CN115001495B - 数模转换器的测试方法及系统 - Google Patents

数模转换器的测试方法及系统 Download PDF

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CN115001495B CN202210680789.4A CN202210680789A CN115001495B CN 115001495 B CN115001495 B CN 115001495B CN 202210680789 A CN202210680789 A CN 202210680789A CN 115001495 B CN115001495 B CN 115001495B
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Abstract

本申请提供数模转换器的测试方法及系统。所述方法包括：控制被测数模转换器发出第一正弦波信号，并获取第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；控制测试设备的信号源生成第二正弦波信号，第二正弦波信号的频率和幅度与第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与第一正弦波信号的基波的相位相反；将第一正弦波信号和第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；将叠加信号放大到测试设备的量程范围，并利用测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列；基于谐波序列和噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。本申请可准确测量被测数模转换器的动态参数，达到使用低精度测试设备测试高精度数模转换器的目的。

Description

数模转换器的测试方法及系统
技术领域
本申请涉及电子电路领域，特别是涉及数模转换器技术领域。
背景技术
数模转换器（Digital-To-Analog Converter， DAC）是将数字编码（通常为2进制）转换为模拟信号（例如电流，电压等），是应用在众多领域的芯片的关键部分，如手机基带处理芯片，数字电视处理芯片，雷达及通信芯片等。由于半导体技术的迅猛发展，集成于SOC（System-On-a-Chip）芯片内部的DAC的分辨率与采样速率在持续提升。目前世界上最先进的高精度DAC的分辨率可达24bits，采样率为192Ksps；而高速高精度DAC的分辨率可达16位，采样速率可达12GSPS。DAC制造出来后，需要对其进行功能与性能测试，判断是好片还是坏片。在保证测试精度基础上的测试成本是其整个数模转换芯片成本的重要组成部分。通常，数模转换器会在昂贵的混合信号自动测试机台上进行测试。
这种传统的DAC量产测试方式，有如下缺点：第一，测试成本昂贵。由于DAC自身性能不断提升，与之对应的混合信号自动测试设备ATE（Automatic Test Equipment）的性能指标也要不断提升，每隔一段时间就需要更新换代，给测试厂带来固定投资的压力，这边成本也转嫁到芯片的测试成本中，导致整个芯片成本的提升；第二，测试精度受限。即使已经使用了昂贵的混合信号ATE设备，但由于被测DAC自身性能不断提升，测试设备的更新速度远远赶不上DAC芯片本身的性能更新速度。最新最先进的测试设备，也必然是使用前几代的成熟的模数转换芯片（ADC），因此在采样率或有效位数上都比被测DAC芯片要低。对世界最先进的高速高精度DAC芯片，在实际生产中，只能用更慢，更不精准的数模转换器ADC在其中的高速数字化仪来进行测试，因此被测芯片与测试设备之间存在性能不匹配问题，用常规测试方法无法解决。
因此如何降低数模转换器（ADC）的测试成本，提高数模转换器（ADC）的测试精度已成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请提供了数模转换器的测试方法及系统，用于解决现有技术中被测数模转换器与测试设备之间存在性能不匹配的技术问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种数模转换器的测试方法，包括：控制被测数模转换器发出第一正弦波信号，并获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；控制测试设备的信号源生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反；将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；将所述叠加信号放大到所述测试设备的量程范围，并利用所述测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列；基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。
于本申请一实施例中，获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位包括：对所述第一正弦波信号进行快速傅里叶变换，得到频谱波形；搜索所述频谱波形中幅度最高的输出码和幅度次高的输出码；获取所述幅度最高的输出码和所述幅度次高的输出码的码差值和输出码；基于所述码差值和所述输出码获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位。
于本申请一实施例中，采用汉宁窗对所述第一正弦波信号进行快速傅里叶变换，得到频谱波形。
于本申请一实施例中，所述第一正弦波信号经量测得到的基波的频率为：
Figure 11941DEST_PATH_IMAGE001
所述第一正弦波信号经量测得到的基波的幅度为：
Figure 562440DEST_PATH_IMAGE002
；所述第一正弦波信号经量测得到的基波的相位为：
Figure 199089DEST_PATH_IMAGE003
；其中：
Figure 197132DEST_PATH_IMAGE004
