DE3201297A1

DE3201297A1 - Pruefverfahren fuer analog/digital-umsetzer und aufbau eines fuer die pruefung geeigneten analog/digital-umsetzers

Info

Publication number: DE3201297A1
Application number: DE19823201297
Authority: DE
Inventors: Takeshi Mito Hirayama; Kazuo Ibaraki Kato; Yoshinori Mitaka Sato; Shigeaki Sayama Yoshida
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-01-19
Filing date: 1982-01-18
Publication date: 1982-08-05
Also published as: JPH0345581B2; US4580126A; DE3201297C2; JPS57119259A

Description

— I — --· ■ ■ - --

HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Prüfverfahren für Analog/Digital-Umsetzer und Aufbau eines für die Prüfung geeigneten Analog/Digital-Umsetzers

Die Erfindung betrifft allgemein ein Prüfverfahren zum Prüfen von Analog/Digital-Ümsetzern (A/D-Umsetzern) . Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einem Prüfverfahren eines A/D-Ümsetzers mit aufeinander—folgendem Vergleich, kurz Folgevergleichs-A/D-Umsetzer, sowie mit dem Aufbau eines A/D-Ümsetzers, der zur Durchführung des Prüfungsverfahrens geeignet ist.

Im allgemeinen enthalten Folgevergleichs-A/D-Umsetzer einen Digital/Analog-Umsetzer (D/A-Umsetzer), einen Spannungsvergleicher und ein Register für aufeinanderfolgenden Vergleich, kurz Folgevergleichsregister. Die Präzision der Umsetzung oder Umsetzungsgenauigkeit eines solchen A/D-Umsetzers wird bisher mit-

81-(A 6324-02)-Me-E

tels eines analogen Meßverfahrens oder eines digitalen Meßverfahrens gemessen. Bei dem analogen Meßverfahren wird eine monoton ansteigende Eingangsspannung dem sich in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzer zur Umsetzung in ein Digitalsignal zugeführt, das dann mittels eines Bezugs-D/A-Umsetzers in ein analoges Signal rückumgesetzt wird, der genaue Umsetzungscharakteristiken besitzt. Die wieder_umgesetzte oder wiedererzeugte Analogspannung wird mit der Eingangsspannung verglichen, um eine mögliche Differenz abzuleiten, auf deren Grundlage dio Umsetzungscharakteristik des sich in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzers bestimmt wird. Andererseits wird im Fall der Prüfung mittels digitaler Messung ein digital eingestellter Wert oder digitaler Istwert in eine Analogspannung mittels des Bezugs-D/A-Umsetzers umgesetzt, wobei die Analogspannung wieder in ein Digitalsignal mittels des in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzers umgesetzt wird. Das so erhaltene Digitalsignal wird dann mit dem ursprünglichen digitalen eingestellten Wert verglichen zur Bestimmung der Umsetzungsgenauxgkeit des sich in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzers. Der bei diesen Prüfverfahren verwendete Bezugs-D/A-Umsetzer sollte selbstverständlich eine ausreichend hohe Umsetzungsgenauigkeit im Vergleich zu der des zu prüfenden D/A-Umsetzers besitzen, um eine hohe Genauigkeit bei dem sich ergebenden Meßergebnis zu erzielen, was wiederum bedeutet, daß nachteilig erhebliche Zeit für die Messung oder Prüfung erforderlich ist.

Wenn beispielsweise ein 10-Bit-A/D-Umsetzer unter Verwendung eines Bezugs-D/A-Umsetzers mit 14-Bit-Länge geprüft werden soll gemäß dem bisher üblichen Meß- oder

1 4

Prüfverfahren, müssen die Messungen 2 -mal, d. h. 16.384-mal, durch Ändern des Eingangspegels zu dem sich in Prü-

- 9. *; :■:-.:"; 1 . - :';-32O1297

fung befindlichen 1O-Bit-A/D-Umsetzer wiederholt werden, um die Messung oder die Prüfung über den gesamten Eingangsbereich durchzuführen. Auf diese Weise erfordert die Messung der Umsetzungsgenauigkeit des A/D-Umsetzers mit angemessen : hoher Genauigkeit eine unzulässig lange Zeit, was hohe Auslagen bzw. Aufwendungen für die Prüfung erfordert, während die Meßgenauigkeit statistisch aufgrund extern zugeführten Rauschens beeinträchtigt werden kann.

Weiter ist zu erwähnen, daß die bisher üblichen Prüfverfahren einen Spannungsvergleicher zusätzlich zur externen Meßausrüstung erfordern, wie beispielsweise einen Rechner und den Bezugs-D/A-Umsetzer.

