CN108387834A - 一种广域adc误差修正测试方法及装置 - Google Patents

一种广域adc误差修正测试方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种广域ADC误差修正测试方法及装置，通过采用标准ADC分析得出外围运放电路带来的误差并对待测ADC进行误差补偿，从而能够消除外围运放电路误差给待测ADC带来的影响，能够准确反映待测ADC的真实性能，为之后进行更为准确的ADC测试提供条件，实现广域ADC的误差修正测试；同时，当信号源或外围电路或待测ADC变化时，使用者无需重新计算，能够方便地对不同待测ADC进行误差修正测试。

Description

一种广域ADC误差修正测试方法及装置
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别是指一种广域ADC误差修正测试方法及装置。
背景技术
广域ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)泛指输入模拟量电压幅值较广的ADC，它的作用是将模拟信号转换为数字信号。受限于当前集成电路测试设备的硬件及软件资源能力，广域ADC检测时需要增加外围运算放大电路来间接地提升测试设备的硬件资源能力，以满足检测的需要，然而，引入了外围运放电路的同时也引入了外围运放电路带来的误差，这些外围运放电路带来的误差会影响ADC测试的测试精度，降低了ADC测试结果的可靠性。
现有技术中，往往采用传统的电压补偿法进行广域ADC的测试，即：测量运算放大器的输出电压，推算该输出电压与理论值的误差，再通过外围运放电路配置反推外围运放电路的输入电压误差，将该输入电压误差补偿至信号源提供的斜波电压中，从而抵消外围运放电路带来的误差。然而，这种方法需要进行大量的测量及计算，一次计算的结果对不同的电路或元件不具有普适性，必须重新进行测量计算，过程繁琐，操作不便，大大增加了本领域技术人员的工作量，降低测试效率；同时，该推算误差的精度有赖于对外围运放电路电阻的测量准确度，测试误差将直接影响误差补偿的准确度，从而降低ADC测试结果的精度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种广域ADC误差修正测试方法及装置，能够消除外围运放电路带来的误差，提高广域ADC的测试准确度。
基于上述目的本发明提供的一种广域ADC误差修正测试方法包括：
采用同一信号源通过同一组外围运放电路同步驱动待测ADC与标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换；
分别采集所述待测ADC和所述标准ADC的数字输出，并对所述数字输出进行数模转化和线性误差修正，获得所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线；
通过所述标准ADC的输出拟合直线和所述标准ADC的理想拟合直线，分析得出所述外围运放电路带来的误差；
将所述误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中，获得所述待测ADC的真实波形，并利用所述待测ADC的真实波形测试所述待测ADC的参数。
可选地，所述采用同一信号源通过同一组外围运放电路同步驱动待测ADC与标准ADC可以替换为：
采用同一信号源通过两组完全相同的外围运放电路分别驱动待测ADC和标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换；或者，
采用两个完全相同的信号源通过两组完全相同的外围运放电路分别同步驱动待测ADC和标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换。
可选地，所述分析得出所述外围运放电路带来的误差包括：通过所述标准ADC的输出拟合直线的斜率k1、纵截距b1和所述标准ADC的理想拟合直线的斜率k2、纵截距b2，得出所述外围电路带来的增益误差g和失调误差e，其中：
可选地，所述将所述误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中包括：将待测ADC输出拟合直线的斜率与所述增益误差的乘积作为所述真实波形的斜率，将待测ADC输出拟合直线的纵截距与所述失调误差的和作为所述真实波形的纵截距，从而得到所述待测ADC的真实波形。
优选地，所述信号源采用24位以上的信号源；所述标准ADC采用24位以上的ADC。
本发明的另一方面，还提供一种广域ADC误差修正测试装置，包括：
驱动模块，用于同步驱动待测ADC与标准ADC，使所述待测ADC及所述标准ADC进行模数转换；
采集转换模块，用于分别采集经所述待测ADC和所述标准ADC的模数转换后的输出结果，并将所述输出结果进行高精度的数模转换，得到所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线；
线性修正模块，用于对所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线进行线性误差修正；
误差分析模块，用于利用所述标准ADC的输出拟合直线及所述标准ADC的理想拟合直线，得出所述外围运放电路带来的误差；
误差补偿模块，用于将分析得出的所述外围运放电路带来的误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中，得到所述待测ADC在排除外围运放电路的误差后的真实输出波形；以及