为第一正弦波信号经量测得到的基波的 幅度，
Figure 829102DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 418346DEST_PATH_IMAGE006
为第一正弦波信号基波频率点两边紧邻频 域谱线中幅度较高的谱线的幅度，
Figure 8203DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 950882DEST_PATH_IMAGE008
为幅度最 高的输出码，
Figure 640621DEST_PATH_IMAGE009
为幅度次高的输出码，
Figure 400766DEST_PATH_IMAGE010
为输出码，
Figure 608412DEST_PATH_IMAGE011
为第一正弦波信号经量测得 到的基波的频率，
Figure 541733DEST_PATH_IMAGE012
为频率分辨率，
Figure 617137DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 813763DEST_PATH_IMAGE014
为采样总时长，
Figure 505775DEST_PATH_IMAGE015
为输出码，
Figure 180470DEST_PATH_IMAGE016
为 第一正弦波信号的基波的频域谱线幅度，
Figure 313642DEST_PATH_IMAGE017
为码差值，
Figure 943819DEST_PATH_IMAGE018
为第一正弦波信号经量测得到 的基波的相位。
于本申请一实施例中，所述第一正弦波信号为：
Figure 670598DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，
Figure 821088DEST_PATH_IMAGE020
为第一正弦波信号的幅度，
Figure 402242DEST_PATH_IMAGE021
为第一正弦波信号的频率，
Figure 627423DEST_PATH_IMAGE022
为正弦波信 号相位；
Figure 434973DEST_PATH_IMAGE023
为被测数模转换器的自身非线性造成的谐波，
Figure 857995DEST_PATH_IMAGE024
为被测数模转换器自身非线 性造成的噪声，
Figure 493988DEST_PATH_IMAGE025
为时间；
所述第二正弦波信号为：
Figure 203318DEST_PATH_IMAGE026
；
其中，
Figure 357219DEST_PATH_IMAGE027
为第二正弦波信号的幅度，也即第一正弦波信号经量测得到的幅度，
Figure 849512DEST_PATH_IMAGE028
为第二正弦波信号的频率，也即第一正弦波信号经量测得到的幅度，
Figure 139679DEST_PATH_IMAGE029
为第二正弦波 信号相位，
Figure 19910DEST_PATH_IMAGE030
也即第一正弦波信号经量测得到的相位，
Figure 395528DEST_PATH_IMAGE025
为时间。
于本申请一实施例中，形成的所述叠加信号为：
Figure 491178DEST_PATH_IMAGE031
；
其中：
Figure 167010DEST_PATH_IMAGE032
为谐波序列，
Figure 686984DEST_PATH_IMAGE032
通过谐波序列的功率
Figure 346636DEST_PATH_IMAGE033
表示，
Figure 243048DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 507807DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 729841DEST_PATH_IMAGE036
为谐波的阶数，
Figure 749225DEST_PATH_IMAGE037
为谐波在第一正弦 波信号频谱中的最大阶数，
Figure 449328DEST_PATH_IMAGE038
为在第一正弦波信号频谱中第
Figure 568593DEST_PATH_IMAGE036
阶谐波的幅 度；
Figure 961529DEST_PATH_IMAGE039
为噪声序列，
Figure 799035DEST_PATH_IMAGE039
通过噪声序列的功率
Figure 37249DEST_PATH_IMAGE040
表示，
Figure 807759DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 106016DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 422029DEST_PATH_IMAGE036
为噪声在第一正弦波信号频谱中的频点，
Figure 463935DEST_PATH_IMAGE043
为第一正弦波信号被采样时的采样点数，
Figure 557793DEST_PATH_IMAGE044
为在第一正弦波信号频谱中第
Figure 964634DEST_PATH_IMAGE036
根噪声谱线的幅度。
于本申请一实施例中，所述被测数模转换器的动态参数包括信噪比和/或总谐波失真；
所述信噪比的计算方式为
Figure 42312DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 153487DEST_PATH_IMAGE046
为信噪比，
Figure 836272DEST_PATH_IMAGE047
为第一正弦 波信号的基波的幅度，
Figure 411086DEST_PATH_IMAGE048
为噪声序列，
Figure 444901DEST_PATH_IMAGE049
为噪声序列的功率；
所述总谐波失真计算方式为：
Figure 828609DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 897059DEST_PATH_IMAGE051
