[发明专利]使用时基和电流源的模数转换器自测

说明书

恒定电流源、稳定时基和电容器用于通过对该电容器充电预定的时间量以在其上产生电压来自检模数转换器(ADC)的运作。该电压将与电容器充电的时间量成正比。只需改变电容器充电的时间量，就可以在自检过程中验证模数转换器传递函数上的多个点。测试点之间的相对精度可以很容易获得。绝对精度可以通过使用时基的精确时钟参考、已知电流源和电容值来获得。

相关专利申请

本申请要求于2017年11月2日提交的共同拥有的美国临时专利申请号62/580,549的优先权；其目为“ADC Self-Test Using Time Base and Current”，发明人为JamesE.Bartling和Stephen Bowling，为了所有目的在此通过引用将其并入本文。

技术领域

本公开涉及模数转换器(ADC)，更具体地，涉及使用时基和电流源的模数转换器自测。

背景技术

系统的功能安全要求对用于监控这些系统的设备进行验证。监控设备通常是基于数字的，例如微控制器和微处理器，但是监控的内容是模拟参数。这就需要进行模数转换，模数转换通常使用模数转换器(ADC)执行。然而，在模拟域中执行模数转换器的功能测试是非常重要的，例如，模拟输入通过模数转换器产生正确的数字输出。此外，模数转换器的线性度应在其功能测试期间进行验证。因此，可以使用多个电压点来确认正确的模数转换器传递函数。需要根据已知参考电压验证正确的数字输出。

图2示出了使用外部电压参考进行模数转换器自测的现有技术示意性框图和图表。因为必须使用大量电压参考、运算放大器和多路复用器，这种现有技术既复杂成本又高。必须投入精力确保电压参考保持校准，并且确保多路复用器开关不会扭曲或影响电压参考的值。

发明内容

因此，需要一种精确、快速、可靠且低成本的方法来产生测试电压，用以验证模数转换器的运作情况。

根据一实施方案，一种用于自测模数转换器(ADC)的方法可以包括以下步骤：在一时间段内将恒定电流源耦接到已放电电容器；在所述时间段之后，用所述模数转换器将所述电容器上的电压转换成数字值；以及将来自所述模数转换器的所述数字值与所述电容器上的所述电压进行比较，所述电压由等式V＝I/C*t表示，其中V可以是所述电容器上的所述电压，I可以是所述恒定电流，C可以是所述电容器的电容，t可以是所述时间段。

根据所述方法的另一实施方案，所述方法可包括以下步骤：a)将所述时间段设置为最短时间；b)给所述电容器放电；c)在所述时间段内将所述电容器耦接到具有电流值I的所述恒定电流源；d)在所述时间段结束后，用所述模数转换器将所述电容器上的所述电压转换成数字值；e)将所述时间段的所述数字值存储在存储器中；f)当所述时间段等于或大于最长时间时，结束对所述模数转换器的所述测试，然后进行到步骤I)；g)将所述时间段延长至更长的时间；h)返回步骤b)；以及I)通过评估所述存储数字值来确定模数转换器精度。

根据所述方法的另一实施方案，确定模数转换器线性度的步骤可以包括将所述存储数字值与乘以所述电流值I并除以所述电容器的电容C的所述相应时间段进行比较的步骤。根据所述方法的另一实施方案，所述方法可以包括评估所述存储数字值以确定模数转换器线性度的步骤。

根据所述方法的另一实施方案，所述方法可包括以下步骤：a)将所述时间段设置为最长时间；b)给所述电容器放电；c)在所述时间段内将所述电容器耦接到具有电流值I的所述恒定电流源；d)在所述时间段结束后，用所述模数转换器将所述电容器上的所述电压转换成数字值；e)将所述时间段的所述数字值存储在存储器中；f)当所述时间段小于或等于最短时间时，结束对所述模数转换器的所述测试，然后进行到步骤I)；g)将所述时间段缩短至更短的时间；h)返回步骤b)；以及I)通过评估所述存储数字值来确定模数转换器精度。