ADC性能參數(shù)與測(cè)試方法

CDS:correlateddoublesamplerVGA:variablegainamplifierAFE:AFE(ActiveFrontEnd)整流/回饋單元的功能.其主動(dòng)的含義在于，與傳統(tǒng)的二極管或可控制硅整流技術(shù)相比，主動(dòng)前端不再是被動(dòng)地將交流轉(zhuǎn)變成直流，而是具備了很多主動(dòng)的控制功能。它不僅能消除高次諧波，提高功率因數(shù)，而且不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響，具有卓越的動(dòng)態(tài)特性。ADC性能指標(biāo)：直流性能：INL:積分非線性誤差。指的是實(shí)際的傳輸特性與理想傳輸特性的在垂直方向上的最大差值，它表示了實(shí)際轉(zhuǎn)移曲線偏離理想曲線的程度。INL=|[(Vd-Vzero)/Vlsbideal]-D|，其中0<D<2n-DNL:微分非線性誤差。DNL=|[(Vd+「勺/匕皿血-1]|，其中0<D<2n-2較高數(shù)值的DNL增加了量化結(jié)果中的噪聲和寄生成分，限制了ADC的性能，表現(xiàn)為有限的信號(hào)-噪聲比指標(biāo)(SNR)和無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍指標(biāo)(SFDR)。抖動(dòng)：，抖動(dòng)轉(zhuǎn)唉爵的時(shí)鐘對(duì)采樣近W(可以是上升沿或一降泠.取決=特定她*[:轉(zhuǎn)唉雄)進(jìn)行汗對(duì).會(huì)產(chǎn)三標(biāo)■準(zhǔn)停差‘這神時(shí)鐘的不勇定忙會(huì)導(dǎo)致其挾誤差,同時(shí)常來(lái)罵巷器澡聲的贈(zèng)大°豎建器的綜合抖萄包指禮哇抖動(dòng)和時(shí)鐘抖動(dòng).公直■為：4=而?+1j其申：,4是孔輕抖動(dòng)拘均方根：*:匚是時(shí)鐘抖胡的坊方根孔桎抖的藏三鐘抖卻之間沒(méi)有相互的美聯(lián).因此這何血可以合井與為一虱寫委平方和豹開方■rssn道常情況丁.玳帽動(dòng)拘影響EtA/D黃建黠孔豎料動(dòng)影響的數(shù)倍，因此，時(shí)鐘料動(dòng)決定了系統(tǒng)豹料動(dòng)噪聲裝=同時(shí)時(shí)鐘料動(dòng)會(huì)對(duì)黃建器皺中頻和高頻段的寫喋比SNR產(chǎn)三影]禮而孔哇抖動(dòng)與采欄系■統(tǒng)的時(shí)鐘料動(dòng)斯會(huì)起來(lái).時(shí)黃決器整個(gè)頻段蛇蠟澡比SNR都會(huì)產(chǎn)生影州°抖的時(shí)黃快器莒澡比SNR產(chǎn)蛀曲影響可以寫為，$陽(yáng)=201四，叫日司其中,:是時(shí)鐘抖動(dòng)和禮傳抖動(dòng)；?「是黃建器的時(shí)鐘頓率交流分析方法:SNR：信噪比?；l與耐克斯特頻率以內(nèi)的所有噪聲信號(hào)（不包括基頻的諧波）總和的比。THD：總諧波失真?；l與所有基頻的諧波總和的比（dBc）。IEEE規(guī)定至少要包含9次諧波。SINAD：基頻與耐克斯特頻率以內(nèi)的所有噪聲和基頻的諧波的總和只比。SINAD反應(yīng)了量化過(guò)程產(chǎn)生的噪聲、非線性產(chǎn)生的噪聲和其他噪聲。SFDR：無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍?；l的RMS值與最大諧波的值只比（dBc）。IEEE1241-2000規(guī)定了用正弦波測(cè)試ADC性能的方法。直流分析方法：FFT和直方圖的比較：在低頻輸入下，由于輸入近似直流，F(xiàn)FT不能起到多大作用。我們關(guān)心的是ADC的輸出有多大可信程度。這時(shí)可以對(duì)ADC輸入直流，分析ADC的輸出數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性。"=\客皿5直方圖：得到標(biāo)準(zhǔn)差 ' 。謬是平均值。標(biāo)準(zhǔn)差等于ADC在直流輸入下的RMS噪聲。在使用直方圖法的時(shí)候，可以在輸入ADC量程內(nèi)的所有值。這個(gè)輸入可以是斜坡信號(hào)（難實(shí)現(xiàn)），也可以是正弦信號(hào)（容易實(shí)現(xiàn)）。為了使每個(gè)code能夠有足夠的數(shù)量，正弦信號(hào)至少要重復(fù)50次以上。