为总谐波失真，
Figure 973599DEST_PATH_IMAGE052
为 第一正弦波信号的基波的幅度，
Figure 494711DEST_PATH_IMAGE053
为谐波序列，
Figure 682109DEST_PATH_IMAGE054
为谐波序列的功率。
为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种数模转换器的测试系统，包括：被测数模转换器，测试设备，加法器以及放大器；所述测试设备包括信号输入模块、信号处理模块以及信号源；其中：所述测试设备的信号控制模块与所述被测数模转换器相连，控制所述被测数模转换器发出第一正弦波信号，所述信号处理模块获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；所述测试设备的信号源生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反；所述加法器分别与所述被测数模转换器、所述信号源相连，将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；所述放大器与所述加法器相连，将所述叠加信号放大到所述测试设备的量程范围；所述测试设备的信号处理模块利用所述测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列，并基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。
于本申请一实施例中，所述加法器和所述信号源之间设有第一开关，用于在获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位过程中，断开所述信号源和所述加法器的连接。
于本申请一实施例中，所述放大器的两端连接有第一选择开关和第二选择开关；所述第一选择开关和第二选择开关在需要所述放大器对所述叠加信号放大时，控制所述放大器的一端与所述加法器相连，另一端与所述测试设备的信号处理模块相连；所述第一选择开关和第二选择开关在不需要所述放大器对所述叠加信号放大时，控制所述加法器与所述测试设备的信号处理模块相连。
如上所述，本申请的数模转换器的测试方法及系统，具有以下有益效果：
本申请通过测出被测数模转换器发出正弦波信号的基波的三个主要参数（频率，幅度，相位），然后使用测试设备的信号源发出一个与被测数模转换器发出的正弦波基波同频同幅且反相的信号，并与被测数模转换器发出的信号进行叠加，生成的信号中自然消除了幅度最大的基波信号，只剩余谐波信号与噪声信号，因此幅度大为降低，将其放大到满量程，再输入到低精度测试设备中，即可准确测量被测数模转换器的动态参数，从而达到使用低精度测试设备测试高精度被测数模转换器的目的，避免最先进数模转换器芯片与测试设备之间的代差，降低了对测试设备的需求，节省了测试成本，有效解决了现有技术中被测数模转换器与测试设备之间存在性能不匹配的技术问题。
附图说明
图1示出了本申请一实施例中的数模转换器的测试方法的流程图。
图2示出了本申请一实施例中的数模转换器的测试方法中获取第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位的流程图。
图3示出了本申请一实施例中的数模转换器的测试系统的原理结构框图。
元件标号说明：
100-数模转换器的测试系统；
110-被测数模转换器；
120-测试设备；
121-信号输入模块；
122-信号源；
123-信号处理模块；
130-加法器；
140-放大器；
S100~S500 步骤；
S110~S140 步骤。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，遂图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目，形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态，数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提供一种数模转换器的测试方法及系统，用于解决现有技术中数模转换器测试成本高，测试精度低的技术问题。
以下将详细阐述本实施例的数模转换器的测试方法及系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的数模转换器的测试方法及系统。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种数模转换器的测试方法，包括：
步骤S100，控制被测数模转换器发出第一正弦波信号，并获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；
步骤S200，控制测试设备的信号源生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反；
步骤S300，将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；
步骤S400，将所述叠加信号放大到所述测试设备的量程范围，并利用所述测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列；
步骤S500，基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。
本实施例中数模转换器的测试方法的测量原理如下：
高精度的被测数模转换器发出的正弦波直接由低精度测试设备来测试，测试设备一般满足不了所需动态范围要求，但可先测出被测数模转换器发出正弦波信号的基波的三个主要参数：频率，幅度，相位，然后使用测试设备的信号源发出一个与被测数模转换器发出的正弦波基波同频同幅且反相的信号（可通过抗混叠滤波器提高频谱纯度），并与被测数模转换器发出的信号进行叠加，生成的信号中自然消除了幅度最大的基波信号，只剩余谐波信号与噪声信号，因此幅度大为降低，再将其放大到满量程，输入到低精度测试设备中，即可准确量测和计算谐波与噪声能量。本实施例中数模转换器的测试方法等效于将测试设备的动态范围增加几十个dB（对数分贝），因此可准确测试信噪比（SNR），总谐波失真（THD），无杂散动态范围（SFDR）等被测数模转换器的关键动态参数，从而达到使用低精度测试设备测试高精度被测数模转换器的目的。
