CN109672447A - 高精度模数转化器的积分非线性参数测试方法 - Google Patents

Abstract

高精度模数转化器的积分非线性参数测试方法，涉及模拟集成电路测试领域，本发明包括以下步骤：(1)初始化高精度模数转换器工作状态；(2)测量模数转换器的基准参考值VREF；(3)测量模数转换器最小码到次最小码翻转时对应的电压值Voltage_neg；(4)测量模数转换器最大码到次最大码翻转时对应的电压值Voltage_pos，并计算实际的最小有效位LSB；(5)计算模数转换器理想输出码Code_ideal_(N)：(6)计算模数转换器每个码的积分非线性参数INL。本发明可以显著缩短测试时间，从而节省测试成本。

Description

高精度模数转化器的积分非线性参数测试方法

技术领域

本发明涉及模拟集成电路测试领域。

背景技术

在现代数据采集中，模数转换器(ADC)的转换精度对测量系统的性能有着决定性的影响。对更高转换精度的需求促使传统的逐次逼近寄存器转变至分辨率高的△Σ型ADC。积分非线性(INL)经常被用来表征模数转换器的绝对精度的特性。传统ATE(自动化测试机)测试评估模数转换器的积分非线性采用Ramp Histogram(斜坡柱状图)方法或者Sinusoidal Histogram(正弦柱状图)方法，对信号源的质量要求很高，特别是待测模数转换器精度超过24位，传统测试方法所需的高精度信号源是很难产生的；并且传统测试方法需对模数转换器的所有转换码进行测试后再评估积分非线性的性能，测试灵活性差，测试成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提出一种测试方法，能够准确、高效地测试出高精度模数转换器积分非线性参数。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，高精度模数转化器的积分非线性参数测试方法，特征在于，包括以下步骤：

(1)初始化高精度模数转换器工作状态；

(2)测量模数转换器的基准参考值VREF；

(3)测量模数转换器最小码到次最小码翻转时对应的电压值Voltage_neg；

(4)测量模数转换器最大码到次最大码翻转时对应的电压值Voltage_pos，并通过下面公式计算实际的最小有效位LSB：

(5)根据测试目标计算测试码数和模拟输入信号电压值，ATE产生电压信号作为模数转换器的输入信号，并测量每个输入信号电压值Voltage_cal_(N)，采集模数转换器的输出码Code_actual_(N)，利用下面公式计算模数转换器理想输出码Code_ideal_(N)：

(6)利用下面公式计算模数转换器每个码的积分非线性参数INL：

INL_(N)＝Code_actual_(N)-Code_ideal_(N)。

本发明的有益效果为，实现对高精度模数转换器积分非线性的自动化测试，准确测试出高精度模数转换器真实性能。本发明具有良好的普适性，适用于所有高精度模数转换器类芯片的测试，已实现AD7710，AD7738，AD7734等多款模数转换器量产测试。特别适用于大规模量测模数转换器(精度在24位及以上)，本发明可以显著缩短测试时间，从而节省测试成本。

附图说明

图1是技术方案实施平台架构示意图。

图2是模数转化器外围示意图。

图3是芯片测试流程示意图。

具体实施方式

实施平台如图1所示，包括ATE、PC电脑、GPIB通讯卡、高精度8位半万用表，模数转换器(ADC)，测试板，差分电缆。本发明包括以下步骤：

(1)ATE(自动化测试机)初始化高精度模数转换器工作状态；

(2)通过高精度万用表测试模数转换器的基准参考值(VREF)；

(3)测试模数转换器最小码到次最小码翻转时对应的电压值Voltage_neg；

(4)测试模数转换器最大码到次最大码翻转时对应的电压值Voltage_pos，通过下面公式计算实际的最小有效位(LSB)：

(5)根据测试目标计算测试码数、模拟输入信号电压值，ATE产生电压信号作为模数转换器的输入信号，并通过高精度万用表测量每个输入信号电压值得到Voltage_cal_(N)，自动化测试机采集模数转换器的输出码Code_actual_(N)，利用下面公式计算模数转换器理想输出码Code_ideal_(N)：

