一种基于参数提取的快速ADC测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于参数提取的快速ADC测试方法，即利用静态码值，提取得到用来进行频谱分析的少量静态码值，经过增益误差消除处理后，通过频谱分析估算得到动态参数值；在参数提取测试算法基础之上，重新优化了ADC测试结构，即采用优化的直方图与参数提取测试算法相结合的测试架构；改进的直方图测试方法即利用移动平均滤波器法，通过使用与传统测试相比更少的采样点数得到同样精度的静态参数。与传统ADC测试方法相比，本发明专利技术所提ADC测试架构，即利用一次测试采集的静态码值，同时用于通过优化直方图方法计算静态参数和利用参数提取算法估算动态参数，能够在确保计算精度的前提下，大大优化测试时间。

A fast ADC test method based on parameter extraction

The invention discloses a fast test method of parameter extraction based on ADC, namely the use of static code value obtained for spectrum analysis of a static code value, gain error is eliminated after processing, through the spectrum analysis of dynamic parameters of the estimated value; in the parameter extraction test trial method based on re optimization of the ADC test structure that is, the test architecture using histogram and parameter extraction test algorithm combining histogram; improved test method using moving average filter method, compared with the traditional test by using the static parameters of the same accuracy with less number of sampling points. Compared with the traditional ADC test method, the ADC test architecture, namely the use of a static test collection code value, at the same time used by optimizing the histogram method to calculate the static parameters and dynamic parameters estimation using parameter extraction algorithm, can ensure the accuracy of the premise, optimize the test time greatly.