Zum Stand der Technik bezüglich herkömmlicher analoger oder digitaler Meßverfahren wird verwiesen auf JIM R. NAYLOR, "Testing Digital/Analog And Analog/ Digital Converters" in IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS, Bd. CAS-25 (JuIi 1978) Nr. 7.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Prüfverfahren für einen Folgevergleichs-Digital/Analog-Umsetzer anzugeben, das die Bestimmung der Umsetzungsgenauigkeit mit hoher Präzision innerhalb kurzer Zeit ermöglicht. Weiter soll ein Folgevergleichs-Analog/ Digital-Umsetzer angegeben werden, der einen zur Anwendung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens geeigneten Aufbau besitzt.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2 bzw. durch den Analog/Digital-Umsetzer gemäß dem Anspruch 4 bzw. 8 gelöst.

Das Prüfverfahren für einen Analog/Digital-Umsetzer zeichnet sich dadurch aus, daß ein Digitalsignal in ein analoges Spannungssignal mittels eines Digital/Analog-Umsetzers eines zu prüfenden Folgevergleichs-Analog/Digital-Umsetzers umgesetzt wird, ein Digitalsignal, das dem erwähnten Digitalsignal entspricht, in ein Analogsignal mittels eines Bezugs-Digital/Analog-Umsetzers umgesetzt wird, und daß beide auf diese Weise nach den jeweiligen Umsetzungen erhaltenen Analogsignale miteinander unter Verwendung eines Spannungsvergleichers verglichen werden, der in dem sich in Prüfung befindlichen Analog/Digital-Umsetzer enthalten ist. Ein Folgevergleichs-Analog/Digital-Umsetzer, der zur Anwendung des erläuterten Prüfverfahrens geeignet ist, zeichnet sich durch eine Einrichtung zur Eingabe des Digitalsignals zu dem Digital/ Analog-Umsetzer, eine Einrichtung zum Einführen des von dem Digital/Analog-Umsetzer ausgegebenen analogen Spannungssignals zum Spannungsvergleicher, eine Einrichtung zum Einführen des von dem externen Bezugs-Digital/Analog-Umsetzer ausgegebenen analogen Spannungssignals zu dem Spannungsvergleicher und eine Einrichtung zum Herausführen des Vergleichsergebnisses aus, das durch den Spannungsvergleicher erhalten ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild zur Darstellung

eines Prüfverfahrens für einen Analog/ Digital-Umsetzer gemäß der Erfindung,

\^: 3 2 O 1 2 9

Fig. 2 ein Blockschaltbild des Schaltungsaufbaus eines Analog/Digital-Umsetzers mit einem Aufbau, der zur Messung der Umsetzungsgenauigkeit durch Anwendung des Prüfverfahrens für Analog/Digital-Umsetzer gemäß der Erfindung geeignet ist,

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen digitalen eingestellten Werten (Istwerten) und analogen Ausgangssignalen zur Darstellung des Prinzips des Prüfverfahrens gemäß der Erfindung,

Fig. 4 ein Fließdiagramm zur Erläuterung des Ablaufes von Betriebsschritten, die durch einen externen Rechner beim Durchführen der Prüfung eines Analog/Digitalümsetzers gemäß der Erfindung ausgeführt werden,

Fig. 5 eine graphische Darstellung der Daten bezüglich der Umsetzungsgenauigkeit oder der Präzisionscharakteristiken, die durch das Prüfverfahren eines Analog/Digital-Umsetzers gemäß der Erfindung erhältlich sind,

Fig. 6 eine graphische Darstellung eines weiteren Verfahrens zum Messen der Umsetzungsgenauigkeit oder der Präzision unter Verwendung des Prüfverfahrens für Analog/Digital-Umsetzer gemäß der Erfindung.

Das Prinzip der Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die Umsetzungszeit, d. h. die Zeit, die zur Digital/Analog-Umsetzung eines Digital/Analog-Umsetzers, kurz D/A-Umsetzer, wie er in einem Analog/Digital-Umsetzer, kurz A/D-Umsetzer, mit aufeinander folgendem Vergleich, kurz Folgevergleichs-A/D-Umsetzer, eingebaut ist, erforderlich ist, im allgemeinen außerordentlich kurz im Vergleich zur Umsetzungszeit des üblichen A/D-Umsetzers ist.

Gemäß Fig. 1 wird zum Durchführen eines Prüfverfahrens eines Folgevergleichs-A/D-Umsetzers gemäß der Erfindung ein Eingangsanschluß eines D/AUmsetzers 4, der in einem zu prüfenden A/D-Umsetzer 2 enthalten ist, mit einem digitalen Eingangscode versorgt, der von einem extern vorgesehenen Rechner 6 ausgegeben ist zum Durchführen von Messungen über eine Eingangssignalleitung 8. Das analoge Ausgangssignal dieses D/A-Umsetzers 4 wird dem negativen Eingangsanschluß eines Spannungsvergleichers 10 zugeführt, der ebenfalls in dem zu prüfenden A/D-Umsetzer 2 enthalten ist. Das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 10 wird dem externen Rechner 6 über eine Signalleitung 12 zugeführt.

