，0，0，1，0，0，1)，而對應于時序16的(位9、…、位O)的樣本為(0，0，0，0，0，0，1，1，1，1)。圖1的現(xiàn)有技術的測試裝置100會將對應于時序10的位信號樣本轉(zhuǎn)換為十進制值9，并將對應于時序16的位信號樣本轉(zhuǎn)換為十進制值15，再依據(jù)十進制值計算模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的效能估計值，因此需要儲存每個時點的十進制值，而增加了內(nèi)存的硬件成本。相反的，依據(jù)本發(fā)明的測試裝置300僅運用頻率計數(shù)器320、…、329分別計數(shù)字元
9、…、位O的位值由O變動為I或由I變動為O的轉(zhuǎn)換次數(shù)，而分別得到對應于位9、…、位2、位1、位O的轉(zhuǎn)換次數(shù)O、…、3、7、15，因此不需儲存每個時點的位信號的值，而省去了內(nèi)存的硬件成本。舉例來說，位I的值于時序3時由O轉(zhuǎn)為1、于時序5時由I轉(zhuǎn)為O、于時序7時由O轉(zhuǎn)為1、于時序9時由I轉(zhuǎn)為O、于時序11時由O轉(zhuǎn)為1、于時序13時由I轉(zhuǎn)為
O、于時序15時由O轉(zhuǎn)為1，因此共計有轉(zhuǎn)換次數(shù)7。位2的值于時序5時由O轉(zhuǎn)為1、于時序9時由I轉(zhuǎn)為O、于時序13時由O轉(zhuǎn)為1，因此共計有轉(zhuǎn)換次數(shù)3。理想的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器不會于轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生噪聲(noise)，藉此產(chǎn)生的位信號為理想值。圖6A為理想的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的的多個位信號&、…、S9的理想值的示意圖。圖6A中顯示了時序I 時序14的各位信號的位值。最低有效位O的值每隔一時序即變換一次位值(由O變?yōu)镮或由I變?yōu)镺)，而最高有效位9的值于時序I 時序14均未改變。各時序所累加產(chǎn)生的十進制值逐次累加一。由于實際的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器會于模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生噪聲，因此產(chǎn)生的位信號為帶有誤差的實際值。圖6B為實際的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的的多個位信號…、S9的實際值的示意圖。由于噪聲所產(chǎn)生的誤差，使得最低有效位O的值并非每隔一時序即變換一次位值，而各時序所累加產(chǎn)生的十進制值亦未逐次累加一。圖6B中的實際的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所產(chǎn)生的的位信號Stl S9因噪聲所帶有的誤差會導致圖3的頻率計數(shù)器320 329計數(shù)得到錯誤的轉(zhuǎn)換次數(shù)Ftl F9。因此，必須以低通濾波器310 319對位信號Stl S9進行過濾以產(chǎn)生過濾位信號Stl’ S9’。圖7為依據(jù)本發(fā)明的各位信號的轉(zhuǎn)換次數(shù)的理想值與實際值的關系之一實施例的示意圖。理想狀態(tài)下的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390輸出的多個位信號Sp S1, S2,…、S9的轉(zhuǎn)換次數(shù)的理想值分別為4091、2044、1020、…、4，如表中第I列所示。經(jīng)過低通濾波器將位信號的每三個位值平均一次所得的過濾位信號...、&’的轉(zhuǎn)換次數(shù)的理想值分別為4085、2044、1020、…、4，如表中第2列所示。經(jīng)過低通濾波器將位信號的每四個位值平均一次所得的過濾位信號Sci^S/、S2’、…、S9’的轉(zhuǎn)換次數(shù)的理想值分別為5、4、1020、…、4，如表中第3列所示。實際的模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390輸出的多個位信號Sc^SpSy…、S9的轉(zhuǎn)換次數(shù)的實際值分別為2393、2471、1808、…、12，如 表中第4列所示。經(jīng)過低通濾波器將位信號的每四個位值平均一次所得的過濾位信號WS1^S/、...、&’的轉(zhuǎn)換次數(shù)的實際值分別為583、565、914、…、4,如表中第5列所不。由圖5中可見，由于低通濾波器310、…、319會對位信號S。、Sp S2、…、S9進行過濾及平均，因此對應于最低有效位Stl及次低有效位S1的過濾后位信號W S/的轉(zhuǎn)換次數(shù)的實際測試值與理想值相差很大，而無法用以作為模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能估計值的計算依據(jù)。因此，效能分析模塊340僅依據(jù)未對應最低有效位Stl及次低有效位S1的誤差次數(shù)E9、…、E3以估計模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能值。詳細言的，圖3的比較模塊330與效能分析模塊340用以判斷模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能的判斷基準如下。首先由比較模塊330比較轉(zhuǎn)換次數(shù)實際值Ftl F9與相對應的轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值Ftl’ F9’以得到誤差次數(shù)Etl E9。