模数转换器的测试研究

论文摘要

高速A/D被广泛应用于无线通讯、制动控制、自动检测等领域。如何准确评估高速A/D的性能受到高度关注。要准确测试高速AD对测试环境和硬件要求很严格。传统的测试理论和测试方法难以胜任,测试开销急剧增加。在模拟及混合信号电路领域,由于电路形式及处理信号的独特性,测试理论相对落后,测试难度更大。尤其是当前,SOC系统设计和深亚微米工艺都带来了新的问题,测试正逐渐成为设计的瓶颈,测试工程师要花更多的精力到如何降低测试成本上。论文运用码密度直方图分析方法和FFT频谱分析方法来测试高速AD性能,并基于泰瑞达公司的大型自动测试系统(J750)实现了高速AD7891的参数测试。由于评估高速A/D的参数很多,论文分析了失调误差、增益误差、失码、差分非线性(DNL)、积分非线性、信噪比(SNR)、总波失真(THD)、无杂散动态范围(SFDR)等参数的测试。论文对下面几个方面做了有益的探索:第一,基于ATE的AD测试的硬件、软件的构架,ATE各个模块的作用;第二,相干采样的基础理论及相干采样在ATE上的实现方式;第三,利用斜坡、码密度直方图对AD进行静态测试及测试过程中的测试方法;第四,利用FFT方法对信号的频谱分析。动态测试的关键是所采集信号的完整性,相干采样由于实现了对输入信号的整周期采样,从而保证了采集信号的完整性,A/D测试必须满足相干采样的条件。随着A/D采样速度、分辨率的提高,相干采样的条件很难满足,这对测试系统硬件和软件要求很苛刻。所以测试技术的提高往往需要测试系统性能的提高。论文详细介绍了测试A/D的测试理论、测试方法和基于测试机(ATE)A/D的测试实现。文章最后给出了测试结果

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 引言
• 0.1 混合信号测试的发展
• 0.2 测试技术的发展现状和趋势
• 0.3 本文的主要工作和论文安排
• 第1章 模数转换器（A/D）简介
• 1.1 模数转换器基本原理
• 1.2 模数转换器分类
• 1.3 模数转换器性能参数
• 1.3.1 静态参数
• 1.3.2 动态参数
• 1.4 逐次逼近型A/D 转换器的结构和工作原理
• 1.4.1 AD7891 简介
• 1.4.2 转化细节
• 1.4.3 并行接口模式
• 1.4.4 串行接口模式
• 1.4.5 模拟输入部分
• 1.4.6 转化特性
• 第2章 模数转换器电路
• 2.1 采样保持电路
• 2.2 开关的设计
• 2.3 时钟电路
• 2.4 运算放大器
• 2.5 带隙基准电压源
• 2.6 数模转换器电路
• 2.7 比较器电路
• 2.8 辅助电路
• 2.9 本章小结
• 第3章 ATE（J750）测试系统介绍
• 3.1 硬件配置
• 3.2 混合信号测试和 J750 MSO（混合信号选项）介绍
• 3.3 A/D 测试模块的建立
• 3.4 本章小结
• 第4章 混合信号测试理论基础及测试方法
• 4.1 基础参数测试
• 4.1.1 直流参数测试
• 4.1.2 交流参数测试
• 4.2 A/D 静态参数测试
• 4.3 A/D 动态参数测试
• 4.3.1 混合信号测试中的采样和重建
• 4.3.2 Shannon 采样定理
• 4.3.3 相干信号与非相干信号
• 4.3.4 频谱bin 的选择
• 4.4 FFT 分析理论
• 4.4.1 三角傅里叶级数
• 4.4.2 离散傅里叶级数
• 4.4.3 完整的频谱
• 4.4.4 时域频域的归一化
• 4.4.5 DFTS 的复数形式
• 4.4.6 离散傅里叶变换
• 4.4.7 快速傅里叶变换（FFT）
• 4.4.8 FFT 输出的解释
• 4.5 本章小结
• 第5章 高速 A/D（AD7891）测试过程的实现
• 5.1 测试计划
• 5.2 测试电路
• 5.3 测试步骤
• 5.4 测试数据及结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A