吉時(shí)利2602型數(shù)字源表數(shù)模轉(zhuǎn)換器測(cè)試實(shí)例
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為了說(shuō)明2602型數(shù)字源表在多通道、多功能測(cè)試應(yīng)用中的源表能力和靈活性，讓我們看一下8-位乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的測(cè)試序列。圖1給出這個(gè)應(yīng)用的測(cè)試設(shè)置。通過(guò)TSP-Link連接的每個(gè)儀器都被分配一個(gè)唯一的節(jié)點(diǎn)編號(hào)，類(lèi)似于GPIB地址。DAC實(shí)例使用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)源-測(cè)量單元SMU(SMU A和SMU B)。節(jié)點(diǎn)1是“主”節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2是“從”節(jié)點(diǎn)。控制器通過(guò)GPIB (或RS-232)發(fā)送命令或下載完整的測(cè)試腳本至主設(shè)備，主設(shè)備則通過(guò)TSP-Link向從設(shè)備發(fā)送命令。
DAC需要直流電源和基準(zhǔn)電壓。
節(jié)點(diǎn)2的SMU A將向DAC提供+15VDC。當(dāng)所有數(shù)字輸入設(shè)置為低電平時(shí)，它將測(cè)量DAC的實(shí)際供電電壓和電流，所有數(shù)字輸入設(shè)置為高電平時(shí)，再次進(jìn)行測(cè)量。節(jié)點(diǎn)2的SMU B將向VREF提供+10VDC。當(dāng)所有數(shù)字輸入設(shè)置在高電平時(shí)，它將測(cè)量這個(gè)端口的輸入電阻。
DAC擁有兩個(gè)互補(bǔ)的電流輸出。
當(dāng)一個(gè)電流源與終端電阻連接后進(jìn)行輸出時(shí)，可以將電流轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電壓，數(shù)字源表便可以直接對(duì)電流進(jìn)行測(cè)量。在這些輸出端測(cè)得的電平與VREF成正比，其系數(shù)取決于數(shù)字輸入值。當(dāng)數(shù)字輸入均處于高位時(shí)，IOUT1是最大值，IOUT2是最小值。反之，當(dāng)數(shù)字輸入都處于低位時(shí)，IOUT1是最小值，IOUT2是最大值。數(shù)字輸入將作為輸出測(cè)量函數(shù)的變量，并對(duì)其線(xiàn)性特性進(jìn)行評(píng)估。
對(duì)DAC的線(xiàn)性測(cè)量通常在靜態(tài)情況下進(jìn)行。
在DAC的數(shù)字輸入端加入輸入代碼，而且如有必要，可以選通被測(cè)DAC將測(cè)試數(shù)據(jù)傳入該DAC。在我們實(shí)例中的DAC不需要進(jìn)行選通（只有一個(gè)DAC）。節(jié)點(diǎn)1的數(shù)字I/O(1～8位)為DAC提供數(shù)字輸入。節(jié)點(diǎn)1 DIO的剩余6位以及節(jié)點(diǎn)2的所有14位都可以用作觸發(fā)或數(shù)字控制。如圖1所示，節(jié)點(diǎn)1的數(shù)字端口可能與組件分揀機(jī)進(jìn)行交互，以控制分類(lèi)裝箱操作。在輸入測(cè)試代碼之后DAC將生相應(yīng)輸出信號(hào)，然后進(jìn)行若干次測(cè)量，以避免噪聲的出現(xiàn)，并對(duì)平均輸出電流或平均輸出電壓進(jìn)行記錄。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)慕r(shí)間后，節(jié)點(diǎn)1的SMU A將對(duì)IOUT1進(jìn)行測(cè)量，節(jié)點(diǎn)1的SMU B將對(duì)IOUT2進(jìn)行測(cè)量。數(shù)字源表的內(nèi)置數(shù)字濾波器將自動(dòng)對(duì)每個(gè)輸出讀數(shù)的5個(gè)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行平均。
