[发明专利]一种开关电容型模数转换器输入阻抗的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于模数转换器性能测试技术领域，具体涉及一种开关电容型模数转换器输入阻抗的测试方法。

背景技术

模数转换器(ADC)是一个将模拟信号转换成数字信号即对模拟信号进行数字化(digitize)的元件。开关电容型采样保持器是模数转换器常用的一种采样保持接口，如流水线型(pipelined)模数转换器等均采用这种结构。

图1是一个采用开关电容结构的流水线型模数转换器的采样保持器结构示意图。该采样保持器100主要由放大器101、两个输入采样电容102-103、两个输入开关104-105、两个反馈开关106-107和两个采样开关108-109组成。两个输入开关104-105两端分别连接模拟输入信号AIN+/AIN-和两个输入采样电容102-103。两个反馈开关106-107两端分别连接输出信号AO+/AO-和两个输入采样电容102-103。

采样保持器100有跟踪模式和保持模式两种工作方式。当两个输入开关104-105和两个采样开关108-109导通，两个反馈开关106-107关闭时，模拟输入信号AIN+/AIN-连接两个输入采样电容102-103，模数转换器进入跟踪模式。在跟踪模式结束时，模拟输入信号AIN+/AIN-的值被两个输入采样电容102-103采集。当两个输入开关104-105和两个采样开关108-109关闭，两个反馈开关106-107导通时，模拟输入信号AIN+/AIN-同两个输入采样电容102-103隔离，输出信号AO+/AO-连接两个输入采样电容102-103，模数转换器进入保持模式。一般情况下，跟踪模式和保持模式的周期近似相等。

为了设计开关电容型模数转换器的输入接口电路，需要知道采样保持前端的频率响应，也就需要知道模数转换器的输入阻抗。但是，由于两个输入开关104-105的导通和关闭，在跟踪模式和保持模式期间，模数转换器的输入阻抗值是不同的，所以无法做到同输入信号驱动电路实现全周期的阻抗匹配。由于只是在跟踪模式期间模拟输入信号同采样保持器100的两个输入采样电容102-103相连，所以应该是跟踪模式期间模数转换器的输入阻抗同输入信号驱动电路做到阻抗匹配。而由于开关电容型模数转换器有采样和保持两种工作模式，导致两个输入开关104-105不能始终导通，所以如何精确地测试跟踪模式期间的输入阻抗值就成了一个技术上的难点。

目前关于这方面的研究文献还比较少。文献[1]给出了一种测试开关电容型模数转换器输入阻抗的方法，其系统示意图如图2所示。该测试方法需要两块电路板，一块是包含待测模数转换器203、输入信号电路204、时钟信号电路205、数字输出电路206、电源电路207的评估板201，另一块是仅包含输入信号电路208的小电路板202。小电路板202上的输入信号电路208同评估板201上的输入信号电路204的电路和物理结构完全相同。直流电源209为评估板201提供电源。一台两通道函数/波形发生器212提供两路频率为1MHz的脉冲时钟信号。一台需要提供外部时钟信号进行触发的网络分析仪210用来测试评估板201包含输入信号电路204在内的待测模数转换器203的输入阻抗和小电路板202的输入信号电路208的阻抗。使用网络分析仪210时，需要用到相应的网络分析仪接口校正套件211进行测试前的校正。一台示波器213进行观察和调整提供给时钟信号电路205和网络分析仪210的两路时钟信号的相位关系。

假设待测模数转换器203在接收到上升沿时钟信号后，输入开关104-105由导通变成关闭；网络分析仪210在接收到外部下降沿时钟触发信号后，开始进行频率扫描，测试模数转换器输入阻抗的值。图3、4为测试跟踪模式下输入阻抗值时两路时钟信号的相位关系图。一路占空比为90%，经过时钟信号电路205后作为待测模数转换器203的输入时钟信号；另一路占空比为50%，作为网络分析仪210的外部触发信号。调节这两路时钟信号的相位关系，并通过示波器213进行观察和调整，使提供给网络分析仪210的触发信号的下降沿位于待测模数转换器203的跟踪模式期间，即可测试跟踪模式期间待测模数转换器203的输入阻抗值。

首先用网络分析仪210测试跟踪模式期间评估板201包含输入信号电路204在内的待测模数转换器203的输入阻抗，再用网络分析仪210测试小电路板202的输入信号电路208的阻抗，通过解嵌算法，计算出待测模数转换器203的输入阻抗。要求网络分析仪210从接收到外部时钟触发信号至跟踪模式结束期间内完成一次频率扫描。