JP2013258457A - テスト回路、テスト方法、プログラム、および電子装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ADCの性能をより正確に評価する。
【解決手段】第1の側面であるテスト回路20は、ADC10を評価するためのテスト回路において、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部31と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部30と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部40とを備える。ADCが搭載されたあらゆる電子装置に適用することができる。
【選択図】図1
【解決手段】第1の側面であるテスト回路20は、ADC10を評価するためのテスト回路において、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部31と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部30と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部40とを備える。ADCが搭載されたあらゆる電子装置に適用することができる。
【選択図】図1
Description
本開示は、テスト回路、テスト方法、プログラム、および電子装置に関し、特に、ADC(Analog Digital Converter)の性能を評価する場合に用いて好適なテスト回路、テスト方法、プログラム、および電子装置に関する。
アナログデータをデジタルデータに変換するADCは、取り扱うデータの種類に拘わらず様々な電子装置に搭載されている。該電子装置には、該ADCの性能や動作状態などを検証するためのテスト回路(ADC BIST)も搭載しているものがある。
ADCを検証するための従来のテスト回路としては、外部からリファレンス信号としての正弦波信号を入力し、ゲイン補正、オフセット補正、位相補正を行い、リファレンス信号とADCの出力信号との差分信号を自乗加算することでノイズパワーを算出するものがある(例えば、非特許文献1参照)。
また、テスト回路の内部にリファレンス信号となる正弦波発生器を搭載しているものも存在する(例えば、特許文献1参照)。
H.Mattes,S.Sattler,Claus Dworski,"CONTROLLED SINE WAVE FITTING FOR ADC TEST",ITC INTERNATIONAL TEST CONFERENCE,0-7803-8580-2/04 $20.00 Copyright 2004 IEEE
非特許文献1に記載のテスト回路では、ゲイン補正に際して、ノイズが含まれている絶対値からゲインを算出しているために正確なゲインを測定して補正することができない。また、位相補正に際しては、ADCとの差分信号から位相を算出しているので、正確な位相を検出して補正することができない。
特許文献1に記載のテスト回路では、非特許文献1に記載のテスト回路と同様に、ノイズが含まれている信号から振幅を検出し、リファレンス信号との差分を自乗平均しているので、ノイズの影響により正確な信号成分の抽出が行なわれない。
したがって、上述した従来のテスト回路からの出力に基づいて、ADCの性能を表す各種の評価値を演算した場合、それがADCの性能を正確に表していないことがある。
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ADCの性能をより正確に評価できるようにするものである。
本開示の第1の側面であるテスト回路は、ADCを評価するためのテスト回路において、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部とを備える。
前記フーリエ解析部は、前記ADC出力信号と前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なう離散フーリエ変換部と、前記離散フーリエ変換部の出力から位相成分を抽出する位相抽出部と、前記離散フーリエ変換部の出力から入力信号振幅を抽出するゲイン抽出部と、前記離散フーリエ変換部の出力からオフセット成分を抽出するオフセット抽出部とを有することができる。
前記ノイズパワー解析部は、前記オフセット成分に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記位相成分および前記入力信号振幅に基づいて補正された前記リファレンス信号の差分をノイズ信号として算出し、前記ノイズ信号を自乗して積算することにより前記ノイズパワーを算出することができる。
本開示の第1の側面であるテスト回路は、前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値を演算する評価値演算部をさらに備えることができる。
前記評価値演算部は、前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値として、SINAD,THDまたはSNRのうちの少なくとも1つを演算することができる。
本開示の第1の側面であるテスト回路は、前記ADC出力信号に生じているエラーを解析するリニアリティビットエラー解析部をさらに備えることができる。
前記リニアリティビットエラー解析部は、前記ADC出力信号の出力コードのヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づいてDNL、INL,VRTまたはVRBの少なくとも1つを演算することができる。
前記リニアリティビットエラー解析部は、予め設定した期待値と前記ADC出力信号との比較結果に基づいてエラーを検出してカウントすることができる。
本開示の第1の側面であるテスト方法は、ADCを評価するためのテスト回路のテスト方法において、前記テスト回路による、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生ステップと、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析ステップと、前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析ステップとを含む。