Weiter ist zusätzlich ein Standard- oder Bezugs-D/A-Umsetzer 14 vorgesehen mit einem Eingangsanschluß, der mit einem digitalen Eingangssignal von dem externen Rechner 6 über eine Eingangssignalleitung 16 versorgt ist. Das analoge Ausgangssignal des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 wird einem positiven Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers 10 augeführt, der in dem zu prüfenden A/D-Umsetzer 2 enthalten ist. In diesem Zusammen-

Ί :■■:.: : ί . :":""=32Ο1297

hang ist zu bemerken, daß die Anzahl der Eingangs-Bit zu dem Bezugs-D/A-Umsetzer 14 ausreichend höher ist als diejenige des D/A-Umsetzers 4, der in dem zu prüfenden Folgevergleichs-A/D-Umsetzer 2 enthalten ist.

Bei dem erläuterten Schaltungsaufbau wird das von dem Bezugs-D/A-Umsetzer 14 ausgegebene umgesetzte Analogsignal mit dem umgesetzten Analogsignal verglichen, das von dem D/A-Umsetzer 4 abgegeben wird, der in dem in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzer 2 enthalten ist, mittels des Spannungsvergleichers 10, der ebenfalls in dem in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzer 2 enthalten ist. Auf diese Weise wird durch das Prüfverfahren gemäß der Erfindung eine Messung bezüglich Fehlern durchgeführt, die sowohl dem D/A-Umsetzer 4 als auch dem Spannungsvergleicher 10 zuzuschreiben sind, die die Hauptteile des Folgevergleichs-A/D-Umsetzers 2 bilden,, und die primäre Ursachen von Fehlern sind, die in den Ausgangscharakteristiken von letzterem auftreten.

Selbstverständlich ist der A/D-Umsetzer allgemein mit einem Analogsignal-Eingangsanschluß und einem Digitalsignal-Ausgangsanschluß zusätzlich zu einem Stromversorgungsanschluß versehen. Jedoch ist es im Fall des A/D-Umsetzers 2_f dessen Umsetzungsgenauigkeit gemäß dem Prüfverfahren gemäß der Erfindung geprüft werden soll, notwendig, eine Einrichtung vorzusehen, um ein Digitalsignal dem eingebauten D/A-Umsetzer 4 zuzuführen, sowie eine Einrichtung vorzusehen, um das von dem eingebauten Spannungsvergleicher 10 erzeugte Ausgangssignal nach außen herauszuführen.

Ein Ausführungsbeispiel des Folgevergleichs-A/D-

Umsetzers mit einem für die Durchführung des erfindungsgemäßen Prüfverfahrens geeigneten Aufbau ist im einzelnen in Fig. 2 dargestellt, wobei zur Bezeichnung gleicher oder ähnlicher Elemente wie in Fig. 1 gleiche Bezugszeichen verwendet sind.

Gemäß Fig. 2 besitzt der Folgevergleichs-A/D-Umsetzer 2 einen Eingangsanschluß 21 für ein analoges Eingangssignal. Dieser Anschluß 21 ist mit einem positiven Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers 10 verbunden, dessen Ausgangsanschluß so ausgebildet ist, daß er entweder mit einem Register 23 für aufeinander folgenden Vergleich oder einem Ausgangsanschluß 24 mit der Bezeichnung"Prüfausgang"über einen Umschalter 22 verbindbar ist. Das Folgevergleichsregister 23 besitzt einen Takteingangsanschluß, der mit einem Eingangsanschluß 25 mit der Bezeichnung "Takt" (clock) verbunden ist.

Das Register 23 für aufeinander-folgenden Vergleich ist im allgemeinen durch Zähler, UND-Glieder und Register gebildet mit einer Anzahl, die der Anzahl der zu verarbeitenden Bit entspricht, obwohl die Registerschaltung 23 in Fig. 2 in einer sehr vereinfachten Ausbildung dargestellt ist. Der Digitalausgang des Folgevergleichsregisters 23 ist einerseits mit einer Digitalausgangsanschlußanordnung 27 mit der Bezeichnung "Ausgang", die' eine Anzahl einzelner Anschlüsse entsprechend der Bitzahl des digitalen Ausgangssignals aufweist, über einen Umschalter 26 sowie andererseits mit dem Eingangsanschluß des D/A-Umsetzers 4 über einen anderen Umschalter 28 verbunden. Der Ausgangsanschluß des D/A-Umsetzers 4 ist mit dem negativen Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers 10 verbunden. Ein Register 29 ist zwischen den Umschaltern 26 und 28

eingesetzt. Die Steuereingänge der drei Umschalter 22, 26 und 28 sind mit einem Eingangsanschluß 30 gekoppelt, der mit "Steuerung (Prüfung)" in Fig. 2 bezeichnet ist.

Der Folgevergleichs-A/D-Umsetzer 2 mit dem erwähnten Aufbau besitzt zwei Betriebsarten, nämlich eine A/D-Umsetzungsbetriebsart und eine Prüfbetriebsart.