测试模块，用于利用所述待测ADC的真实输出波形，测定所述待测ADC的参数。
可选地，所述驱动模块包括信号源模块和外围电路。
可选地，所述信号源模块设置为信号源或外部信号源连接端口，所述信号源或外部信号源采用24位以上的信号源，所述标准ADC采用24位以上的ADC。
可选地，所述误差分析模块得出所述外围运放电路带来的误差包括：通过所述标准ADC的输出拟合直线的斜率k1、纵截距b1和所述标准ADC的理想拟合直线的斜率k2、纵截距b2，得出所述外围电路带来的增益误差g和失调误差e，其中：
可选地，所述误差补偿模块将所述误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中包括：将待测ADC输出拟合直线的斜率与所述增益误差的乘积作为所真实输出波形的斜率，将待测ADC输出拟合直线的纵截距与所述失调误差的和作为所述真实输出波形的纵截距，从而得到所述待测ADC的真实输出波形。
从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种广域ADC误差修正测试方法及装置通过采用标准ADC分析得出外围运放电路带来的误差并对待测ADC进行误差补偿，从而能够消除外围运放电路误差给待测ADC带来的影响，能够准确反映待测ADC的真实性能，为之后进行更为准确的ADC测试提供条件，实现广域ADC的误差修正测试；同时，当信号源或外围电路或待测ADC变化时，使用者无需重新计算，能够方便地对不同待测ADC进行误差修正测试。
附图说明
图1为本发明实施例一种广域ADC误差修正测试方法流程示意图；
图2为本发明实施例一种广域ADC误差修正测试方法误差分析示意图；
图3为本发明实施例一种广域ADC误差修正测试装置示意图；
图4为本发明实施例一种广域ADC误差修正测试方法及装置对待测ADC进行误差修正测试与常规测试的结果对比示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，为本发明实施例一种广域ADC误差修正测试方法流程示意图，本发明实施例1提供的一种广域ADC误差修正测试方法包括：
步骤11.同步驱动：采用同一信号源通过同一组外围运放电路同步驱动待测ADC与标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换；所述信号源为高精度信号源，具体地，所述信号源采用24位以上的信号源；所述标准ADC采用高精度ADC，具体地，所述标准ADC采用24位以上的ADC；
可选地，步骤11可替换地实施为：采用同一信号源通过两组完全相同的外围运放电路分别驱动待测ADC和标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换；或采用两个完全相同的信号源通过两组完全相同的外围运放电路分别驱动待测ADC和标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换。
步骤12.采集转换：分别采集所述待测ADC和所述标准ADC的数字输出，并对所述数字输出进行数模转化和线性误差修正；所述线性误差修正实施为：剔除所述待测ADC和所述标准ADC的输出中误差较大或失真的数据；从而得到所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线。如图2所示，为本发明实施例提供的误差分析示意图(所述待测ADC的输出拟合直线未在图2中示出)，其中直线21为标准ADC的数字输出经过数模转化和线性误差修正后得到的输出拟合直线，直线21的斜率为k1，倾角为α，纵截距为b1；直线22为所述标准ADC的理想拟合直线，即未受到外围运放电路带来的误差时所述标准ADC的理想输出拟合直线，直线22的斜率为k2，倾角为β，纵截距为b2；
步骤13.误差分析：通过所述标准ADC的输出拟合直线和所述标准ADC的理想拟合直线，即直线21和直线22，分析得出所述外围运放电路带来的误差，所述误差包括增益误差g和失调误差e。
本发明实施例中，ADC的增益表示为拟合直线的步长，即拟合直线的斜率；增益误差g即为拟合直线的斜率差；失调误差e指当增益误差为0且模拟输入为0时标准二进制码实际值与理想值的误差，因此失调误差与拟合直线的斜率及纵截距具有线性关系。
具体地，本发明实施例中，标准ADC的输出拟合直线21相对于标准ADC的理想拟合直线22的偏移是外围运放电路带来的增益误差g和失调误差e造成的，因此将直线21以旋转偏移的方式与直线22重合：先将直线21的倾角α转换成β，将纵截距b1转换为b2；则可得到增益误差g、失调误差e与直线21和直线22的关系如下：
(k1·x+b1)·g+e＝k2·x+b2
从而得出所述外围运放电路引入的增益误差g和失调误差e：
步骤14.补偿测试：将分析得出的所述增益误差g和失调误差e补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中，即可得出所述待测ADC在排除外围运放电路带来的误差后输出的真实波形，即所述待测ADC的真实波形。利用所述待测ADC的真实波形测试所述待测ADC的参数，可以真实准确地反映所述待测ADC的性能。
可选地，所述待测ADC的参数包括INL(Integral nonlinearity，积分非线性)、DNL(Differential Nonlinearity，差分非线性)、PGE(Positive Gain Error，正增益误差)、NGE(Negative Gain Error，负增益误差)和OFE(Offset Error，失调误差)。