以下对本实施例中数模转换器的测试方法的上述步骤S100至步骤S500进行具体说明。
步骤S100，控制被测数模转换器发出第一正弦波信号，并获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位。
于本实施例中，所述第一正弦波信号表示为：所述第一正弦波信号为：
Figure 607996DEST_PATH_IMAGE019
；其中，
Figure 855437DEST_PATH_IMAGE020
为第一正弦波信号的幅度，
Figure 191741DEST_PATH_IMAGE021
为第一正 弦波信号的频率，
Figure 854934DEST_PATH_IMAGE022
为正弦波信号相位；
Figure 632398DEST_PATH_IMAGE023
为被测数模转换器的自身非线性造成的谐波，
Figure 50741DEST_PATH_IMAGE024
为被测数模转换器自身非线性造成的噪声，
Figure 280865DEST_PATH_IMAGE025
为时间。
高精度的被测数模转换器发出的正弦波信号经相干采样之后，进行数据处理，可精确得到被测数模转换器发出的正弦波的幅度，频率与相位。
图2示出了本实施例中的数模转换器的测试方法中获取第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位的流程图。具体地，于本实施例中，如图2所示，获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位包括：
步骤S110，对所述第一正弦波信号进行快速傅里叶变换，得到频谱波形。
其中，于本实施例中，采用汉宁窗对所述第一正弦波信号进行快速傅里叶变换，得到频谱波形。
步骤S120，搜索所述频谱波形中幅度最高的输出码和幅度次高的输出码。
其中，本实施例中，对数模转换器输出的频谱波形进行数据处理，频谱波形的横坐 标Code Bin（输出码）表示为数模转换器的输出波形的频谱分量按频率大小由低到高排列， 横坐标的范围由数字化仪的采样点数决定（例如分辨率为10位的数模转换器，如果采样点 数为4096点，则横坐标频谱覆盖范围为0~2047；如果采样点数为8192，则横坐标频谱覆盖范 围为0~4095），相邻两根Code Bin之间的间隔表示为频率分辨率（例如分辨率为10位的数模 转换器，如果采样点数为4096点，采样时间总计为1秒，则频率分辨率为：
Figure 75645DEST_PATH_IMAGE055
；如果采样点数为8192点，采样时间总计为1秒，则频率分辨率为
Figure 704685DEST_PATH_IMAGE056
。频谱波形的纵坐标表示为各频谱分量的幅度大小，单位为伏特V。
本实施例中，搜索频谱波形中的幅度最高的输出码（Coad Bin）
Figure 293930DEST_PATH_IMAGE008
和幅度第二 高的输出码（Coad Bin）
Figure 276929DEST_PATH_IMAGE006
，即从频谱波形（数字信号）的柱状图中可以获得数模转 换器模块的输出码，并获取频谱波形中的幅度最高的输出码（Coad Bin）
Figure 609822DEST_PATH_IMAGE008
和幅度第二 高的输出码（Coad Bin）
Figure 96298DEST_PATH_IMAGE006
。
步骤S130，获取所述幅度最高的输出码和所述幅度次高的输出码的码差值和输出码。
其中，输出码为
Figure 449919DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 326739DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 525639DEST_PATH_IMAGE008
为幅度最高的 输出码，
Figure 132201DEST_PATH_IMAGE006
为幅度次高的输出码，
Figure 15579DEST_PATH_IMAGE017
为幅度最高的输出码与幅度次高的输出码的 码差值。
其中，所述幅度最高的输出码和所述幅度次高的输出码的码差值为
Figure 442013DEST_PATH_IMAGE017
：
Figure 382287DEST_PATH_IMAGE005
；
Figure 843355DEST_PATH_IMAGE006
为第一正弦波信号基波频率点两边紧邻频 域谱线中幅度较高的谱线的幅度，
Figure 945303DEST_PATH_IMAGE008
为第一正弦波信号的基波的频域谱线幅度。
步骤S140，基于所述码差值和所述输出码获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位。
具体地，于本实施例中，基于所述码差值和所述输出码获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位如下：
所述第一正弦波信号经量测得到的基波的频率为：
Figure 859033DEST_PATH_IMAGE001
所述第一正弦 波信号经量测得到的基波的幅度为：
Figure 337419DEST_PATH_IMAGE002
；所述第一正弦 波信号经量测得到的基波的相位为：
Figure 650064DEST_PATH_IMAGE003
；其中：
Figure 188492DEST_PATH_IMAGE004
为第 一正弦波信号经量测得到的基波的幅度，
Figure 589518DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 871595DEST_PATH_IMAGE006
为第一 正弦波信号基波频率点两边紧邻频域谱线中幅度较高的谱线的幅度，
Figure 307255DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 751006DEST_PATH_IMAGE008