Zunächst wird die Arbeitsweise des A/D-Umsetzers 2 in der A/D-Umsetzungsbetriebsart erläutert. In dieser A/D-Umsetzungsbetriebsart sind die drei erwähnten Umschalter 22, 26 und 28 in die jeweiligen Lagen geschaltet, die mit Strichlinien dargestellt sind, abhängig von einem Steuersignal, das dem Eingangsanschluß 30 zur Betriebsartwahl zugeführt ist. In diesem Zustand wird das dem Eingangsanschluß 21 zugeführte Analogsignal und das vom D/A-Umsetzer 4 abgegebene Ausgangssignal dem positiven bzw. dem negativen Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers 10 zugeführt. Das Folgevergleichsregister 23 inkrementiert aufeinanderfolgend den Wert seines digitalen Ausgangssignals abhängig vom Eingangssignal, das eine Wiedergabe des Vergleichsergebnisses ist, das von dem Spannungsvergleicher 10 über den Umschalter 22 abgeleitet ist. Insbesondere wird, solange das analoge Eingangssignal, das dem Eingangsanschluß 21 zugeführt ist, größer als das analoge Ausgangssignal von dem D/A-Umsetzer 4 ist, das digitale Ausgangssignal vom Folgevergleichsregister aufeinanderfolgend um ein Inkrement bzw. einen Schritt inkrementiert (vorwärtsgezählt), wodurch das dem analogen Eingangssignal entsprechende digitale Ausgangssignal

der Ausgangsanschlußanordnung 27 zugeführt wird. Diese Arbeitsweise setzt sich fort, bis die Beziehung zwischen dem analogen Eingangssignal und dem Ausgangssignal vom D/A-Umsetzer 4,die vorstehend erläutert ist, umgekehrt wird.

Im Fall der Prüfbetriebsart werden die drei Umschalter 22, 26 und 28 in die in Vollinien dargestellten jeweiligen Stellungen geschaltet abhängig von dem die Prüfbetriebsart wählenden Steuersignal, das dem Eingangsanschluß 30 zugeführt ist. In diesem Zustand wird ein Digitalsignal, das von einem extern vorgesehenen Rechner zugeführt ist, entsprechend demjenigen, der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist, der Ausgangsanschlußanordnung 27 zugeführt und damit dem D/A-Umsetzer 4 über das Register 29 zugeführt. Andererseits wird ein Analogsignal, das von einem Standard- oder Bezugs-D/A-Umsetzer, entsprechend dem D/A-Umsetzer gemäß Fig. 1, zugeführt ist, dem Eingangsanschluß 21 zugeführt und damit dem positiven Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers 10, während dessen negativer Eingangsanschluß mit dem analogen Ausgangssignal von dem D/A-Umsetzer 4 versorgt ist. Das Ausgangssignal vom Spannungsvergleicher 10 wird dem externen, die Messung verarbeitenden Rechner zugeführt, der in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 6 versehen ist, über den Umschalter 22 und den Ausgangsanschluß 24.

Fig. 3 zeigt graphisch die Eingangs/Ausgangscharakteristiken des D/A-Umsetzers 4, der in dem zu prüfenden A/D-Umsetzer 2 enthalten ist, und des Bezugs-D/A-Umsetzers 14. In Fig. 3 gibt eine Strichlinien-Treppenkurve A die Umsetzungscharakteristik des D/A-Umsetzers 4 wieder, der in dem zu prüfenden A/D-Umsetzer 2 enthalten ist, während

eine Vollinien-Treppenkurve B die Umsetzungscharakteristik des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 wiedergibt und eine Gerade C eine ideale ümsetzungscharakterxstik wiedergibt. Wie sich aus der Charakteristik gemäß der Kurve A des D/A-Umsetzers 4,der in dem zu prüfenden a/d -Umsetzer 2 enthalten ist,^χst'das niedrigstwertige Bit (LSB) des digitalen Eingangssignals üblicherweise mit einer Gewichtung versehen, die einer Hälfte einer Einheitsmenge entspricht, derart, daß kein Null-Offset bezüglich der Geraden C erzeugt wird, die die ideale Umsetzungscharakteristik wiedergibt. Als Folge ist das erste analoge Ausgangssignal von einer Größe, die der Hälfte der Einheitsmenge gleich ist und steigen die folgenden Ausgangssignale aufeinanderfolgend um die Einheitsmenge an, wodurch sie den treppenförmig ansteigenden Signalverlauf einnehmen. Andererseits ist der Bezugs-D/A-Umsetzer 14 mit einem Offset versehen, der einem halben Bit entspricht, um die ideale geradlinige Charakteristik C in Bezug auf die Tatsache zu erfüllen, daß die Inkremente in dem analogen Ausgangssignal des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 in Abhängigkeit zu dem digitalen Eingangssignal vollständig konstant bleiben. In der Praxis kann die Zuordnung eines derartigen Offset beispielsweise durch Verwendung als Bezugs-D/A-Umsetzer 14 eines Umsetzers erhalten werden, der eine Bitkapazität besitzt, die um 1 Bit größer ist als die Bitzahl, die in der Prüfung oder Messung verwendet wird, wobei das niedrigstwertige Bit stets auf "1" festgelegt ist, oder andererseits durch Addieren einer Größe, die dem halben Bit entspricht, mittels einer zusätzlichen analogen Einrichtung, obwohl diese in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Wenn jedoch die Bitzahl des Standardoder Bezugs-D/A-Umsetzers 14 ausreichend groß gegenüber der Bitzahl des zu prüfenden A/D-Umsetzers 2 ist, kann

