[发明专利]一种高速高精度ADC动态输入输出特性曲线快速测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速高精度ADC测试领域，具体涉及ADC批量测试和验证、用于ADC一次性快速估算算法研究等。

背景技术

模数转换器(Analog-to-Digital Convertor，ADC)是当前数模混合信号和数字信号处理两大系统中极其关键的组成模块。近年来随着SOC技术和通信产业的迅猛发展，对ADC的性能要求也越来越高。其中流水线型ADC由于可以同时达到高速、高精度的性能要求，已经广泛应用于各个领域，比如射频技术、多媒体数据处理以及自动化测试仪等。对于需要评估这类器件质量的ADC制造商，测试时间是最为重要的关注点之一。如何快速有效的测试高速高精度ADC既直接关系到芯片的生产周期及其使用寿命，又间接影响芯片的市场认可度。对于高速高精度ADC芯片，其设计和工艺制作成本本就占用很大一部分，如果在芯片测试流程中还无法保证足够短的测试时间，总成本将会大大增加。因此，为了提高产品的可靠性，并出于测试成本角度考虑，当前最大的障碍在于缺乏一种行之有效的高速高精度ADC快速测试方法。

通常ADC的性能指标分为两类，一类是包含微分非线性、积分非线性等在内的静态参数，一类是包含无杂散动态范围、信噪比、总谐波失真等在内的动态参数。已有的国际测试标准是通过采集两组不同数字码来分析上述两类参数。如16位高速高精度ADC，一方面，在保证每个输出数字码平均采集30个样本的条件下，采用直方图方法测试静态参数。另一方面，在保证时钟同步及相干采样条件下，利用快速傅立叶变换完成动态参数的测试。事实上，若能从测试所需样本数量少的动态参数中间接估算出静态参数，那么在整个测试和验证中就无需消耗静态参数测试所需的时间。

在此背景下，基于对ADC的单次数据采集来测试ADC性能指标的估算问题在早期逐渐受到关注，并到目前为止有了较大的发展。其中比较具有代表性的ADC估算算法，如基于DFT的频域估算方法，参数谱估计算法及基于贝塞尔函数的频域估算方法等，已经应用于实际的ADC纯静态测试。然而近十年，随着高速数字示波器和高速高精度ADC电路在电子设计中越来越广泛的应用，针对高速高精度ADC的测试也越来越受到关注。对于这类ADC，由于其应用背景与普通ADC不同，它更关注高频信号输入下呈现的动态非线性(Dynamic Nonlinearity)。此时，早期已提出的各类估算方法因多种条件限制，如模型构建中未考虑动态非线性、保证严格的相干采样条件、需要单次频率估计足够准确等等，已无法适用于高速高精度ADC快速准确的测试。

为此，针对上述限制条件，本发明研究并改进传统的估算方法，在保证可接受的测量精度下实现高频信号输入下高速高精度ADC非线性的快速测试已经成为当前混合信号测试领域的热点研究课题之一，其研究成果对于模数混合信号器件的验证和测试具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速高精度ADC动态输入输出特性曲线的快速测试方法，在保证足够估算精度的情况下，其大大降低测试所需的采样点数，并无须严格的相干采样条件，极大地缩短测试时间。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种高速高精度ADC动态输入输出特性曲线快速测试方法，采用第一类和第二类切比雪夫多项式对待测ADC动态输入输出特性曲线建模；然后在参考误差最优估计的基础上利用正弦信号输入下采集的ADC输出数字码和已知的正弦激励信号信息搭建已有的动态输入输出特性曲线模型；随后采用最小二乘拟合方法在时域上识别该模型中的未知参数，最终估算出拟合的动态输入输出特性曲线。

具体步骤为：

设待测ADC的激励信号为正弦信号如下，

x(t)＝V cos(2πf_xt)+C (1)

式中，V是输入正弦信号幅度，f_x为输入正弦信号频率，C为输入正弦信号偏移量；

那么，ADC动态输入输出特性曲线的完整模型应建模为：

式中，N_h称为该模型的阶数，由c_k组成的求和项是对静态非线性的描述，而由d_k所组成的求和项是对动态非线性的描述，e(t)表示所有系统误差的总和；

随后的算法估算过程中暂不考虑e(t)的影响，e(t)对于估算精度的影响将在优化估算结果中给出，那么此时所考虑的输入输出特性曲线实际上是一条近似平滑的拟合曲线；结合所分析的动态输入输出特性曲线的非单值形式，利用第一类和第二类切比雪夫多项式与三角函数的关系，如以下两式，