为幅度最高的输出码，
Figure 904907DEST_PATH_IMAGE009
为幅度次高的输出码，
Figure 725095DEST_PATH_IMAGE010
为输出码，
Figure 814930DEST_PATH_IMAGE011
为第一正弦波信号经量测得到的基波的频率，
Figure 632844DEST_PATH_IMAGE012
为 频率分辨率，
Figure 8462DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 632341DEST_PATH_IMAGE014
为采样总时长，
Figure 573752DEST_PATH_IMAGE016
为第一正弦波信号的基波的频域谱线幅 度，
Figure 359306DEST_PATH_IMAGE017
为码差值，
Figure 222220DEST_PATH_IMAGE018
为第一正弦波信号经量测得到的基波的相位。
步骤S200，控制测试设备的信号源生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反。
本实施例中，根据计算出来的
Figure 384211DEST_PATH_IMAGE011
、
Figure 318144DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 540178DEST_PATH_IMAGE018
设置测试设备的信号源发出与被测数 模转换器发出的第一正弦波的幅度，频率相同但相位相差180°的正弦波信号。
于本实施例中，所述测试设备的信号源生成的第二正弦波信号为：
Figure 624809DEST_PATH_IMAGE026
；
其中，
Figure 590491DEST_PATH_IMAGE027
为第二正弦波信号的幅度，也即第一正弦波信号经量测得到的幅度，
Figure 709756DEST_PATH_IMAGE028
为第二正弦波信号的频率，也即第一正弦波信号经量测得到的幅度，
Figure 102692DEST_PATH_IMAGE029
为第二正弦波 信号相位，
Figure 940198DEST_PATH_IMAGE030
也即第一正弦波信号经量测得到的相位，
Figure 169623DEST_PATH_IMAGE025
为时间。
步骤S300，将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号。
将信号源发出的第二正弦波信号与被测数模转换器发出的第一正弦波信号进行 相加，因为
Figure 143395DEST_PATH_IMAGE057
、
Figure 707232DEST_PATH_IMAGE058
、
Figure 766455DEST_PATH_IMAGE059
，因此得到的叠加信号
Figure 870677DEST_PATH_IMAGE060
为：
Figure 964535DEST_PATH_IMAGE061
，即
Figure 699273DEST_PATH_IMAGE031
。
由此可见，本实施例通过将信号源发出的第二正弦波信号与被测数模转换器发出的第一正弦波信号进行叠加，得到一个消除了信号基波且幅度大为缩小的叠加信号，即形成的叠加信号中自然消除了幅度最大的基波信号，只剩余谐波信号与噪声信号，因此幅度大为降低。
于本实施例中，形成的所述叠加信号为：
Figure 980212DEST_PATH_IMAGE031
；
其中：
Figure 494983DEST_PATH_IMAGE032
为谐波序列，
Figure 443347DEST_PATH_IMAGE032
通过谐波序列的功率
Figure 83407DEST_PATH_IMAGE033
表示，
Figure 117222DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 766509DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 631697DEST_PATH_IMAGE036
为谐波的阶数，
Figure 708238DEST_PATH_IMAGE037
为谐波在第一正弦 波信号频谱中的最大阶数，
Figure 966699DEST_PATH_IMAGE038
为在第一正弦波信号频谱中第
Figure 419677DEST_PATH_IMAGE036
阶谐波的幅 度；
Figure 342634DEST_PATH_IMAGE039
为噪声序列，
Figure 590076DEST_PATH_IMAGE039
通过噪声序列的功率
Figure 332904DEST_PATH_IMAGE040
表示，
Figure 58414DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 835877DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 254220DEST_PATH_IMAGE036
为噪声在第一正弦波信号频谱中的频点，
Figure 419098DEST_PATH_IMAGE043
为第一正弦波信号被采样时的采样点数，
Figure 948299DEST_PATH_IMAGE044
为在第一正弦波信号频谱中第
Figure 845848DEST_PATH_IMAGE036
根噪声谱线的幅度。
步骤S400，将所述叠加信号放大到所述测试设备的量程范围，并利用所述测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列。
叠加信号
Figure 435093DEST_PATH_IMAGE060
为被测数模转换器自身的非线性造成的谐波及噪声，其幅度比基波 幅度
Figure 480409DEST_PATH_IMAGE004
要小很多，一般在1%以下，此时需通过低噪声放大器，将其放大到数字化仪的满量 程的四分之一幅度以上，从而可准确的得到噪声与谐波的波形来进行后续分析。例如
Figure 813301DEST_PATH_IMAGE060
