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(chǎn)生單頻正弦信號，。采樣頻率由可編程邏輯器件（）產(chǎn)生，可產(chǎn)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(chǎn)生的噪聲。另外，因為正弦信號容易產(chǎn)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?？蛇x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。