本開示の第1の側面であるプログラムは、コンピュータを、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部として機能させる。
本開示の第1の側面においては、リファレンス信号が発生され、正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換が行なわれ、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーが解析される。
本開示の第2の側面である電子装置は、ADCと、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部とを備える。
本開示の第2の側面においては、リファレンス信号が発生され、正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換が行なわれ、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーが解析される。
本開示の第1の側面によれば、ADCの性能をより正確に評価することができる。
本開示の第2の側面によれば、搭載されているADCの性能をより正確に評価することができる。
以下、本開示を実施するための最良の形態(以下、実施の形態と称する)について、図面を参照しながら詳細に説明する。
<1.実施の形態>
[ADCテスト回路の構成例]
図1は、実施の形態であるADCテスト回路の構成例を示している。このADCテスト回路20は、ADC10の性能を評価するための各種の評価値を演算するためのものである。
[ADCテスト回路の構成例]
図1は、実施の形態であるADCテスト回路の構成例を示している。このADCテスト回路20は、ADC10の性能を評価するための各種の評価値を演算するためのものである。
ADCテスト回路20は、フーリエ解析部30、ノイズパワー解析部40、および評価値演算部50を有する。
フーリエ解析部30は、リファレンス信号発生部31、離散フーリエ変換部32、位相抽出部33、ゲイン抽出部34、およびオフセット抽出部35から構成される。
リファレンス信号発生部31は、位相抽出、補正時において、ADC10に対する入力信号としての正弦波と同じ周波数の余弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部32に出力する。また、リファレンス信号発生部31は、入力信号振幅(ゲイン)抽出時において、ADC10に対する入力信号としての正弦波と同じ周波数の正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部32に出力する。さらに、リファレンス信号発生部31は、オフセット抽出時において、固定値1のリファレンス信号を発生して離散フーリエ変換部32に出力する。またさらに、リファレンス信号発生部31は、任意高周波成分振幅抽出時において、ADC10に対する入力信号としての正弦波の定数倍の周波数の正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部32に出力する。なお、リファレンス信号発生部31は、後述するノイズパワー解析部40にも属する。
離散フーリエ変換部32は、ADC10からのADC出力信号(ADC10による入力信号の正弦波のAD変換結果)と、リファレンス信号発生部31からのリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果を位相抽出部33、ゲイン抽出部34、またはオフセット抽出部35に出力する。また、離散フーリエ変換部32は、ADC10からのADC出力信号と、入力信号の定数倍のリファレンス信号を畳み込み積分し、任意高周波成分振幅を抽出する。
図2は、離散フーリエ変換部32において畳み込み積分されるADC出力信号と、リファレンス信号との関係を示している。
位相抽出部33は、図2Aに示される離散フーリエ変換部32による、ADC出力信号と余弦波のリファレンス信号との畳み込み積分の演算結果から位相成分を抽出(余弦波成分が0となる位相をバイナリサーチにより検出)してリファレンス信号発生部31に出力される。ゲイン抽出部34は、図2Bに示される離散フーリエ変換部32による、ADC出力信号と正弦波のリファレンス信号との位相が合った状態での畳み込み積分の演算結果から入力信号振幅(ゲイン)を抽出し、ゲイン補正部41に出力する。オフセット抽出部35は、図2Cに示される離散フーリエ変換部32による、ADC出力信号と固定値1のリファレンス信号と畳み込み積分の演算結果からオフセット成分を抽出し、オフセット補正部42に出力する。
なお、フーリエ解析部30の各部にて抽出されたオフセット成分、入力信号振幅、任意周波数成分振幅は、評価値演算部50にも出力される。
ノイズパワー解析部40は、正弦波フィッティング法によりノイズパワーを算出するものであり、リファレンス信号発生部31、ゲイン補正部41、オフセット補正部42、差分抽出部43、およびノイズパワー演算部44から構成される。
リファレンス信号発生部31は、位相抽出部33により抽出された位相成分に基づいて発生するリファレンス信号の位相を補正し、補正後のリファレンス信号をゲイン補正部41にも出力する。ゲイン補正部41は、ゲイン抽出部34により抽出された入力信号振幅に基づき、位相が補正されたリファレンス信号のゲインを補正して差分抽出部43に出力する。オフセット補正部42は、オフセット抽出部35からのオフセット成分に基づき、ADC出力信号をオフセット補正して差分抽出部43に出力する。
差分抽出部43は、図3に示されるように、ゲイン補正部41からのゲイン補正後のリファレンス信号と、オフセット補正部42からのオフセット補正後の差分を算出し、この算出結果をノイズ信号としてノイズパワー演算部44に出力する。
ノイズパワー演算部44は、ノイズ信号を自乗して積算することによりノイズパワーを演算して評価値演算部50に出力する。
