A/D轉(zhuǎn)換器測(cè)試技術(shù)及發(fā)現(xiàn)ADC中丟失的代碼

真正的A/D轉(zhuǎn)換器的量化噪聲電平應(yīng)該高于上圖3(b)中所測(cè)得的結(jié)果。這是因?yàn)镕FT的相關(guān)處理增益將高電平的m=8頻譜分量在背景噪聲中拔高所致。

因此，如果采用該A/D測(cè)試技術(shù)，必須計(jì)算圖3(b)中所示10log10(N/2)的FFT處理增益。

為了充分表征A/D轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)性能，需要在許多不同的頻率和幅度上執(zhí)行該測(cè)試。當(dāng)然，加到A/D轉(zhuǎn)換器上的模擬正弦信號(hào)必須盡可能地純凈。模擬信號(hào)中的任何固有失真都將在最終的FFT輸出中表現(xiàn)出來，并導(dǎo)致A/D非線性問題。

關(guān)鍵的是任何輸入頻率都必須是mfs/N。為了滿足奈奎斯特采樣準(zhǔn)則，這里m小于N/2，充分利用FFT的處理能力同時(shí)使頻率泄漏最小。

為了量化轉(zhuǎn)換器的互調(diào)失真，通常需要在A/D的輸入端加上兩個(gè)模擬信號(hào)，互調(diào)失真反過來又能表征轉(zhuǎn)換器的動(dòng)態(tài)范圍。此時(shí)，兩個(gè)輸入信號(hào)都必須滿足mfs/N限制。測(cè)試配置見圖4。

圖4：A/D轉(zhuǎn)換器硬件測(cè)試配置。

當(dāng)采用低通濾波器(BPF)來改善正弦波信號(hào)源輸出信號(hào)的純度時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，應(yīng)該采用衰減量較小的固定衰減器(pads)來避免兩個(gè)信號(hào)源相互影響。(建議采用3-dB衰減器)。

功率合成器(power combiner)通常是模擬功率分配器的反向應(yīng)用，A/D時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器的輸出也是方波。上面圖4中的點(diǎn)劃線顯示所有三個(gè)信號(hào)源被鎖定到同一參考頻率源上。

檢測(cè)丟失的代碼

一個(gè)影響A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)問題是丟失代碼。當(dāng)轉(zhuǎn)換器不能輸出一個(gè)特定的二進(jìn)制字(一個(gè)代碼)時(shí)將會(huì)產(chǎn)生這種問題。試想一下，當(dāng)用一個(gè)模擬正弦波來驅(qū)動(dòng)一個(gè)8位轉(zhuǎn)換器，其輸出二進(jìn)制字應(yīng)該是00100001(十進(jìn)制的33)，而實(shí)際輸出則是00100000(十進(jìn)制的32)，就會(huì)造成這種問題，如圖5所示。

圖5：8位轉(zhuǎn)換器的二進(jìn)制0010001，十進(jìn)制33的丟失代碼時(shí)域圖。

代表十進(jìn)制33的二進(jìn)制字就是一個(gè)有丟失的代碼。這種微小的非線性通過檢測(cè)時(shí)域采樣或者進(jìn)行頻譜分析都很難檢測(cè)到。所幸的是，有一種既簡(jiǎn)單又可靠的方式，即采用統(tǒng)矩形圖(histogram)分析來檢測(cè)該丟失代碼。

該統(tǒng)計(jì)矩形圖分析測(cè)試技術(shù)僅僅包括收集許多A/D轉(zhuǎn)換器輸出采樣，并繪制出這些采樣值的出現(xiàn)次數(shù)和采樣值的關(guān)系。

在該統(tǒng)計(jì)矩形圖中，任何丟失的代碼(如上面丟失的33一樣)都將作為零值被顯示出來。也就是說，代表十進(jìn)制33的這個(gè)二進(jìn)制代碼出現(xiàn)的幾率為零。