高速ADC的性能測(cè)試

1、高速ADC的性能測(cè)試                摘要：針對(duì)某信號(hào)處理機(jī)中的高速A/D轉(zhuǎn)換器（ADC）的應(yīng)用，利用數(shù)字信號(hào)處理機(jī)的硬件平臺(tái)，采用純正弦信號(hào)作為輸入信號(hào)，用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）控制采樣，并將AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，進(jìn)行FFT變換，進(jìn)而來分析ADC的信噪比及有效位數(shù)。該測(cè)試方法具有全數(shù)字、可編程、精確度高等優(yōu)點(diǎn)，是較為先進(jìn)的測(cè)試方法。        關(guān)

2、鍵詞：AD轉(zhuǎn)換器 信噪比 有效位數(shù) FFT DSP    目前的實(shí)時(shí)信號(hào)處理機(jī)要求盡量靠近視頻、中頻甚至射頻，以獲取盡可能多的目標(biāo)信息。因而，的性能好壞直接影響整個(gè)系統(tǒng)指標(biāo)的高低和性能好壞，從而使得的性能測(cè)試變得十分重要。    靜態(tài)測(cè)試的方法已研究多年，國際上已有標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，但靜態(tài)測(cè)試不能反映的動(dòng)態(tài)特性，因此有必要研究動(dòng)態(tài)測(cè)試方法。動(dòng)態(tài)特性包括很多，如信噪比（）、信號(hào)與噪聲失真之比（）、總諧波失真（）、無雜散動(dòng)態(tài)范圍（）、雙音互調(diào)失真（）等。本文討論了利用數(shù)字方法對(duì)的信噪比進(jìn)行測(cè)試，計(jì)算出有效位數(shù)，并通過測(cè)試

3、證明了提高采樣頻率能改善，相當(dāng)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(cè)試系統(tǒng)原理    傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)試方法是用高精度來重建輸出信號(hào)，然后用模擬方法分析（如圖所示）。但這樣的測(cè)試方法復(fù)雜、精度低、能測(cè)試的指標(biāo)有限。國外從世紀(jì)年代起研究用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試，主要方法有正弦波擬合法、法、直方圖法等，而國內(nèi)這方面的研究則剛剛起步。    本文介紹的測(cè)試系統(tǒng)是利用作者開發(fā)的數(shù)字信號(hào)處理機(jī)中的及其仿真系統(tǒng)來進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理及顯示，從而構(gòu)成可編程、數(shù)字化的性能測(cè)試系統(tǒng)。

4、60;   在該信號(hào)處理機(jī)中，首先采用兩路進(jìn)行、正交采樣；然后用并行系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的運(yùn)算、求模以及恒虛警處理；最后將結(jié)果通過并口傳給筆記本電腦進(jìn)行顯示。實(shí)時(shí)信號(hào)處理機(jī)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(jī)相連。機(jī)上運(yùn)行的在線仿真軟件，能夠?qū)崟r(shí)地控制的運(yùn)行，并將處理結(jié)果以數(shù)據(jù)或圖形的方式顯示或存儲(chǔ)起來。    前面講過，過去對(duì)進(jìn)行測(cè)試是用模擬方法(如圖)，并且需要高性能的轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)在則利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的測(cè)試?，F(xiàn)取處理機(jī)中的一路搭建測(cè)試系統(tǒng)，如圖所示。   

5、; 在本測(cè)試系統(tǒng)中，使用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生單頻正弦信號(hào)，。采樣頻率由可編程邏輯器件（）產(chǎn)生，可產(chǎn)生的采樣時(shí)鐘頻率為和兩種，可對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行整數(shù)倍采樣（倍和倍）。這里將正弦信號(hào)采樣數(shù)據(jù)取為個(gè)來進(jìn)行處理。 動(dòng)態(tài)指標(biāo)     信噪比    對(duì)于理想的來說，在奈奎斯特帶寬內(nèi)的噪聲電壓有效值可表示為根號(hào)12。表示最低位碼的權(quán)值，即的量化電壓，該值與輸入信號(hào)的幅度和頻率無關(guān)。對(duì)于一個(gè)滿度的正弦波輸入信號(hào)，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(hào)的帶寬。上式右邊第三項(xiàng)表示增加采樣頻率（過采樣）可提高信噪比。     有效位數(shù)    實(shí)際上的誤差表現(xiàn)為靜態(tài)及動(dòng)態(tài)非線性誤差，并且動(dòng)態(tài)誤差隨輸入信號(hào)壓擺率的增加而變大。因此實(shí)際測(cè)量的信噪比要比理論上的小一些。計(jì)算有效位數(shù)（）可以從對(duì)方程（）的求解得到。    （）6.02N+1.76dB+10lg(fs/2B)  （）    采用技術(shù)時(shí)，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(nèi)信號(hào)混迭產(chǎn)生的噪聲。另外，因?yàn)檎倚盘?hào)容易產(chǎn)生和便于數(shù)學(xué)分析，所以在評(píng)估的動(dòng)態(tài)性能時(shí)，它是最常用的信號(hào)。     用法測(cè)試信噪比及計(jì)算有效位數(shù)    是從頻域測(cè)試信噪比的方法，步驟如下:    ()用高精度正弦波輸入被測(cè),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(huì)發(fā)生混疊。用順序記錄輸出數(shù)據(jù)。    ()接著用進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)數(shù)據(jù)記錄不是包含整數(shù)個(gè)信號(hào)周期時(shí),要加窗函

8、數(shù)來抑制頻譜泄漏?？蛇x擇適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)，使信號(hào)能量集中在主瓣內(nèi)，主瓣外能量可忽略。    ()根據(jù)運(yùn)算的結(jié)果，首先計(jì)算信號(hào)的有效值。然后取基頻和其兩旁適當(dāng)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(gè)有效值就能計(jì)算的信噪比（）：    ()    （）    其中，表示信號(hào)電平的有效值,表示噪聲電平的有效值。&#

9、160;   ()計(jì)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(jì)算出的有效位數(shù)。 測(cè)試結(jié)果    利用上述測(cè)試系統(tǒng)和測(cè)試參數(shù)對(duì)采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，并按上述算法進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，在時(shí)，根據(jù)公式（）得出有效位數(shù)為：    ()SNR(實(shí)際）-1.7dB-10lg(fs/2B)/6.02    (67.6-1.7)/6.02    在時(shí)，采樣頻率提高一倍，提高了左右。理論上，采樣率提高一倍時(shí)，由公式（）得：    ()()    即采樣率提高一倍，信噪比提高，相當(dāng)于有效位數(shù)提高半位?？梢妼?shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)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(jié)果如圖和圖所示。