die Vorspannung des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 in der erwähnten Weise weggelassen werden.

In dem Idealfall, in dem keine Fehler in beiden D/A-Umsetzern 4 und 14 sowie in dem Spannungsvergleicher 10 auftreten, ergibt sich, daß die Erfassungsausgangsspannungssignale, d. h. die Vergleichsergebnissignale, des Spannungsvergleichers 10, die abhängig von den digital eingestellten Werten A. des zu

prüfenden D/A-Umsetzers 4 und den digital eingestellerzeugt sind,

ten Werten B, des Bezugs-D/A-Umsetzers 14/Pegeln entsprechen, die durch Punkte et in Fig. 3 dargestellt sind. Folglich genügt es, Abweichungen des Signals zu erfassen, die von der tatsächlichen A/D-Umsetzung erhalten werden, bezüglich der eingestellten Punkte cc der idealen ümsetzungscharakteristik, bei denen die die Umsetzung charakterisierende Kurve A des D/AUmsetzers 4 ideal die ideale charakteristische Kurve C schneiden sollte. Insbesondere ergibt sich unter der Annahme, daß die Auflösung des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 um 2 Bit höher ist als die des zu prüfenden D/A-Umsetzers 4, der digital eingestellte Eingangswert B. des Bezugs-D/A-Umsetzers 14, der dem i-ten eingestellten Wert A. des zu prüfenden D/A-Umsetzers 4 entspricht, zu B. = 4A. - 2 unter der Voraussetzung, daß kein Fehler vorliegt. Folglich kann, wenn eine Abweichung oder eine Differenz zwischen dem Idealwert von B. und dem entsprechend eingestellten Wert B.,für den das Ausgangssignal des Spannungsvergleichers 10 abhängig von dem gleichzeitigen eingestellten Wert von A. invertiert wird, diese Abweichung oder Differenz als der Fehler angesehen werden.

Die Bestimmung der Differenz zwischen den einge-

stellten Werten oder Istwerten der beiden D/A-Umsetzer 4 und 14 und des idealen eingestellten Wertes wird durch den externen Rechner durchgeführt. Aus Fig. 4 ergibt sich ein Fließdiagramm zur Darstellung des Betriebes,der durch den externen Rechner durchgeführt wird, um die betrachtete Differenz zu bestimmen. Wie sich aus Fig. 4 ergibt, wird der digitale eingestellte Wert B. des Bezugs-D/A-Ümsetzers 14 anfänglich auf "O" gesetzt, während der digitale eingestellte Wert A, des D/A-Ümsetzers 4, der sich in der Prüfung befindet, auf "1" gesetzt wird. Weiter wird die Anzahl i der Prüfungs- oder inkrementellen Schritte auf Null eingestellt, wird die Anzahl M, die die Einzelbitbreite des D/A-Umsetzers 4 in Bezug auf die Bit des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 wiedergibt, auf Null eingestellt, und wird die Abweichung oder Differenz D auf Null eingestellt. In diesem Zustand wird das Ausgangssignal des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 mit dem Ausgangssignal des zu prüfenden D/A-Umsetzers 4 verglichen. Es sei angenommen, daß das Ausgangssignal des Bezugs-D/A-Umsetzers 14 durch REF wiedergegeben wird, während dasjenige des D/A-Umsetzers 4 durch DUT wiedergegeben wird. Solange REF kleiner als DUT bleibt (d. h. REF< DUT), wird das Eingangssignal B. zum Bezugs-D/A-Umsetzer 14 aufeinanderfolgend um eine Einheit oder "ί" erhöht, wobei die Anzahl M weitergezählt wird. Wenn das Ausgangssignal REF größer als DUT wird (d. h. REF> DUT), wird die Differenz zwischen dem Zählwert M und dem theoretischen Wert N bestimmt, der diesem Zählwert M entspricht, und der gegeben ist durch 2· (Bitlänge von REF)/(Bitlänge von DUT). Die so bestimmte Differenz wird als die Abweichung oder als der Fehler gespeichert. Diese Vorgehensweise wird wiederholt, bis die

Anzahl i der Probe- oder Prüfschritte bis auf K erhöht ist, was den vollen Maßstabsfaktor wiedergibt. Die für jeden der Probeschritte i erhaltenen Differenzen werden gespeichert und als Fehlerkurve aufgezeichnet, die den Nichtlinearitätsfehler oder den Quantisierungsfehler darstellt, wie das in Fig. 5 dargestellt ist.

