高速ADC的性能測試

1、高速ADC的性能測試                摘要：針對某信號處理機中的高速A/D轉換器（ADC）的應用，利用數(shù)字信號處理機的硬件平臺，采用純正弦信號作為輸入信號，用數(shù)字信號處理器（DSP）控制采樣，并將AD轉換后的數(shù)據(jù)存儲，進行FFT變換，進而來分析ADC的信噪比及有效位數(shù)。該測試方法具有全數(shù)字、可編程、精確度高等優(yōu)點，是較為先進的測試方法。        關

2、鍵詞：AD轉換器 信噪比 有效位數(shù) FFT DSP    目前的實時信號處理機要求盡量靠近視頻、中頻甚至射頻，以獲取盡可能多的目標信息。因而，的性能好壞直接影響整個系統(tǒng)指標的高低和性能好壞，從而使得的性能測試變得十分重要。    靜態(tài)測試的方法已研究多年，國際上已有標準的測試方法，但靜態(tài)測試不能反映的動態(tài)特性，因此有必要研究動態(tài)測試方法。動態(tài)特性包括很多，如信噪比（）、信號與噪聲失真之比（）、總諧波失真（）、無雜散動態(tài)范圍（）、雙音互調失真（）等。本文討論了利用數(shù)字方法對的信噪比進行測試，計算出有效位數(shù)，并通過測試

3、證明了提高采樣頻率能改善，相當于提高了的有效位數(shù)。在本系統(tǒng)中使用了，它是、單供電的流水線型低功耗。 測試系統(tǒng)原理    傳統(tǒng)的動態(tài)測試方法是用高精度來重建輸出信號，然后用模擬方法分析（如圖所示）。但這樣的測試方法復雜、精度低、能測試的指標有限。國外從世紀年代起研究用數(shù)字信號處理技術對進行動態(tài)測試，主要方法有正弦波擬合法、法、直方圖法等，而國內這方面的研究則剛剛起步。    本文介紹的測試系統(tǒng)是利用作者開發(fā)的數(shù)字信號處理機中的及其仿真系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理及顯示，從而構成可編程、數(shù)字化的性能測試系統(tǒng)。

4、60;   在該信號處理機中，首先采用兩路進行、正交采樣；然后用并行系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的運算、求模以及恒虛警處理；最后將結果通過并口傳給筆記本電腦進行顯示。實時信號處理機原理框圖如圖所示。其中，芯片是，主頻為。它可以通過接口與機相連。機上運行的在線仿真軟件，能夠實時地控制的運行，并將處理結果以數(shù)據(jù)或圖形的方式顯示或存儲起來。    前面講過，過去對進行測試是用模擬方法(如圖)，并且需要高性能的轉換器?，F(xiàn)在則利用計算機進行數(shù)字信號處理，可以實現(xiàn)數(shù)字化的測試?，F(xiàn)取處理機中的一路搭建測試系統(tǒng)，如圖所示。   

5、; 在本測試系統(tǒng)中，使用信號發(fā)生器產生單頻正弦信號，。采樣頻率由可編程邏輯器件（）產生，可產生的采樣時鐘頻率為和兩種，可對正弦信號進行整數(shù)倍采樣（倍和倍）。這里將正弦信號采樣數(shù)據(jù)取為個來進行處理。 動態(tài)指標     信噪比    對于理想的來說，在奈奎斯特帶寬內的噪聲電壓有效值可表示為根號12。表示最低位碼的權值，即的量化電壓，該值與輸入信號的幅度和頻率無關。對于一個滿度的正弦波輸入信號，理論上的信噪比()可表示為：    （）  （） 

6、0;  式中，是的位數(shù)，是采樣頻率，是模擬輸入信號的帶寬。上式右邊第三項表示增加采樣頻率（過采樣）可提高信噪比。     有效位數(shù)    實際上的誤差表現(xiàn)為靜態(tài)及動態(tài)非線性誤差，并且動態(tài)誤差隨輸入信號壓擺率的增加而變大。因此實際測量的信噪比要比理論上的小一些。計算有效位數(shù)（）可以從對方程（）的求解得到。    （）6.02N+1.76dB+10lg(fs/2B)  （）    采用技術時，噪聲既包括量化噪聲

7、，也包括采樣過程中奈奎斯特帶寬外的諧波與帶寬內信號混迭產生的噪聲。另外，因為正弦信號容易產生和便于數(shù)學分析，所以在評估的動態(tài)性能時，它是最常用的信號。     用法測試信噪比及計算有效位數(shù)    是從頻域測試信噪比的方法，步驟如下:    ()用高精度正弦波輸入被測,正弦波頻率，采樣頻率分別為和?熏正弦波頻率小于采樣頻率的一半，保證不會發(fā)生混疊。用順序記錄輸出數(shù)據(jù)。    ()接著用進行運算。當數(shù)據(jù)記錄不是包含整數(shù)個信號周期時,要加窗函

8、數(shù)來抑制頻譜泄漏。可選擇適當?shù)拇昂瘮?shù)，使信號能量集中在主瓣內，主瓣外能量可忽略。    ()根據(jù)運算的結果，首先計算信號的有效值。然后取基頻和其兩旁適當數(shù)目的采樣值,求它們的平方和的平方根。所需采樣的數(shù)目由已知的的分辨率決定。其余的頻率采樣值的平方和的平方根作為噪聲的有效值，它包括量化噪聲、的諧波噪聲、超越噪聲及的舍入誤差。有了這兩個有效值就能計算的信噪比（）：    ()    （）    其中，表示信號電平的有效值,表示噪聲電平的有效值。&#

9、160;   ()計算出信噪比后(噪聲包括高次諧波失真、雜散波失真和寬帶噪聲)，根據(jù)公式（）即可計算出的有效位數(shù)。 測試結果    利用上述測試系統(tǒng)和測試參數(shù)對采樣的數(shù)據(jù)進行運算，并按上述算法進行計算，結果表明，在時，根據(jù)公式（）得出有效位數(shù)為：    ()SNR(實際）-1.7dB-10lg(fs/2B)/6.02    (67.6-1.7)/6.02    在時，采樣頻率提高一倍，提高了左右。理論上，采樣率提高一倍時，由公式（）得：    ()()    即采樣率提高一倍，信噪比提高，相當于有效位數(shù)提高半位?？梢妼嶋H測試數(shù)據(jù)結果跟理論值基本吻合。以倍速采樣頻率和倍速采樣頻率采樣后作的結果如圖和圖所示。