可选地，所述将增益误差和失调误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线的方法为：若误差补偿前的待测ADC输出拟合直线为y＝k3·x+b3，则补偿后的所述待测ADC的输出拟合直线为y＝k3·g·x+b3+e，该拟合直线即所述待测ADC在排除外围运放电路带来的误差后输出的真实波形，即：将待测ADC输出拟合直线的斜率与所述增益误差的乘积作为所述真实波形的斜率，将待测ADC输出拟合直线的纵截距与所述失调误差的和作为所述真实波形的纵截距，从而得到所述待测ADC的真实波形。
可选地，所述利用所述待测ADC的真实波形测试所述待测ADC的参数实施为：采用点击率算法处理得出所述待测ADC的参数。
从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种广域ADC误差修正测试方法通过采用标准ADC分析得出外围运放电路带来的误差并对待测ADC进行误差补偿，从而能够消除外围运放电路误差给待测ADC带来的影响，能够准确反映待测ADC的真实性能，为之后进行更为准确的ADC测试提供条件，实现广域ADC的误差修正测试；同时，当信号源或外围电路或待测ADC变化时，使用者无需重新计算，能够方便地对不同待测ADC进行误差修正测试。
本发明的另一方面，还提供一种广域ADC误差修正测试装置，如图3所示，为本发明实施例提供的一种广域ADC误差修正测试装置示意图，包括：
驱动模块111：所述驱动模块用于同步驱动待测ADC与标准ADC，使所述待测ADC及所述标准ADC进行模数转换，包括信号源模块和用于提供足够的驱动能力的外围电路；
可选地，所述信号源模块实施为信号源或外部信号源连接端口，当实施为外部信号源连接端口时，设备内部无需设置信号源，可直接与外部信号源连接；
具体地，所述外围电路设置为外围运放电路；
可选地，所述信号源模块或外部信号源采用高精度信号源，确保测量的准确性，具体地，所述高精度信号源为24位以上的信号源；
可选地，所述标准ADC采用高精度ADC，确保外围电路误差修正的准确性，具体地，所述高精度ADC为24位以上的ADC；
可选地，所述信号源模块、所述外围运放电路电路及所述标准ADC可根据待测ADC的需求进行更换或进行调节设置，以满足不同规格的待测ADC的负载驱动需求及测量精度需求。
采集转换模块112：用于分别采集经所述待测ADC和所述标准ADC的模数转换后的输出结果，并将所述输出结果进行高精度的数模转换，得到所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线；
线性修正模块113：用于对所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线进行线性误差修正；所述线性误差修正实施为：剔除所述待测ADC和所述标准ADC的输出中误差较大或失真的数据；
误差分析模块114：利用所述标准ADC的输出拟合直线及所述标准ADC的理想拟合直线，分析得出所述外围运放电路带来的误差，所述误差包括增益误差g和失调误差e；具体地：
误差补偿模块115：将分析得出的所述外围运放电路带来的误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中，从而得到所述待测ADC在排除外围运放电路的误差后的真实输出波形。
可选地，所述将外围运放电路带来的误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线的方法为：若误差补偿前的待测ADC输出拟合直线为y＝k3·x+b3，则补偿后的所述待测ADC的输出拟合直线为y＝k3·g·x+b3+e，其中g和e分别为所述误差分析模块获得的增益误差和失调误差，该拟合直线即所述待测ADC在排除外围运放电路带来的误差后输出的真实波形，即：将待测ADC输出拟合直线的斜率与所述增益误差的乘积作为所述待测ADC真实波形的斜率，将待测ADC输出拟合直线的纵截距与所述失调误差的和作为所述待测ADC真实波形的纵截距，从而得到所述待测ADC的真实波形。
测试模块116：利用所述待测ADC的真实输出波形，测定所述待测ADC的参数。
可选地，所述待测ADC的参数包括INL(Integral nonlinearity，积分非线性)、DNL(Differential Nonlinearity，差分非线性)、PGE(Positive Gain Error，正增益误差)、NGE(Negative Gain Error，负增益误差)和OFE(Offset Error，失调误差)。
从上面所述可以看出，本发明实施例提供的一种广域ADC误差修正测试装置结构精简，适用范围广，可通过调整信号源及外围电路的方式实现多种ADC的驱动及误差修正测试；通过采用标准ADC分析得出外围运放电路带来的误差并对待测ADC进行误差补偿，从而能够消除外围运放电路误差给待测ADC带来的影响，能够准确反映待测ADC的真实性能，并进行更为准确的ADC参数测试，实现广域ADC的误差修正测试；同时，当信号源或外围电路或待测ADC变化时，使用者无需重新计算，能够方便地对不同待测ADC进行误差修正测试。