以一個(gè)16bit的ADC為例，總共要產(chǎn)生50*（2"16）=3276800個(gè)數(shù)據(jù)。PEAKTOPEAK:反映了噪聲的峰峰值。平均值：反映了偏差。ADANALYZERADCAnalyzer程序是用來(lái)評(píng)估ADC性能的。配合“ADCFIFO評(píng)估工具箱”，它能夠評(píng)估一個(gè)評(píng)估板的性能。它也集成了ADC行為模型工具“ADCsimADC”讓用戶評(píng)估一個(gè)虛擬的評(píng)估板，讓用戶可以不用實(shí)際的板子，只用電腦就可以評(píng)估ADC性能。把“被評(píng)估板”與“FIFO評(píng)估板”連接，“FIFO”連在電腦上，供電。把模擬輸入（低噪聲的正弦波）給ADC。開始ADCAnalyzer，選擇或創(chuàng)建一個(gè)配置文件。點(diǎn)擊TimeData，可在電腦中看到重建的輸入信號(hào)。它可以測(cè)試的項(xiàng)目有：時(shí)域還原輸入信號(hào)A\'rCCiAnalogvoltage setunderConfig->PowerSupply(fordisplaypurposesonly).DVCC：Digitalvoltage1眺e1,setunderConiig->PowerSupply(fordisplaypurposesonly).Encode;ADC'clockrate(MSPS),setunderConfig>FFT.Analog：C'akulatedanaloginputfrequency(MHz).Min：Miiiiininnoutputcodeproducedbytheanaloginput.Max:MaximumoutputcodeproducedbytheanaloginputLRangezTherangeofthecodesproducedbytheanaloginput.Average：Averagevaluenfthecodes;maybeinterpretedasthecommonmokleLOffset:Thedifferencebetweenthea\Trageandtheidealmediancodevalue.I7S:Ful]-scale匚oderange,equalto2",vspherenisthemimherofhits.Samples:Numberofsamplestaken,detenniiieLlbyb'bTOnfiguration(Config>FFT).頻域信號(hào)(FFT)；AVCC：AnalogvoltageIeye],setmiderConfig>PowerSupply(fordisplaypurposeson.lv).DVrCC；Digitalvoltagelevel,setunderConGg>PowerSupply(fbrdisplaypurposesonly).EncoderADCclockrate(MSP￡)?setunderConfig>FFT.Analog；Calculatedanaloginputfrequency(MHz).InIFsamplingapplications,theana]nginputiscalculatedbacktnthefirstNyquistzone.Notethattheencoderatemusthf能tproperlyintheConfig>FFTmenu.SNR：Signal-tn-iiniseratio(dB).SNRrSzSignal-to-nniseratiofullscale(dBFS).UD5NR：Userdefinedsigml-to-noiseratio(dB).NF:Noisefigure(dB).SINAD：ilgnal-to-noiseanddistortinli(dB),Fund.:LeteIofthefundamental(highest)tone(dBFS).Image:Leve]ofimageCnnnhannoiticJspur(dBc).NotethatimugcisvalidonlywhenusingdemultiplexedADCs*Second:Levelofthesecoiitlharmonic(dBc)ofthefuiidanieuta].Third：Levelofthethirdharmonic(dBc)ofthefundamental(Fourth：Lcve1ofthefourth,harmonic(dBc)ofthefundamentaLFifth;Levelofthefifthharmonk(dBc]ofthefuiidamciitaLSheth:Levelofthesixthharmonic(dBc)ofthefundamentaLU^bSpur:Levelofthewoutspurnotinc111dingthefirstsixharmonics(dB匚｝,IHD；Totalharmonicdistortion(dB匚).SFDR:Spurious-freedynamicrang?