如何有效测试24位ADC的性能和准确性？

摘要： 24位ADC（模数转换器）的测试是一个复杂但关键的过程，旨在确保其性能和精度符合设计要求，以下是对24位ADC测试方法的详细介绍，包括静态测试、动态测试以及相关的硬件和软件需求，一...

24位ADC（模数转换器）的测试是一个复杂但关键的过程，旨在确保其性能和精度符合设计要求，以下是对24位ADC测试方法的详细介绍，包括静态测试、动态测试以及相关的硬件和软件需求。

一、静态测试

静态测试主要关注稳定的模拟输入与对应的数字输出编码之间的关系，包括ADC的增益误差、失调误差、失码、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）等。

1、零点误差（输入失调）：

测试方法：输入电压逐渐增大，当数字显示装置从00...00变为00...01时，记下此时输入电压Vin1；然后逐渐减小输入电压，使数字显示装置由00...01变为00...00，记下输入电压Vin2。

计算公式：EZ = (Vin1 + Vin2) / 2 VFSR / 2^N

2、增益误差EG：

测试方法：把零点误差调整为0，输入电压从满量程开始变化，使数字输出由11...11变11...10，记为Vin1，反方向逐渐变化Vin，使输出端由11...10变为11...11，记下输入电压Vin2。

计算公式：EG = (Vin1 + Vin2) / 2 VFSR EG_offset

3、线性误差：

测试方法：调节输入电压，使数字输出端由第j码变为第j1码，记为Vin1；调节输入电压，使数字输出端由第j1码变为第j码，记为Vin2；调节输入电压，使数字输出端由第j码变为第j+1码，记为Vin3；调节输入电压，使数字输出端由第j+1码变为第j码，记为Vin4，求出第j码的偏差ΔVj。

重复以上步骤，测得所有数码的偏差，取其绝对值的最大值即为线性误差。

4、微分线性误差：

测试方法：找出被测点N对应的模拟电压实测值，再找出对应于N+1的模拟电压实测值，两者差即为实际转换曲线在该点的码宽，从第j个数字值变为第j+1码的数字值，实际对应的模拟Vin1输入值之差，这个差值与理想的步长1 LSB的差，然后取其最大值，就是微分线性误差。

二、动态测试

动态测试主要关注ADC在交流条件下的性能表现，常规测量参数有信纳比（SINAD）、信噪比（SNR）、有效位（ENOB）、总谐波失真（THD）、无杂散动态范围（SFDR）、互调失真（IMD）等。

1、动态信号叠加测试法：

基本思想：在被测A/D转换器模拟输入的参考电压上叠加一个小的交流信号，使A/D转换器输出的数字量短时间内在指定码周围以一定频率来回变化，从而测试出相应的跃变点和代码中心值，并可确定出零点误差、增益误差、相对精度和微分线性误差。

2、谱分析FFT法：

测试方法：将满量程正弦信号送到被检的ADC中，转换后的结果存放在存储器中，然后对输出数据实施FFT运算，从而计算出SNR、THD等参数，输入由2个不同频率的正弦波组成，实施FFT运算后可以计算出IMD。

3、码密度直方图法：

测试方法：将一个正弦波送到被测A/D转换器中，由计算机记录下A/D转换器采样点的数量，然后计算机通过软件进行运算和处理，绘出直方图，从而定量地表示出微分线性误差、失码和增益误差等参数。

三、测试环境基础

在进行上述测试之前，需要构建一个合适的测试平台，该平台应包括以下组件：

信号发生器：用于产生精确的模拟电压或波形信号。

电源供电模块：确保ADC正常工作所需的电源供应。

外部参考电压源：对于某些ADC架构，可能需要外部参考电压进行比较。

时钟信号源：提供参考时钟，控制ADC的采样率和内部流水线处理时序。

数字信号接收装置：捕获ADC转换后的数字输出信号。

数据处理和显示电路：对捕获到的数字信号进行处理和分析，以便准确评估ADC的性能。

四、相关问答FAQs

问1：为什么24位ADC的实际有效位数（ENOB）可能低于理论值？

答：尽管24位ADC的理论分辨率很高，但实际应用中由于噪声、失真和其他非理想因素的影响，其有效位数可能会降低，如果一个24位ADC的SINAD为100dB，那么其ENOB可以通过公式ENOB=(SINAD1.76)/6.02计算得出，结果约为16.3位，这意味着只有大约16.3位是有效的。

问2：如何选择合适的测试设备来产生符合要求的正弦信号？

答：对于高精度的24位ADC测试，需要选择能够产生高信噪比（SNR）和低失真度的信号源，AP525信号源能够提供高达150dB SNR的信号，适合用于此类测试，还需要考虑信号源的频率范围和输出幅度是否满足ADC的测试要求。

24位ADC的测试是一个涉及多个方面的过程，需要仔细规划和执行以确保测试结果的准确性和可靠性。