(6)利用下面公式计算模数转换器每个码的积分非线性参数INL：

INL_(N)＝Code_actual_(N)-Code_ideal_(N) (3)

如图1所示，ATE的模拟信号源为ADC提供模拟电压信号，ATE通过数字通道读取ADC转换输出结果，把ADC转换结果传输到PC进行计算；PC通过GPIB协议对万用表进行读写控制操作；万用表通过同轴电缆线连接ADC的模拟输入端，对ADC模拟输入的电压信号进行测量校准。

使ADC工作在正常工作状态，外围电路如图2所示，具体实施步骤如图3所示。首先通过万用表测量基准参考值，然后测试ADC最小码到次最小码翻转时对应的电压值，具体实现：模拟负向端接测试板参考地，ADC模拟正向端输入一个比最小码对应的电压值略小的电压，观测转换结果，持续增加模拟正向端的电压直至ADC的转换输出结果由最小码变为次最小码，通过万用表测量此时的ADC模拟输入电压值；同样方法测试ADC最大码到次最大码翻转时对应的电压值。然后通过公式1，计算出实际的LSB。接着计算测试码数M：根据芯片的积分非线性指标INL_MAX(如果单位是％FSR转化成单位LSB)算出有效BIT位数(模数转化器BIT数减去损失BIT位数(log₂INL_MAX向上取整))，则测试码数M为2^{有效BIT位数+1}，通过公式 得到输入电压值。为ADC输入第一个电压值，采集ADC的输出结果，通过万用表测量ADC模拟输入电压；重复以上测试M次，得到M组ADC输出结果和万用表测量校准值，利用公式2和公式3计算出M组INL值，取出其中绝对值最大的值作为测试结果。

实施例

测试一款24位△Σ型ADC，其电气特征：电源电压5V，参考电压2.5V，模拟输入为差分输入，输入范围±2.5V，数字输出格式为普通二进制，积分非线性的理论值±0.0015％FSR。测试需求是高16位，测试点数为65536。具体实施步骤如图3所示，首先通过万用表测试模数转换器基准的参考值等于2.499887V；测试ADC最小码到次最小码翻转时对应的电压值-2.50002283V；测试ADC最大码到次最大码翻转时对应的电压值2.49990341V；通过公式1计算出实际的LSB＝2.98114427E-07V；然后给ADC模拟正向端输入通过计算得到第一个电压值，采集模数转换器的输出结果，得到Code_actual₍₁₎，通过万用表测量此时的ADC模拟正向端的电压值作为Voltage_cal₍₁₎，重复测试65536次，得到65536组ADC输出结果和万用表测量值；利用公式2和公式3计算出65536组INL值，取出其中绝对值最大的值作为INL测试结果等于-111.17(单位LSB)，转换为％FSR单位后测试结果为0.00001259，测试结果在理论值±0.0015％FSR范围内。

Claims (1)

1.高精度模数转化器的积分非线性参数测试方法，特征在于，包括以下步骤：

(1)初始化高精度模数转换器工作状态；

(2)测量模数转换器的基准参考值VREF；

(3)测量模数转换器最小码到次最小码翻转时对应的电压值Voltage_neg；

(4)测量模数转换器最大码到次最大码翻转时对应的电压值Voltage_pos，并通过下面公式计算实际的最小有效位LSB：

(5)根据测试目标计算测试码数和模拟输入信号电压值，ATE产生电压信号作为模数转换器的输入信号，并测量每个输入信号电压值Voltage_cal_(N)，采集模数转换器的输出码Code_actual_(N)，利用下面公式计算模数转换器理想输出码Code_ideal_(N)：

(6)利用下面公式计算模数转换器每个码的积分非线性参数INL：

INL_(N)＝Code_actual_(N)-Code_ideal_(N)。