Wie sich aus der vorstehenden Erläuterung ergibt, ist, da die Ausgangssignale des D/A-Umsetzers, der in dem A/D-Umsetzer enthalten ist, und des Bezugs-D/A-Umsetzers miteinander verglichen werden unter Verwendung des Spannungsvergleichers, der ebenfalls in dem A/D-Umsetzer enthalten ist, um festzustellen, ob ein Fehler in dem eingebauten D/A-Umsetzer ausgelöst wird, lediglich ein Vergleichsbetrieb erforderlich für ein'digitales Eingangssignal, unabhängig von der Bitlänge des sich in der Prüfung befindlichen A/D-Umsetzers, wodurch die für die Messung oder Prüfung erforderliche Zeit um die Bitlänge, d. h. um einen Faktor von 1/Bitlänge, verkürzt wird im Vergleich zu den bisher bekannten Prüfverfahren. Beispielsweise kann im Fall eines A/D-Umsetzers mit 10-Bitlänge die Prüfzeit auf 1/10 der Zeit verkürzt werden, die für die Prüfung erforderlich ist, die mit den bisher bekannten Verfahren durchgeführt wird, was einen erheblichen Vorteil für die Prüfung oder die Messung von hochgenauen A/D-Umsetzern mit großen Bitlängen darstellt.

Weil weiter externe Schaltungen wie Operationsverstärker u. dgl., die zur Durchführung herkömmlicher Verfahren erforderlich sind und mögliche Fehlerquellen darstellen, bei der Erfindung unnötig werden, kann die

Messung oder die Prüfung mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden.

Weiter kann aufgrund einer Anordnung,bei der die Abweichung oder die Differenz als Digitalsignal mittels eines extern vorgesehenen Rechners verarbeitet wird, die Speicherung und die Umsetzung der relevanten Daten in außerordentlich vereinfachter Weise als weiterer Vorteil erreicht werden.

Anhand Fig. 6 wird erläutert, wie die Entscheidung zulässig/nicht zulässig (gültig oder ungültig) bezüglich den Charakteristiken des sich in der Prüfung befindlichen A/D-Umsetzers durchgeführt wird. In Fig. 6 gibt eine Kurve A die ideale Umsetzungscharakteristik des in dem sich in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzer enthaltenen D/A-Umsetzers wieder, während eine Kurve B die Umsetzungscharakteristik des Bezugs-D/A-Umsetzers wiedergibt. Es sei als Kriterium bezüglich der Entscheidung der Umsetzungsgenauigkeit oder -präzision als zulässig oder gültig (GO) oder nicht zulässig oder ungültig (NO GO) angenommen, daß dieses auf +1 LSB (niedrigstwertiges Bit) beruht, wobei die zulässige obere und untere Grenze für den in dem in Prüfung befindlichen A/D-Umsetzer enthaltenen D/A-Umsetzer derart ist, wie sie durch die Geraden C,bzw. D wiedergegeben sind. Unter diesen Bedingungen kann die Schaltungsanordnung derart sein, daß für jeden der eingestellten Werte A. des sich in Prüfung befindlichen D/A-Umsetzers der Bezugs-D/A-Umsetzer die Spannungen erzeugt, die den oberen und unteren Grenzwerten des analogen Spannungsausgangssignals von dem eingebauten D/A-Umsetzer entsprechen, wobei Vergleiche zwischen den Ausgangsspannnngen vom Bezugs-D/A-

Umsetzer und jedem eingebauten D/A-Umsetzer durch den eingebauten Spannungsvergleicher durchgeführt werden. Insbesondere und gemäß Fig. 6 sei als Beispiel angenommen, daß die Ausgangsspannung des sich in Prüfung befindlichen D/A-Umsetzers durch V _, für den eingestellten Wert A. =3 wiedergegeben ist. Dann ist der Bezugs-D/A-Umsetzer auf B. =13 entsprechend dem oberen Grenzwert der analogen Ausgangsspannung V _ eingestellt zum dadurch Erzeugen einer entsprechenden Bezugsspannung, die durch V. _ (UPP) wiedergegeben ist. Wenn sich aus dem Vergleich ergibt, daß V „ < V. ₃ (UPP) ist, wird die Entscheidung zulässig oder gültig ("GO") getroffen. Andernfalls wird die Entscheidung unzulässig bzw. ungültig ("NO GO") getroffen. In ähnlicher Weise wird für den unteren Grenzwert der analogen Ausgangsspannung V ₃ der Bezugs-D/A-Umsetzer so eingestellt, daß gilt B. = 6 zum dadurch Erzeugen einer Bezugsspannung für die untere Grenze V, _ (LOW) . Wenn V _ >^ V,₃ (LOW) ist, wird die Entscheidung gültig ("GO") getroffen. Andernfalls wird die Entscheidung ungültig ("NO GO") getroffen. Daher wird, wenn die Zulässigkeitsentscheidung für sowohl den oberen als auch den unteren Grenzwert getroffen ist, bestimmt, daß der Fehler, der möglicherweise von dem betrachteten A/D-Umsetzer eingeführt wird, eine Größe besitzt, die kleiner als +1 LSB ist.