圖1. 利用2602型數(shù)字源表對(duì)8位乘法數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行測(cè)試的設(shè)置
可以對(duì)以下幾個(gè)線(xiàn)性參數(shù)進(jìn)行評(píng)估：
最低有效位(LSB)的大小就是輸入增加1時(shí)，輸出變化的數(shù)量。
其中，F(xiàn)SR是轉(zhuǎn)換器的滿(mǎn)量程范圍，n是位數(shù)(分辨率)。
偏移誤差是當(dāng)數(shù)字輸入為零時(shí)額定偏移點(diǎn)與實(shí)際偏移點(diǎn)之間的差異。額定偏移是零，因此偏移只不過(guò)是當(dāng)數(shù)字輸入為零時(shí)測(cè)得的電流或電壓輸出。偏移誤差對(duì)所有測(cè)量讀數(shù)都帶來(lái)相同誤差，它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。作為INL測(cè)量的一部分，偏移誤差等于計(jì)算的截距值。
增益誤差是當(dāng)數(shù)字輸入為滿(mǎn)量程且偏移誤差已被校正到零時(shí)，有關(guān)傳輸函數(shù)的額定增益值與實(shí)際增益值之間的差異。增益誤差表示實(shí)際傳輸函數(shù)與理想傳輸函數(shù)斜率之間存在的差異，因此每一步進(jìn)的誤差百分比都是相同的，它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。
積分非線(xiàn)性(INL)描述了DAC實(shí)際傳輸函數(shù)與理想直線(xiàn)之間的差值。對(duì)于DAC來(lái)說(shuō)，這個(gè)差異要在每個(gè)階躍進(jìn)行測(cè)量。理想直線(xiàn)可以是實(shí)際傳輸函數(shù)的最佳配適直線(xiàn)，通過(guò)這種方式算得的誤差最小；也可以是傳輸函數(shù)兩個(gè)端點(diǎn)之間的連線(xiàn)。它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。
利用下面的公式可以計(jì)算INL，單位為L(zhǎng)SB:
其中，CODE是施加的數(shù)字輸入，ICODE是對(duì)給定CODE的輸出電流（或電壓），SLOPE是基準(zhǔn)直線(xiàn)的斜率，INTERCEPT是基準(zhǔn)直線(xiàn)在Y軸的截距，計(jì)算出的INL以L(fǎng)SB為單位。如果使用最佳適配基準(zhǔn)線(xiàn)，則通過(guò)線(xiàn)性回歸來(lái)計(jì)算斜率和截距。如果使用基于端點(diǎn)的基準(zhǔn)線(xiàn)，那么斜率的計(jì)算方法如同LSB(FSR = IMAXCODE
– IMINCODE)，而且得到同樣數(shù)值；在這種情況下，截距是當(dāng)數(shù)字輸入為零時(shí)，也就是CODE =0時(shí)，測(cè)得的轉(zhuǎn)換器偏移電流（或電壓）。
微分非線(xiàn)性(DNL)是實(shí)際階躍高度與1LSB理想值之間的差異。因此，如果實(shí)際階躍高度恰好是1LSB,那么DNL誤差為零。DNL的目標(biāo)值(≤1LSB)確保DAC的單調(diào)性。這意味著沒(méi)有數(shù)據(jù)丟失，因?yàn)檩敵鍪冀K隨著數(shù)字輸入而變化；它隨著數(shù)字輸入的增加而增加，并隨著數(shù)字輸入的減少而減少。它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。利用下面的公式可以計(jì)算DNL，單位為L(zhǎng)SB:
其中，ICODE是對(duì)給定CODE的輸出電流（或電壓），ICODE-1是前一次代碼輸入時(shí)測(cè)得的電流（或電壓）。
對(duì)于我們的DAC測(cè)試實(shí)例，偏移、增益誤差以及INL與DNL將由測(cè)量完成后的輸出確定。對(duì)于IOUT1，將利用最佳適配直線(xiàn)方法對(duì)INL進(jìn)行估值，對(duì)于IOUT2，將利用端點(diǎn)直線(xiàn)方法進(jìn)行估值。
評(píng)論