ADC指标测试方法
• 静态指标——码密度测试（CDT）
• 动态指标——采样与FFT频谱分析
码密度测试（CDT）
• 码j的密度（码概率）对应于码宽Vj+1-Vj
• 输入信号波形选择：三角波 or 正弦波?
• 输入信号频率：fin与fs的关系
• 样本总数的确定
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码密度测试原理——码密度与码宽度
V
H(i+2)
Vi+2
Vi+1
码宽度
H(i+1)
H(i)
H(i-1)
t
实际输入信号：正弦波
Vi
Vi-1
Vi-2
码密度
原因：容易产生失真度小的信号
输入信号频率fin与采样率fs的关系
码密度测试原理——理论分析
对于正弦输入信号Asinωt，其电压概率密度函数为：
p (V ) =
1
π A2 − V 2
样本在电压区间P(Va, Vb)中的概率:
1  −1 Vb 
−1 Va  
sin   − sin   
A
 
 A 
两边取cosine，并应用以下两条数学等效式
cos(α − β ) = cos(α ) cos(β ) + sin(α )sin(β )
P(Va , Vb ) =
π
V

cos sin −1  =
A

A2 − V 2
A
8
可得到：
)2
)
2
Vb − (2Va cos(πp (Va , Vb )))Vb − A2 1 − cos 2 (πp (Va , Vb )) + Va = 0
(
)
Nt =
设第i个转换码对应的发生频次为H(i) ，且：
)

2 n −1
∑ H (i )
j =0
i
CH (i ) = ∑ H ( j )
j =0

 πH   )
 πH  
 Vb − A 2 1 − cos 2 
  + Va 2 = 0



N
t




则有： Vb −  2Va cos
 Nt

2
求解上式，并取Vb>Va的解：
)
 πH 
 πH  2
 + sin 
 A − Va 2
Vb = Va cos
 Nt 
 Nt 
上式给出了由码起始电压Va和码发生频率H来计算码终止电压的方法。写成离散的形式：
)
 πH (i )  2
 πH (i ) 
 A − Vi −21
 + sin 
Vi = Vi −1 cos
 Nt 
 Nt 
)
 πCH (i ) 

Vi = − A cos
 Nt 
为避免累加误差，可直接由边界条件Vo = -A
和前i个码发生频率和CH(i)来计算：
码密度测试——失调
设直方图中符号位（ＭＳＢ）为０的码和符号位为１的码的总发生频次分别为Nn和Np，
则：
Nn =
2 n −1 −1
∑ H (i )
l =0
Np =
2 n −1
∑ H (i )
l = 2 n −1
当ADC失调Voffset不为０但其值相对于信号幅度Ａ比较小时，可通过直方图频次重心位置
的偏移量来近似求得：
)
π N p − Nn
Voffset = A
2 N p + Nn
9
码密度测试——样本总数的确定
为了将静态特性的测试精度以(1-α)%的可信度控制在±βLSB以内，连续采样的
样本数Nt须满足下式：
Nt ≥
Z α2 2π 2 n −1
β2
其中，Zx = Z:F(Z) = 1-x
F (Z ) =
∞
∫
−x
1
2π
2
e −t dt
例如，n = 10 bits，β= 0.1 LSB，α= 0.01(Z0.005 = 2.58)，则
N≥
(2.58)2 π 2 9
(0.1)2
= 1.07 × 10 6
码密度测试——数据处理流程
结束
读入采样数据文件
统计直方图数据
H[i]， N p， N n
i
∑ H [ j ] → CH [i ]
V [i ] − V [0 ]
− i → INL [i ]
LSB
(V [i + 1] − V [i ]) − 1 →
LSB
j=0
 π CH [i ] 
 → V [i ]
cos 
 Nt 
(
)
V 2 n − 2 − V (0 )
→ LSB
2n − 2
π
2
sin
N p − Nn
N p + Nn
DNL [i ]
→ Voffset
输 出 AD C 特 性
INL， D NL， V o ffs et
结束
10
码密度测试——DNL与INL
采样率 fc=2MHz，输入信号频率 fin=24.5KHz，采集点数约4Million，数据宽度13-bit
0.4
0.3
0.2
DNL(LS B)
0.1
0
-0 .1
-0 .2
-0 .3
-0 .4
0
1000
2000
300 0
4000
5000
Digita l C ode
600 0
70 00
80 00
采样率 fc=2MHz，输入信号频率 fin=24.5KHz，采集点数约4Million，数据宽度13-bit
2.5
2
1.5
1
INL(LS B)
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
-2.5
0
10 00
200 0
300 0
4000
5000
Digita l Code
6 000
7 000
80 00
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动态特性测试——测试流程
正弦信号
采样
样本
加窗处理
基于PC的数据处理
动态特性
频谱
FFT变换
动态特性测试——测试参数
• 输入信号频率fin与采样率fs的关系
– 有利于采集整数个周期的信号数据
– 每周期采样点数与SFDR指标要求
• 输入信号幅度
• 样本总数N（窗宽度）
• 频率分辨率
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动态特性测试——频谱分析
0
dnf9.dat
-20
-40
Amp (dB)
-60
-71.2@3HD
-80
-100
-120
-140
-160
0
0.1
Vp-p = 0.9Vfs
0.2
0.3
0.4
0.5
fin/fs
SNDR=64.1dB ENOB = 10.36 bit
测试系统设计
function
generator
LPF
single-todifferential
ADC
Prototype
clock
reference
voltages
DC bias
Logic
Analyzer
DAC
PC
Spectrum
Analyzer
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