【技术实现步骤摘要】
一种基于参数提取的快速ADC测试方法
本专利技术涉及ADC测试领域，具体涉及一种ADC动态参数估算算法以及改进的ADC测试架构。
技术介绍
模数转化器(简称A/D转换器或者ADC)作为将连续的模拟信号转换为计算机可以处理的数字信号器件，即现实世界与机器语言之间的重要接口，已经成为现代电子系统中不可或缺的重要组成部分。随着电子技术的不断发展，ADC在无线通信、医疗设备、控制系统以及数字消费类产品(如数码相机，数字电视)等方面有着广泛的应用。为了满足更高层次的应用需求，ADC芯片的集成度以及内部复杂度不断提高，这就需要更高效、可靠的ADC测试方法对芯片进行性能测试以保证芯片的稳定性应用。ADC主要有两类性能指标。一类性能指标是基于ADC转移特性曲线命名，包括积分非线性(INL)、微分非线性(DNL)、偏移误差(offseterror)以及增益误差(gainerror)。根据IEEE标准，这些参数主要将正弦信号或者斜坡信号作为输入信号，利用直方图方法获得。另一类是根据ADC频谱性能命名，主要包括总谐波失真(THD)，无杂散动态范围(SFDR)、信噪比(SNR)等。这些参数主要是将高纯度的正弦信号作为输入信号源，利用快速傅里叶变换(FFT)方法测得。根据传统的测试方法，若要测得A/D转换器的所有性能指标往往需要两次测试过程，使得测试成本大大增加。为了降低测试成本，开始研究ADC静态参数与动态参数之间的关系，试图仅通过一次静态测试或者一次动态测试过程，获得ADC所有性能参数。有很多文章提出利用动态测试方法通过估算得到积分非线性曲线,能够避免进行静态测试过程以减少测试成本。但是，由于动态测试所需采样点数少，这些方法只能粗略的描绘积分非线性曲线，并不能准确的得到积分非线性误差，与直方图测试方法相比，计算精度低。虽然，这些方法被许多学者进行广泛的研究，但是还没有一种方法被单独的使用去计算ADC的所有性能参数。在需要精确积分非线性误差值的情况下，还需要用直方图方法进行测试，也就是说，并没有真正实现一次测试过程测得ADC所有性能参数。因此，人们开始研究基于静态测试估算动态参数的估算方法。由于此类方法基于静态测试过程，能够利用大量的采样点数精确的得到静态参数和动态参数值，达到了一次测试过程测得所有性能参数的目的，减少了动态测试过程所需成本。综上所述，研究基于静态测试估算动态参数的测试方法，能够在保证测试精度的前提下，避免动态测试过程以达到减少测试成本的目的，具有很高的研究价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于参数提取的快速ADC测试方法，以解决传统的ADC测试方法存在的测试时间过长、成本过高等问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于参数提取的快速ADC测试方法，包括如下步骤：步骤一，通过仿真实验确定现有动态参数估算算法的最佳测试条件，并进行仿真分析，得到在此最佳测试条件下的动态参数值；其中，所述现有动态参数估算算法为基于INL值估算动态参数算法；步骤二，通过理论推导以及实验仿真，明确静态参数与动态参数之间存在的关系，为现有动态参数估算算法的优化作铺垫；步骤三，对现有动态参数估算算法进行优化，具体为：通过对静态测试所采集的静态码值，进行数据处理，使其能够进行频谱分析进而得出动态参数指标，并通过对12位ADC模型进行MATLAB仿真验证所提优化算法的可行性以及精确性；步骤四，在上述步骤优化算法的基础上，采用移动平均滤波器法优化直方图方法，从而达到优化测试时间的目的；步骤五，选择一款ADC芯片，搭建ADC测试系统，通过具体的实验对优化算法做性能验证。步骤一中，确定最佳测试条件的方法为：在不同的采样点数下，其他测试条件相同，计算INL误差。步骤三中，在静态测试时，采用的测试条件是输入信号幅度略高于ADC满量程幅度。步骤四中，优化的直方图方法即是利用较少的采样点数，通过平均移动滤波器法，得出ADC静态参数。步骤五中，ADC芯片为ADI公司生产的AD9258芯片。本专利技术通过研究ADC动态参数估算算法，试图通过一次测试测得所有ADC参数，从而达到节省测试时间和成本的目的。对于现有动态参数估算算法，即基于INL值估算动态参数算法，通过利用INL值与谐波失真的对应关系，计算得到总噪声功率，进而得到动态参数SINAD以及ENOB参数。本专利技术目标是在原有的估算算法的基础上提高该算法的测试精度且在最佳测试时使用更少的测试时间。有益效果：相对于现有的技术方案，本专利技术的优点是：(1)基于INL估算动态参数的估算算法，认为ADC的噪声来源全部来自量化噪声，但在实际ADC测试中，其噪底并非仅由量化噪声构成，由于ADC内部结构，外围电路以及测试仪器均会使测试系统引入噪声成分，依据原基于INL估算动态参数的估算算法所提公式计算得出的动态参数与标准测试方法FFT相比差距很大。而本专利技术所提算法通过将数据处理后的静态码值进行频谱分析，所有噪声成分都会以频谱的形式展示出来，提高了计算精度。(2)本专利技术提出优化的ADC测试架构，即采用优化的直方图测试与参数提取测试算法相结合，通过采集与传统测试以及原基于INL估算动态参数算法相比较少的采样点数，达到一次测试过程测得所有性能参数的目的，使得测试时间大大减少。(3)本专利技术所提算法除计算得到静态参数外，能够估算得出所有的动态性能参数，SINAD、ENOB、SFDR和THD。而原估算算法由于只能根据总噪声功率，计算得出SIAND以及ENOB，无法识别谐波分量，不能得到SFDR和THD参数。附图说明图1为本专利技术所述优化的ADC测试架构图；图2为本专利技术所述的参数提取测试算法的方法流程图；图3为本专利技术采用的优化的直方图方法的流程图；图4为原基于INL估算动态参数算法流程图；图5为研究原基于INL估算动态参数算法的最佳测试条件图；图6为采用参数提取测试算法经过对静态码值提取过后频谱图；图7为采用参数提取算法提取过后的静态码值消除增益误差后的频谱图；图8为标准动态测试算法与参数提取测试算法频谱比较图；图9为采用优化的直方图方法后的INL曲线图；图10为传统直方图测试方法所得的INL曲线图；图11为实测标准动态测试算法与参数提取测试算法频谱比较图；图12为实测采用优化的直方图方法后的INL曲线图；图13为实测传统直方图测试方法所得的INL曲线图。具体实施方式以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本专利技术而不限于限制本专利技术的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。实施例：本实施例描述了一种基于参数提取的快速ADC测试方法，首先以12比特ADC模型通过MATLAB仿真说明改进算法的可行性，然后采用14位实际ADC芯片，即ADI公司AD9258芯片验证改进算法，具体过程如下：1、研究原算法即基于INL估算动态参数算法的最佳测试条件，并进行仿真分析，得到在此条件下的动态参数值。确定最佳测试条件如图5所示。具体方法是在不同的采样点数下，其他测试条件相同，计算INL误差。从图中可知，当采样点数为8192时，INL值为1.67LSB，随着采样点数的增加，INL显著下降，当采样点数为131072，即12位ADC平均每个码值采集32个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于参数提取的快速ADC测试方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，通过仿真实验确定现有动态参数估算算法的最佳测试条件，并进行仿真分析，得到在此最佳测试条件下的动态参数值；其中，所述现有动态参数估算算法为基于INL值估算动态参数算法；步骤二，通过理论推导以及实验仿真，明确静态参数与动态参数之间存在的关系，为现有动态参数估算算法的优化作铺垫；步骤三，对现有动态参数估算算法进行优化，具体为：通过对静态测试所采集的静态码值，进行数据处理，使其能够进行频谱分析进而得出动态参数指标，并通过对12位ADC模型进行MATLAB仿真验证所提优化算法的可行性以及精确性；步骤四，在上述步骤优化算法的基础上，采用移动平均滤波器法优化直方图方法，从而达到优化测试时间的目的；步骤五，选择一款ADC芯片，搭建ADC测试系统，通过具体的实验对优化算法做性能验证。

【技术特征摘要】
1.一种基于参数提取的快速ADC测试方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，通过仿真实验确定现有动态参数估算算法的最佳测试条件，并进行仿真分析，得到在此最佳测试条件下的动态参数值；其中，所述现有动态参数估算算法为基于INL值估算动态参数算法；步骤二，通过理论推导以及实验仿真，明确静态参数与动态参数之间存在的关系，为现有动态参数估算算法的优化作铺垫；步骤三，对现有动态参数估算算法进行优化，具体为：通过对静态测试所采集的静态码值，进行数据处理，使其能够进行频谱分析进而得出动态参数指标，并通过对12位ADC模型进行MATLAB仿真验证所提优化算法的可行性以及精确性；步骤四，在上述步骤优化算法的基础上，采用移动平均滤波器法优化直方图方法，从而达到优化测试时间的目的；步骤五...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄成，陈启蒙，郭展鸿，冯雪，张轩，
申请(专利权)人：东南大学，东南大学无锡集成电路技术研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32