如图4所示，为采用本发明实施提供的一种广域ADC误差修正测试方法及装置对待测ADC进行误差修正测试与常规测试的结果对比示意图，本发明实施例中，选用AD7863ARZ-10作为待测ADC，其参数范围如图4中表格第一行所示，可以看出误差修正前后的测量值差别非常明显：误差修正前测试，即常规测试的结果明显不符合实际，其中一些参数的测量值的参数，如：INL、PGE和NGE，甚至超出了理论限值的范围，这样测量得出的参数必然不能准确反映待测ADC的性能；而采用本发明提供的误差修正测试方法及装置进行误差修正后测量得出的参数全部处于理论限值的合理范围内，相比于常规测试的测量结果有明显改观；
同时，由于包含运算放大器的外围电路给系统带来的误差主要是增益误差，对失调误差的影响微乎其微，而在误差修正前后的测试结果中，INL、DNL和OFE的相差不大，PGE和NGE在误差修正前后有较大幅度的变化，因此，可以看出本发明提供的一种广域ADC误差修正测试方法及装置能够有效排除外围电路对待测ADC的增益误差影响，真实反映待测ADC的参数，实现对待测ADC的准确测量。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种广域ADC误差修正测试方法，其特征在于，包括：
采用同一信号源通过同一组外围运放电路同步驱动待测ADC与标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换；
分别采集所述待测ADC和所述标准ADC的数字输出，并对所述数字输出进行数模转化和线性误差修正，获得所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线；
通过所述标准ADC的输出拟合直线和所述标准ADC的理想拟合直线，分析得出所述外围运放电路带来的误差；
将所述误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中，获得所述待测ADC的真实波形，并利用所述待测ADC的真实波形测试所述待测ADC的参数。
2.根据权利要求1所述的误差修正测试方法，其特征在于，所述采用同一信号源通过同一组外围运放电路同步驱动待测ADC与标准ADC替换为：
采用同一信号源通过两组完全相同的外围运放电路分别驱动待测ADC和标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换；或者，
采用两个完全相同的信号源通过两组完全相同的外围运放电路分别同步驱动待测ADC和标准ADC，使得所述待测ADC和所述标准ADC同时进行模数转换。
3.根据权利要求1所述的误差修正测试方法，其特征在于，所述分析得出所述外围运放电路带来的误差包括：通过所述标准ADC的输出拟合直线的斜率k1、纵截距b1和所述标准ADC的理想拟合直线的斜率k2、纵截距b2，得出所述外围电路带来的增益误差g和失调误差e，其中：
4.根据权利要求1所述的误差修正测试方法，其特征在于，所述将所述误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中包括：将待测ADC输出拟合直线的斜率与所述增益误差的乘积作为所述真实波形的斜率，将待测ADC输出拟合直线的纵截距与所述失调误差的和作为所述真实波形的纵截距，从而得到所述待测ADC的真实波形。
5.根据权利要求1所述的误差修正测试方法，其特征在于，所述信号源采用24位以上的信号源；所述标准ADC采用24位以上的ADC。
6.一种广域ADC误差修正测试装置，其特征在于，包括：
驱动模块，用于同步驱动待测ADC与标准ADC，使所述待测ADC及所述标准ADC进行模数转换；
采集转换模块，用于分别采集经所述待测ADC和所述标准ADC的模数转换后的输出结果，并将所述输出结果进行高精度的数模转换，得到所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线；
线性修正模块，用于对所述待测ADC和所述标准ADC的输出拟合直线进行线性误差修正；
误差分析模块，用于利用所述标准ADC的输出拟合直线及所述标准ADC的理想拟合直线，得出所述外围运放电路带来的误差；
误差补偿模块，用于将分析得出的所述外围运放电路带来的误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中，得到所述待测ADC在排除外围运放电路的误差后的真实输出波形；以及
测试模块，用于利用所述待测ADC的真实输出波形，测定所述待测ADC的参数。
7.根据权利要求6所述的误差修正测试装置，其特征在于，所述驱动模块包括信号源模块和外围电路。
8.根据权利要求7所述的误差修正测试装置，其特征在于，所述信号源模块设置为信号源或外部信号源连接端口，所述信号源或外部信号源采用24位以上的信号源，所述标准ADC采用24位以上的ADC。
9.根据权利要求6所述的误差修正测试装置，其特征在于，所述误差分析模块得出所述外围运放电路带来的误差包括：通过所述标准ADC的输出拟合直线的斜率k1、纵截距b1和所述标准ADC的理想拟合直线的斜率k2、纵截距b2，得出所述外围电路带来的增益误差g和失调误差e，其中：
10.根据权利要求6所述的误差修正测试装置，其特征在于，所述误差补偿模块将所述误差补偿至所述待测ADC的输出拟合直线中包括：将待测ADC输出拟合直线的斜率与所述增益误差的乘积作为所真实输出波形的斜率，将待测ADC输出拟合直线的纵截距与所述失调误差的和作为所述真实输出波形的纵截距，从而得到所述待测ADC的真实输出波形。
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