的 峰峰值幅度为2mV，数字化仪的满量程为2V，则可以通过低噪声放大器放大1000倍到2V，在 输入到数字化仪进行测量。
步骤S500，基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。
于本实施例中，所述被测数模转换器的动态参数包括信噪比和/或总谐波失真。
信噪比（Signal to Noise，
Figure 237461DEST_PATH_IMAGE062
）定义为基频信号与噪声的功率比。信号与噪声 必须在相同或等效的点上进行采样，且必须在处于相同的系统带宽下。如果信号与噪声均 通过相同的阻抗进行量测，信噪比
Figure 824755DEST_PATH_IMAGE046
可以通过计算信号幅度比值的平方来得到。由于信 号幅度比较宽，通常使用对数分贝方式表示
Figure 29471DEST_PATH_IMAGE046
。
总谐波失真（Total Harmonic Distortions，
Figure 900475DEST_PATH_IMAGE051
）被定义为所有谐波功率的和 与基频信号功率的比值
Figure 507037DEST_PATH_IMAGE063
常用于描述模拟系统的线性度与电源系统的功率质量。
假设将叠加信号放大Y倍，则对数字化仪测得的时域信号先除以Y，再进行FFT变换 （快速傅里叶变换），计算得到谐波序列为
Figure 703663DEST_PATH_IMAGE032
，噪声序列为
Figure 395675DEST_PATH_IMAGE039
。
具体地， 所述信噪比的计算方式为
Figure 867108DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 62597DEST_PATH_IMAGE046
为信噪比，
Figure 161616DEST_PATH_IMAGE047
为 第一正弦波信号的基波的幅度，
Figure 340924DEST_PATH_IMAGE048
为噪声序列，
Figure 819310DEST_PATH_IMAGE049
为噪声序列的功率；
所述总谐波失真计算方式为：
Figure 134885DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 673314DEST_PATH_IMAGE051
为总谐波失真，
Figure 74339DEST_PATH_IMAGE052
为 第一正弦波信号的基波的幅度，
Figure 356416DEST_PATH_IMAGE053
为谐波序列，
Figure 526497DEST_PATH_IMAGE054
为谐波序列的功率。
因为实际采样时，噪声和谐波的幅度被放大了Y倍，所以实际的信噪比SNR和总谐 波失真
Figure 910861DEST_PATH_IMAGE051
的动态范围被扩大了20logYdB。例如，放大1000倍，则动态范围被扩大了60dB； 放大500倍，则动态范围被扩大了54dB。所以本实施例的数模转换器的测试方法可以精确测 量高精度数模转换器的性能，避免最先进数模转换器与测试设备之间的代差，加快数模转 换器芯片的研发上市进度，并降低了测试设备需求，节省了测试成本 。
实施例2
如图3所示，本实施例提供一种数模转换器的测试系统100，图3示出了本实施例中的数模转换器的测试系统100的原理结构框图。所述数模转换器的测试系统100包括：被测数模转换器110，测试设备120，加法器130以及放大器140；所述测试设备120包括信号输入模块121、信号处理模块123以及信号源122。
其中：所述测试设备120的信号控制模块与所述被测数模转换器110相连，控制所述被测数模转换器110发出第一正弦波信号，所述信号处理模块123获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；所述测试设备120的信号源122生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反；所述加法器130分别与所述被测数模转换器110、所述信号源122相连，将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；所述放大器140与所述加法器130相连，将所述叠加信号放大到所述测试设备120的量程范围；所述测试设备120的信号处理模块123利用所述测试设备120对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列，并基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器110的动态参数。
其中，本实施例中，所述信号处理模块123例如但不限于数字化仪，所述信号输入模块121为数字管脚。
于本实施例中，所述加法器130和所述信号源122之间设有第一开关，用于在获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位过程中，断开所述信号源122和所述加法器130的连接。
所述加法器130与所述信号源122之间设有第一开关的原因在于：因为当进行到实施例1中步骤S100中获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位时，信号源122发出的第二正弦波信号不能接入加法器130，与加法器130形成通路。如果信号源122通过第一开关接到加法器130上，即使信号源122不发出信号，但是信号源122本身将作为通路上的负载，会造成阻抗不匹配的问题，从而导致被测数模转换器110发出的第一正弦波信号在传输时质量变差。
于本实施例中，所述放大器140优选但不限于低噪声放大器。
具体地，于本实施例中，所述放大器140的两端连接有第一选择开关和第二选择开关；所述第一选择开关和第二选择开关在需要所述放大器140对所述叠加信号放大时，控制所述放大器140的一端与所述加法器130相连，另一端与所述测试设备120的信号处理模块123相连；所述第一选择开关和第二选择开关在不需要所述放大器140对所述叠加信号放大时，控制所述加法器130与所述测试设备120的信号处理模块123相连。