評価値演算部50は、フーリエ解析部30からの入力信号振幅と、ノイズパワー解析部40からのノイズパワーを次式(1)に適用してSINAD(Signal to Noise and Distortion ratio)を演算する。
SINAD=10*log(入力信号振幅^2/ノイズパワー) ・・・(1)
SINAD=10*log(入力信号振幅^2/ノイズパワー) ・・・(1)
また、評価値演算部50は、フーリエ解析部30からの入力信号振幅と高周波成分振幅を次式(2)に適用してTHD(total harmonic distortion)を演算する。
THD=10*log(Σ(高周波成分振幅^2)/入力信号振幅^2) ・・・(2)
THD=10*log(Σ(高周波成分振幅^2)/入力信号振幅^2) ・・・(2)
さらに、評価値演算部50は、フーリエ解析部30からの入力信号振幅と高周波成分振幅、ノイズパワー解析部40からのノイズパワーを次式(3)に適用してSNR(Signal to Noise ratio)を演算する。
SNR=10*log(入力信号振幅^2/(ノイズパワー−Σ(高周波成分振幅^2)))
・・・(3)
SNR=10*log(入力信号振幅^2/(ノイズパワー−Σ(高周波成分振幅^2)))
・・・(3)
[評価値算出処理の説明]
次に、ADCテスト回路20による評価値算出処理について説明する。図4は評価値算出処理を説明するフローチャートである。
次に、ADCテスト回路20による評価値算出処理について説明する。図4は評価値算出処理を説明するフローチャートである。
ステップS1において、ADC10に入力信号としての正弦波が入力され、ADC10からADC出力信号が後段に出力される。
ステップS2において、リファレンス信号発生部31は、入力信号の正弦波と同じ周波数の余弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部32に出力する。離散フーリエ変換部32は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果を位相抽出部33に出力する。位相抽出部33は、図2Aに示される離散フーリエ変換部32による、ADC出力信号と余弦波のリファレンス信号との畳み込み積分の演算結果から位相成分を抽出してリファレンス信号発生部31に出力される。この位相成分に応じ、リファレンス信号発生部31は、発生するリファレンス信号の位相を補正する。
次に、リファレンス信号発生部31は、固定値1のリファレンス信号を発生して離散フーリエ変換部32に出力する。離散フーリエ変換部32は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果をオフセット抽出部35に出力する。オフセット抽出部35は、畳み込み積分の演算結果からオフセットを抽出する。
さらに、リファレンス信号発生部31は、入力信号の正弦波と同じ周波数の、位相が補正されている正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部32に出力する。離散フーリエ変換部32は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果をゲイン抽出部34に出力する。ゲイン抽出部34は、畳み込み積分の演算結果から信号振幅成分(ゲイン)を抽出する。
またさらに、リファレンス信号発生部31は、入力信号の正弦波の定数倍の周波数の正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部32に出力する。離散フーリエ変換部32は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果から任意高周波成分振幅を抽出する。
ステップS3において、ゲイン補正部41は、ゲイン抽出部34により抽出された入力信号振幅成分に基づき、位相が補正されたリファレンス信号のゲインを補正して差分抽出部43に出力する。オフセット補正部42は、オフセット抽出部35からのオフセット成分に基づき、ADC出力信号をオフセット補正して差分抽出部43に出力する。
ステップS4において、差分抽出部43は、ゲイン補正部41からのゲイン補正後のリファレンス信号と、オフセット補正部42からのオフセット補正後の差分を算出し、この算出結果をノイズ信号としてノイズパワー演算部44に出力する。ステップS5において、ノイズパワー演算部44は、ノイズ信号を自乗して積算し、その演算結果のノイズパワーを評価値演算部50に出力する。ステップS6において、評価値演算部50は、SINAD,THD,SNRなどの評価値を演算する。
以上で評価値算出処理は終了される。
[ADCテスト回路20の変形例]
次に図5は、ADCテスト回路20の変形例を示している。図5に示される変形例は、図1の構成例に、リニアリティビットエラーレート解析部60を追加したものであり、その他の図1と共通な構成要素については、図1と同一の番号を付している。
次に図5は、ADCテスト回路20の変形例を示している。図5に示される変形例は、図1の構成例に、リニアリティビットエラーレート解析部60を追加したものであり、その他の図1と共通な構成要素については、図1と同一の番号を付している。
図5の構成例におけるリニアリティビットエラーレート解析部60は、出力コード比較部61、ヒストグラム生成部62、および判定部63から構成される。
出力コード比較部61は、ADC10に低周波の正弦波を入力したときに得られるADC出力信号を一時記憶して、そのうちの1乃至16個前のデータをエラーカウント時の期待値として使用する。エラーカウント時においては、期待値とADC出力信号との差分が、予め設定されている閾値コード差よりも大きい場合にはエラーとしてカウントする。
ヒストグラム生成部62は、ADC出力信号を出力コード毎にカウントしてヒストグラムを生成する。判定部63は、生成されたヒストグラムのトップコードとボトムコードを除外した出力コードの平均頻度値を算出し、各出力コードの頻度値を平均頻度値で除算することによりDNL(Differential non-linearity error)を算出する。さらにDNLを積算してINL(Integral non-linearity error)を算出する。また、判定部63は、DNL,INL、トップコードの頻度値、およびボトムコードの頻度値を後段に出力する。なお、判定部63にて、後述するVRTおよびVRBを演算するようにしてもよい。