Die eingestellten Werte für die obere Grenze B. (UPP) und die untere Grenze B. (LOW) des Bezugs-A/D-Umsetzers sind endgültig bestimmt abhängig von jedem der digitalen eingangsseitig eingestellten Werte A. des zu prüfenden D/A-Umsetzers. Im Fall des in Fig. 6 dar-

gestellten Beispiels ergibt sich der eingestellte Wert der oberen Grenze des Bezugs-A/D-Umsetzers zu B. (UPP) = 4A. + 1 für den i-ten digitalen eingestellten Wert A^, während der eingestellte Wert für die untere Grenze sich ergibt zu B. (LOW) = 4A. -6. Auf diese Weise kann bei der Prüfung des D/A-Umsetzers mit η Bit bezüglich Zulässigkeit oder Unzulässigkeit die Umsetzungsgenauigkeit aller Umsetzungspunkte vollständig mittels 2 · 2ⁿ Vergleichen geprüft werden, unabhängig von der Auflösung oder Präzision der Messungen für die Prüfung.

Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen möglich.

Leerseite

Claims

Ansprüche

1. Prüfverfahren für Folgevergleichs-Analog/Digital-Umsetzer zum Messen dessen Umsetzungsgenauigkeit,bei dem eine analoge Umsetzungsspannung eines Digital/ Analog-Umsetzers aufeinanderfolgend mit einer analogen Eingangsspannung mittels eines Spannungsvergleichers zum dadurch Erzeugen einer analogen Ausgangsspannung verglichen wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein digitales Bezugssignal zur Verwendung bei der Prüfung des Analog/Digital-Umsetzers erzeugt wird,

daß das digitale Bezugssignal dem Eingang des in dem in Prüfung befindlichen Analog/Digital-Umsetzers eingebauten Digital/Analog-Umsetzer zugeführt wird zum dadurch Umsetzen des Digitalsignals in ein erstes Analogsignal,

daß das Digitalsignal dem Eingang eines Bezugs-Digital/Analog-Umsetzers zugeführt wird, der genaue Umsetzungscharakteristik besitzt zum dadurch Umsetzen des Digitalsignals in ein zweites Analogsignal,

81-(A 6324-02)-Me-E

daß das von dem in dem sich in Prüfung befindlichen Analog/Digital-Umsetzer eingebauten Digital/Analog-Umsetzer ausgegebene erste Analogsignal mit dem von dem Bezugs-Digital/Analog-Umsetzer abgegebenen zweiten Analogsignal verglichen wird unter Verwendung des in den Analog/Digital-Umsetzer eingebauten Spannungsvergleichers , und

daß die Umsetzungscharakteristik des Analog/Digital-Umsetzers auf der Grundlage der Vergleichsergebnisse bestimmt wird.

2. Prüfverfahren für Folgevergleichs-Analog/Digital-Ümsetzer zum Messen dessen Umsetzungsgenauigkeit, bei dem eine analoge Umsetzungsspannung eines Digital/ Analog-Umsetzers aufeinanderfolgend mit einer analogen Eingangsspannung mittels eines Spannungsvergleichers verglichen wird zum dadurch Erzeugen einer analogen Ausgangsspannung ,

dadurch gekennzeichnet,

daß eine analoge Bezugsspannung zur Verwendung bei der Prüfung des Analog/Digital-Umsetzers erzeugt wird,

daß ein Digitalsignal, das dem analogen Bezugssignal entspricht, erzeugt wird,

daß das dem analogen Bezugssignal entsprechende Digitalsignal dem Eingang des in dem in Prüfung befindlichen Analog/Digital-Umsetzer eingebauten Digital/Analog-Umsetzer zugeführt wird zum dadurch Umsetzen des Digitalsignals in eine Analogspannung,

daß die analoge Bezugsspannung mit der analogen Ausgangsspannung des Analog/Digital-Umsetzers unter Verwendung eines in den Analog/Digital-Umsetzer eingebauten Spannungsvergleichers verglichen wird, und

3. Prüfverfahren für Analog/Digital-ümsetzer nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Bitzahl des digitalen Eingangssignals, das dem Bezugs-Digital/Analog-Umsetzer zugeführt wird, größer ist als die Bitzahl des digitalen Eingangssignals, das dem in den in Prüfung befindlichen Analog/Digital-ümsetzer eingebauten Digital/Analog-ümsetzer zugeführt wird.