于本实施例中，低噪声放大器只在需要该低噪声放大器对所述叠加信号放大时时才闭合前后两端的所述第一选择开关和第二选择开关，所述低噪声放大器的作用是放大信号，因为此时输入到低噪声放大器的信号是被测数模转换器110发出的第一正弦波信号的原始信号中去掉了基频信号后剩余的信号，信号幅度非常小，因此需要放大才可以被数字化仪准确的测量出来；如果不放大，则数字化仪的分辨率较低，无法细致准确的抓取到被测信号。例如第一正弦波信号的原始信号的峰峰值幅度为1V，剩余信号的峰峰值幅度为2mV，因此需要通过低噪声放大器，放大至少100倍到200mV，才能让数字化仪进行精确的测量。
本实施例的数模转换器的测试系统100的实现原理与实施例1中数模转换器的测试方法的事项原理相同，实施例间通用的技术特征在此不再赘述。
综上所述，本实施例通过测出被测数模转换器发出正弦波信号的基波的三个主要参数（频率，幅度，相位），然后使用测试设备的信号源发出一个与被测数模转换器发出的正弦波基波同频同幅且反相的信号，并与被测数模转换器发出的信号进行叠加，生成的信号中自然消除了幅度最大的基波信号，只剩余谐波信号与噪声信号，因此幅度大为降低，将其放大到满量程，再输入到低精度测试设备中，即可准确测量被测数模转换器的动态参数，从而达到使用低精度测试设备测试高精度被测数模转换器的目的，避免最先进数模转换器芯片与测试设备之间的代差，降低了对测试设备的需求，节省了测试成本，有效解决了现有技术中被测数模转换器与测试设备之间存在性能不匹配的技术问题。所以本实施例有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实施例的原理及其功效，而非用于限制本实施例。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实施例的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实施例所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实施例的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种数模转换器的测试方法，其特征在于，包括：
控制被测数模转换器发出第一正弦波信号，并获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；
控制测试设备的信号源生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反；
将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；
将所述叠加信号放大到所述测试设备的量程范围，并利用所述测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列；
基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。
2.根据权利要求1所述的数模转换器的测试方法，其特征在于：获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位包括：
对所述第一正弦波信号进行快速傅里叶变换，得到频谱波形；
搜索所述频谱波形中幅度最高的输出码和幅度次高的输出码；
获取所述幅度最高的输出码和所述幅度次高的输出码的码差值和输出码；
基于所述码差值和所述输出码获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位。
3.根据权利要求2所述的数模转换器的测试方法，其特征在于：采用汉宁窗对所述第一正弦波信号进行快速傅里叶变换，得到频谱波形。
4.根据权利要求1或2所述的数模转换器的测试方法，其特征在于：所述第一正弦波信 号经量测得到的基波的频率为
Figure 594372DEST_PATH_IMAGE001
；
所述第一正弦波信号经量测得到的基波的幅度为
Figure 121299DEST_PATH_IMAGE002
；
所述第一正弦波信号经量测得到的基波的相位为
Figure 166616DEST_PATH_IMAGE003
；
其中：
Figure 499508DEST_PATH_IMAGE004
为第一正弦波信号经量测得到的基波的幅度，
Figure 251563DEST_PATH_IMAGE005
，
Figure 680883DEST_PATH_IMAGE006
为第一正弦波信号基波频率点两边紧邻频域谱线中幅度较高的谱线的幅度，
Figure 620020DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 756604DEST_PATH_IMAGE008
为幅度最高的输出码，
Figure 363166DEST_PATH_IMAGE009
为幅度次 高的输出码，
Figure 294212DEST_PATH_IMAGE010
为输出码，
Figure 986225DEST_PATH_IMAGE011
为第一正弦波信号经量测得到的基波的频率，
Figure 457658DEST_PATH_IMAGE012
为频率分辨 率，
Figure 921656DEST_PATH_IMAGE013
，
Figure 23604DEST_PATH_IMAGE014
为采样总时长，
Figure 468492DEST_PATH_IMAGE015
为输出码，
Figure 415719DEST_PATH_IMAGE016
为第一正弦波信号的基波的频域谱线 幅度，
Figure 996873DEST_PATH_IMAGE017
为码差值，
Figure 269723DEST_PATH_IMAGE018
为第一正弦波信号经量测得到的基波的相位。
5.根据权利要求1所述的数模转换器的测试方法，其特征在于：所述第一正弦波信号为：
Figure 936327DEST_PATH_IMAGE019
；
其中，
Figure 952825DEST_PATH_IMAGE020
为第一正弦波信号的幅度，