(dBc).Noi&eFlo-or：Levelnfthenoisefloor(dBFS).SamplcszNumberofsainpiestaken,determinedbyFFTcoiifiguration,setunderConfig>FFT.ADanalyzer能做的處理有：HilberttransformI&Q輸出peakhold:可計(jì)算幾個(gè)采樣里面的peak值。輸出peakFFTdata。power/phase：把FFT信號(hào)轉(zhuǎn)為power/phase信號(hào)。waveformanalysis:分析時(shí)域里的最大、最小、average。CCD工作波形:ADCAnalog為了檢驗(yàn)該軟件的計(jì)算能力，嘗試使用excel生成兩組數(shù)據(jù)，仿真ADC的真實(shí)輸出數(shù)據(jù)。再把這個(gè)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ADCAnalog中，看它的分析結(jié)果。例1：假定對(duì)一個(gè)14bitADC輸入“頻率0.1MHz，滿幅值，2000個(gè)采樣點(diǎn)”的正弦波，得到理想ADC在量化之后輸出的數(shù)字序列。這個(gè)序列我使用EXCEL來(lái)仿真生成，公式是“8192*SIN(2*PI()*A1)+8192”。把它生成的數(shù)據(jù)取整數(shù)，導(dǎo)入ADCAnalog中做FFT，生成下圖：

nAF^TDevice=KD0461Bate-20L3-&-19line=9:20:21Fr￡：q?j.czicy—100111HzSaTiples二nAF^TDevice=KD0461Bate-20L3-&-19line=9:20:21Fr￡：q?j.czicy—100111HzSaTiples二20C01SHR=dJSNRK=6CEdlSIWAD=-L.352dieDCFrequency=0MHzDCPowar=-丑.ELdBFSFund.Frequency=0.3NHc:ImdFower=~1.45TdlFSFundBins=21Harm2Pover=—30.153IBuHarm6Tover=_30.153dBcYorstOtherFrequency=0.1NHiQthurFowar二-11279dBFSloise/He-03.05dUFS/HzAverageBluKoisg=-4&D61dBISTHD=-8.ITdBcSFDR=3.622dB匚95K190K ^5K2BDK 475K 570K GG5K 7EDKH：irm3FwerHarm4FoverHa-m5Pov-ar二-9.5T-IBc二-30.153dBc=-L4.OTfllEc3口口.性8K3｛弓-IIP.舶9dE軟件默認(rèn)以最大幅值的頻率作為基頻?？梢允謩?dòng)修改成任意頻率，修改后SNR等相關(guān)數(shù)值會(huì)重新計(jì)算。把基頻修改成0.1MHz后見下圖，可看出SNR、SNRFS、SINAD、THD的值變了：Device=AI9牝Device=AI9牝1Hate=2013-6-19Time=9:35:10S4iropLgFre^ueMy=1DOMHzS4iropLts=￡0001SMB=-2.534.dBSMFFE=8.7T2dfiSIMM=-7079BCFreauency=0NHzBCFover=FG.755dBISiTiridFrequency=0.111HzTxixidPower=LU.3ffiIDESFund.Bins=21Hsrni2Foter=-25.448dBcHmn3Fewer=3.957OcH，ite4Fewer=-25.440dBuHmn5Fewer二-0.S9OcHirmBFewar--25.448tSBcYflrstOtherFreaneric/=0.7NHzYflrstOtherPower=-14.533dEFSlaise/Hz二-i32.195OFS，HzAverageDinKoise=-45.SD&dEFS7JW=5.SDLiBcSPUR=-3.857朋匚1C0K203K 印DK 403K330K.600K70。KBOOK■103例2.對(duì)例1中的信號(hào)加入一個(gè)0.7MHz的噪聲，同樣用excel仿真生成2000個(gè)數(shù)據(jù)，公式“4000*SIN(2*PI()*C1)+8192+90*SIN(14*PI()*C1+1)”。把數(shù)