4. Analog/Digital-Umsetzer mit einem zur Messung dessen Umsetzungsgenauigkeit geeigneten Aufbau, mit

einem Eingangsanschluß, dem ein umzusetzendes analoges Spannungssignal zugeführt ist,

einem Spannungsvergleicher mit einem Eingangsanschluß, dem die dem Eingangsanschluß zugeführte Analogspannung zugeführt ist,

einem Folgevergleichsregister zur Bestimmung eines Digitalsignals, das dem analogen Spannungssignal entspricht, durch aufeinander-folgendes Ändern des Digitalsignals auf der Grundlage des durch den Vergleich erhaltenen Ergebnisses,der durch den Spannungsvergleicher erreicht ist,

einem Digital/Analog-Umsetzer, der das von dem Folgevergleichsregister ausgegebene Digitalsignal empfängt und ein Analogsignal erzeugt, das dem Digitalsignal am anderen Eingang des Spannungsvergleichers entspricht, und

einem Ausgangsanschluß, dem das Digitalsignal zugeführt ist, das von dem Folgevergleichsregister abgegeben ist,

gekennzeichnet durch

eine Einrichtung zum Einführen eines extern vorgesehenen Digitalsignals zu einem digitalen Eingangsanschluß des Digital/Analog-Umsetzers (4) während der Prüfung, und

eine Einrichtung zum Herausführen des Ausgangssignals vom Spannungsvergleicher (10) während der Prüfung.

5. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Herausführen des Ausgangssignals vom Spannungsvergleicher (10) durch eine steuerbare Schalteinrichtung (22) gebildet ist, die zwischen dem Spannungsvergleicher (10) und dem Folgevergleichsregister (23) vorgesehen ist.

6. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum Einführen des Digitalsignals zum Eingangsanschluß des Digital/Analog-Umsetzers (4) durch eine steuerbare Schalteinrichtung (26, 28) gebildet ist, die zwischen dem Ausgangsanschluß (27) und dem Digital/Analog-Umsetzer (4) vorgesehen ist.

7. Analog/Digital-Umsetzer nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Schalteinrichtung (22, 26, 28) bezüglich ihrer Schaltstellungen durch extern zugeführte Schaltsteuersignale steuerbar ist.

8. Analog/Digital-Umsetzer mit einem zur Messung seiner Um-

Setzungsgenauigkeit geeigneten Aufbau, mit

einem Eingangsanschluß, dem zur Umsetzung ein analoges Spannungssignal zugeführt ist,

einem Spannungsvergleicher mit einem Eingangsanschluß, dem die Analogspannung zugeführt ist, die dem Eingangsanschluß zugeführt ist,

einem Folgevergleichsregister zum aufeinander_folgenden Ändern dessen digitalen Ausgangssignals in Abhängigkeit von dem zugeführten Eingangssignal,

einem Digital/Analog-Ümsetzer, der abhängig vom digitalen Eingangssignal ein entsprechendes analoges Spannungssignal für den anderen Eingangsanschluß des Spannungsvergleichers erzeugt, und

einem digitalen Ausgangsanschluß zum Herausführen des sich aufgrund der Analog/Digital-Ümsetzung ergebenden Digitalsignals,

gekennzeichnet durch,

einen Prüfausgangsanschluß (24) zum Herausführen des Ausgangssignals, das aufgrund Prüfung des Analog/Digital-Umsetzers (2) erzeugt ist,

einen PrüfSteuersignaleingangsanschluß (30), dem Steuersignale während der Prüfung extern zugeführt sind,

eine erste Schalteinrichtung (22), die abhängig von den Steuersignalen an dem Prüfsteuersignaleingangsanschluß (30) das Ausgangsspannungssignal vom Spannungsvergleicher (10) entweder dem Folgevergleichsregister (23) oder dem Prüfausgangsanschluß (24) zuführt,

eine zweite Schalteinrichtung (28), die abhängig von dem an dem PrüfSteuersignaleingangsanschluß (30) auftretenden Steuersignal entweder das digitale Ausgangssignal des Folgevergleichsregisters (23) oder das dem Eingang

der zweiten Schalteinrichtung (28) zugeführten Digitalsignal dem Digital/Analog-Umsetzer (4) zuführt, und

eine dritte Schalteinrichtung (26), die abhängig von dem an dem PrüfSteuersignaleingangsanschluß (30) auftretenden Steuersignal entweder das digitale Ausgangssignal von dem Folgevergleichsregister (23) dem digitalen Ausgangsanschluß (27) zuführt oder das an dem digitalen Ausgangsanschluß (27) auftretende Digitalsignal dem Digital/Analog-Umsetzer (4) über die zweite Schalteinrichtung (28) zuführt.

9. Analog/Digital-Ümsetzer nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch

ein Register (29) zwischen der zweiten Schalteinrichtung (28) und der dritten Schalteinrichtung (26).