図5の場合における評価値演算部50は、図1の場合の各種評価値の演算に追加して、トップコードの頻度値に基づくVRTの演算、およびボトムコードの頻度値に基づくVRBの演算を行なうことができる。
図1または図5に示されたADCテスト回路20によれば、巨大なメモリや高性能のDSPを用いることなく、リファレンス信号の位相補正、およびゲイン補正をより正確に行うことができるとともに、ADC出力信号のオフセット補正をより正確に行うことができる。よって、入力信号振幅、任意高周波成分振幅、およびノイズパワーなどをより正確に算出できる。したがって、ADC10を評価するための各種の評価値をより正確に演算することできる。
また、図1または図5に示されたADCテスト回路20は、FFTを搭載したテスト回路に比較して回路規模を小型化することができる。また、フーリエ解析部30を有するので、正弦波セッティング法だけを用いて評価値を求める場合に比べて入力信号の任意の周波数成分について解析することができる。
また、本開示のテスト回路は、ADCが搭載されるあらゆる電子装置に適用が可能である。
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、CPUなどのコンピュータが所定のプログラムを起動することにより実行するようにしてもよい。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
10 ADC, 20 ADCテスト回路, 30 フーリエ解析部, 31 リファレンス信号発生部, 32 離散フーリエ変換部, 33 位相抽出部, 34 ゲイン抽出部, 35 オフセット抽出部, 40 ノイズパワー解析部, 41 ゲイン補正部, 42 オフセット補正部, 43 差分抽出部, 44 ノイズパワー演算部, 50 評価値演算部, 60 リニアリティビットエラーレート解析部, 61 出力コード比較部, 62 ヒストグラム生成部, 63 判定部
Claims (11)
- ADCを評価するためのテスト回路において、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、
正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、
前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部と
を備えるテスト回路。 - 前記フーリエ解析部は、
前記ADC出力信号と前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なう離散フーリエ変換部と、
前記離散フーリエ変換部の出力から位相成分を抽出する位相抽出部と、
前記離散フーリエ変換部の出力から入力信号振幅を抽出するゲイン抽出部と、
前記離散フーリエ変換部の出力からオフセット成分を抽出するオフセット抽出部と
を有する
請求項1に記載のテスト回路。 - 前記ノイズパワー解析部は、前記オフセット成分に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記位相成分および前記入力信号振幅に基づいて補正された前記リファレンス信号の差分をノイズ信号として算出し、前記ノイズ信号を自乗して積算することにより前記ノイズパワーを算出する
請求項2に記載のテスト回路。 - 前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値を演算する評価値演算部を
さらに備える請求項2に記載のテスト回路。 - 前記評価値演算部は、前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値として、SINAD,THDまたはSNRのうちの少なくとも1つを演算する
請求項3に記載のテスト回路。 - 前記ADC出力信号に生じているエラーを解析するリニアリティビットエラー解析部を
さらに備える
請求項2に記載のテスト回路。 - 前記リニアリティビットエラー解析部は、前記ADC出力信号の出力コードのヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づいてDNL、INL,VRTまたはVRBの少なくとも1つを演算する
請求項5に記載のテスト回路。 - 前記リニアリティビットエラー解析部は、予め設定した期待値と前記ADC出力信号との比較結果に基づいてエラーを検出してカウントする
請求項5に記載のテスト回路。 - ADCを評価するためのテスト回路のテスト方法において、
前記テスト回路による、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生ステップと、
正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析ステップと、
前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析ステップと
を含むテスト方法。 - コンピュータを、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、
正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、
前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部と
して機能させるプログラム。 - ADCと、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、
正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、
前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部と
を備える電子装置。
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