Figure 385556DEST_PATH_IMAGE021
为第一正弦波信号的频率，
Figure 94886DEST_PATH_IMAGE022
为正弦波信号相 位；
Figure 983207DEST_PATH_IMAGE023
为被测数模转换器的自身非线性造成的谐波，
Figure 803396DEST_PATH_IMAGE024
为被测数模转换器自身非线性造 成的噪声，
Figure 359142DEST_PATH_IMAGE025
为时间；
所述第二正弦波信号为：
Figure 973794DEST_PATH_IMAGE026
；
其中，
Figure 349412DEST_PATH_IMAGE027
为第二正弦波信号的幅度，也即第一正弦波信号经量测得到的幅度，
Figure 394464DEST_PATH_IMAGE028
为第 二正弦波信号的频率，也即第一正弦波信号经量测得到的幅度，
Figure 539138DEST_PATH_IMAGE029
为第二正弦波信号 相位，
Figure 590270DEST_PATH_IMAGE030
也即第一正弦波信号经量测得到的相位，
Figure 453184DEST_PATH_IMAGE025
为时间。
6.根据权利要求1或4所述的数模转换器的测试方法，其特征在于：形成的所述叠加信 号为：
Figure 615175DEST_PATH_IMAGE031
；
其中：
Figure 614355DEST_PATH_IMAGE032
为谐波序列，
Figure 836389DEST_PATH_IMAGE032
通过谐波序列的功率
Figure 186599DEST_PATH_IMAGE033
表示，
Figure 149351DEST_PATH_IMAGE034
，
Figure 268617DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 661552DEST_PATH_IMAGE036
为谐波的阶数，
Figure 233479DEST_PATH_IMAGE037
为谐波在第一正弦 波信号频谱中的最大阶数，
Figure 737273DEST_PATH_IMAGE038
为在第一正弦波信号频谱中第
Figure 242203DEST_PATH_IMAGE036
阶谐波的幅 度；
Figure 274881DEST_PATH_IMAGE039
为噪声序列，
Figure 599684DEST_PATH_IMAGE039
通过噪声序列的功率
Figure 910098DEST_PATH_IMAGE040
表示，
Figure 738377DEST_PATH_IMAGE041
，
Figure 473114DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 19633DEST_PATH_IMAGE036
为噪声在第一正弦波信号频谱中的频点，
Figure 130809DEST_PATH_IMAGE043
为第一正弦波信号被采样时 的采样点数，
Figure 79173DEST_PATH_IMAGE044
为在第一正弦波信号频谱中第
Figure 984812DEST_PATH_IMAGE036
根噪声谱线的幅度。
7.根据权利要求6所述的数模转换器的测试方法，其特征在于：所述被测数模转换器的动态参数包括信噪比和/或总谐波失真；
所述信噪比的计算方式为
Figure 18627DEST_PATH_IMAGE045
，
Figure 664985DEST_PATH_IMAGE046
为信噪比，
Figure 467856DEST_PATH_IMAGE047
为第一正弦波信 号的基波的幅度，
Figure 544396DEST_PATH_IMAGE048
为噪声序列，
Figure 65507DEST_PATH_IMAGE049
为噪声序列的功率；
所述总谐波失真计算方式为：
Figure 252906DEST_PATH_IMAGE050
，
Figure 175863DEST_PATH_IMAGE051
为总谐波失真，
Figure 423305DEST_PATH_IMAGE052
为第一 正弦波信号的基波的幅度，
Figure 431712DEST_PATH_IMAGE053
为谐波序列，
Figure 210750DEST_PATH_IMAGE054
为谐波序列的功率。
8.一种数模转换器的测试系统，其特征在于：包括：被测数模转换器，测试设备，加法器以及放大器；所述测试设备包括信号输入模块、信号处理模块以及信号源；其中：
所述测试设备的信号控制模块与所述被测数模转换器相连，控制所述被测数模转换器发出第一正弦波信号，所述信号处理模块获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位；
所述测试设备的信号源生成第二正弦波信号，所述第二正弦波信号的频率和幅度与所述第一正弦波信号的基波的频率和幅度相等，相位与所述第一正弦波信号的基波的相位相反；
所述加法器分别与所述被测数模转换器、所述信号源相连，将所述第一正弦波信号和所述第二正弦波信号叠加，形成叠加信号；
所述放大器与所述加法器相连，将所述叠加信号放大到所述测试设备的量程范围；
所述测试设备的信号处理模块利用所述测试设备对放大后的叠加信号进行测试分析，得到谐波序列和噪声序列，并基于所述谐波序列和所述噪声序列计算获得所述被测数模转换器的动态参数。
9.根据权利要求8所述的数模转换器的测试系统，其特征在于：所述加法器和所述信号源之间设有第一开关，用于在获取所述第一正弦波信号的基波的频率、幅度以及相位过程中，断开所述信号源和所述加法器的连接。
10.根据权利要求8所述的数模转换器的测试系统，其特征在于：所述放大器的两端连接有第一选择开关和第二选择开关；所述第一选择开关和第二选择开关在需要所述放大器对所述叠加信号放大时，控制所述放大器的一端与所述加法器相连，另一端与所述测试设备的信号处理模块相连；所述第一选择开关和第二选择开关在不需要所述放大器对所述叠加信号放大时，控制所述加法器与所述测试设备的信号处理模块相连。
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