接著由效能分析模塊340依據(jù)較高有效位的誤差次數(shù)計算模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能值。以圖7中的LPF4的轉(zhuǎn)換次數(shù)的實際值與理想值比較，可以發(fā)現(xiàn)僅最低有效位O、1、2的實際值與理想值有誤差。因此，若除了對應于最低有效位信號Sp S2的誤差次數(shù)匕、Ep E2夕卜，效能分析模塊340發(fā)現(xiàn)其它的誤差次數(shù)E3 E9任一為正，則效能分析模塊340判定模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器390的效能為不合格。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟習此項技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視后附的申請專利 范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種測試裝置，接收一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的多個位信號，包括: 多個頻率計數(shù)器(frequency counter),分別計算所述位信號的位值變換的次數(shù)，以得到多個轉(zhuǎn)換次數(shù)； 一比較模塊，分別比較所述轉(zhuǎn)換次數(shù)與對應于所述轉(zhuǎn)換次數(shù)的多個轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值以得到多個誤差次數(shù)；以及 一效能分析模塊，依據(jù)所述誤差次數(shù)估計該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器之一效能值。
2.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器接收一三角波輸入信號(triangle wave)或一斜面波輸入信號(ramp wave),并對該三角波輸入信號或該斜面波輸入信號進行模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生所述位信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器所輸出的所述位信號于同一時序的多個位值的組合為該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器之一輸入值的二進制值。
4.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，所述頻率計數(shù)器分別計算所述位信號由位值I變換至位值O的多個第一總次數(shù)以及所述位信號由位值O變換至位值I的多個第二總次數(shù)，并分別將所述第一總次數(shù)與所述第二總次數(shù)相加以得到所述轉(zhuǎn)換次數(shù)。
5.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，該測試裝置更包括多個低通濾波器，分別耦接于該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器與所述頻率計數(shù)器其中之一的間，分別過濾所述位信號以得到多個過濾的位信號，再將所述過濾的位信號送至所述頻率計數(shù)器作為所述頻率計數(shù)器的輸入。
6.根據(jù)權利要求5所述的測試裝置，其特征在于，所述低通濾波器分別將所述位信號的每連續(xù)三個或四個位值平均，以得到所述過濾的位信號。
7.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，若最低的三個有效位以外的任何其它所述誤差次數(shù)為正，該效能分析模塊判定該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的該效能值為不及格。
8.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，該效能分析模塊依據(jù)多個權重加總所述誤差次數(shù)以得到該效能值；其中當所述誤差次數(shù)愈高而使該效能值愈高，表示該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的效能愈低。
9.根據(jù)權利要求1所述的測試裝置，其特征在于，該效能分析模塊僅依據(jù)未對應最低有效位及次低有效位的所述誤差次數(shù)以估計該效能值。
全文摘要
本發(fā)明提供一種測試裝置。于一實施例中，該測試裝置接收一模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器輸出的多個位信號，包括多個頻率計數(shù)器、一比較模塊、以及一效能分析模塊。所述頻率計數(shù)器分別計算所述位信號的位值變換的次數(shù)，以得到多個轉(zhuǎn)換次數(shù)。該比較模塊分別比較所述轉(zhuǎn)換次數(shù)與對應于所述轉(zhuǎn)換次數(shù)的多個轉(zhuǎn)換次數(shù)理想值以得到多個誤差次數(shù)。該效能分析模塊依據(jù)所述誤差次數(shù)估計該模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器的一效能值。
文檔編號H03M1/10GK103166638SQ20121001906
公開日2013年6月19日 申請日期2012年1月20日 優(yōu)先權日2011年12月15日
發(fā)明者張宏盛 申請人:慧榮科技股份有限公司