IEEE標準在模數(shù)轉(zhuǎn)換器評估中的作用-基礎(chǔ)電子

精品文檔-下載后可編輯IEEE標準在模數(shù)轉(zhuǎn)換器評估中的作用-基礎(chǔ)電子我們乘坐的航班剛剛開始下降高度，這時坐在我旁邊的一位先生轉(zhuǎn)過頭來和我聊起工程學--他看到我在閱讀一本工程學期刊。這位鄰座的先生說，他是電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）會員，而他原來的志向就是希望能夠成為某個標準委員會的一員。我問他正致力于哪種標準的制定工作-它與電站安全有關(guān)。直到飛機在航站樓前停下來，我們才結(jié)束了對話，然后分道揚鑣。討論間，我談到標準非常重要，并以我所在行業(yè)的角度告訴他，我是多么吃驚的感到直到2000年我們才有了一個IEEE標準，才能對模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的規(guī)范和測試方法進行定義。

這一點值得我們注意，因為至少在20世紀20年代模數(shù)轉(zhuǎn)換便為人們所熟知，而商用ADC的出現(xiàn)卻是在20世紀60年代[1].數(shù)十年以來，ADC制造商們都在對這些設備的規(guī)范進行定義，并完全獨立地各自對這些規(guī)范進行測試。自然而然地，形成了一些關(guān)于如何測試的"標準",但仍然沒有由實體標準機構(gòu)發(fā)布的標準指導原則。

次真正的ADC標準制定工作開始于1980年，終發(fā)布了IEEE1057[2]標準，也即后來的IEEE1241[3].IEEE1241專門針對ADC器件本身，其與一整套的數(shù)據(jù)采集或者記錄系統(tǒng)完全不同。IEEE1241-2000是種真正為ADC組件制造廠商制定的標準；該標準于2022年更新。

圖1:理想的ADC傳輸函數(shù)均勻排列各個轉(zhuǎn)移點（寬度剛好為一個有效位LSB）

ADC評估的主要任務便是確定其傳輸函數(shù)。理想情況下，一個轉(zhuǎn)換器有一個同圖1所示類似的傳輸函數(shù)。圖1顯示了一個三位轉(zhuǎn)換器的傳輸函數(shù)。在理想的轉(zhuǎn)換器中，每碼寬度完全相同，并且可以畫一條直線穿過每個代碼"高原"的中點。實際上，卻并非總是這樣-由于實際傳輸函數(shù)不同于理想情況，因此確定轉(zhuǎn)移點和代碼寬度對ADC測試和特性描述至關(guān)重要。

為了尋找到真正的傳輸函數(shù)，IEEE標準建議使用幾個可能的測試步驟和方法。一種方法是利用復雜的伺服環(huán)路系統(tǒng)，其要求數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）擁有比受測ADC更高的分辨率。另一種方法是使用一個正弦波振蕩器，但必須具有比受測ADC預計信噪失真比（SINAD）高至少20dB的總諧波失真和噪聲（THD+N）。例如，一個理想的16位ADC擁有98dB的信噪比（SNR）且沒有失真（畢竟它是理想情況），那么SINAD就為98dB.要想對該ADC進行測試，要求使用一個-118dB以上THD+N的振蕩器。當你觀察高分辨率ADC時，如果正弦波發(fā)生器無法單獨完成任務，則其可能會要求使用濾波來獲得純光譜信號。

找到這種高分辨率DAC或者純光譜振蕩器，并且制造出所需的復雜測試設備，對于廣大ADC制造廠商而言，他們都愿意這樣做，而且一般也都具備這樣的能力。這些儀器中的一些十分昂貴，但如果你的業(yè)務就是制造ADC,那么這些投資都是值得的。但是對于那些正在從事ADC系統(tǒng)設計的個人而言，他們?nèi)绾蝸硗瓿葾DC的評估和測試工作呢？

許多人會轉(zhuǎn)而使用制造廠商提供的評估板和工具套件（圖2）來進行測試。利用這些系統(tǒng)，我們可以很容易地通過一條USB連接線把受測ADC連接到計算機，然后使用軟件采集數(shù)據(jù)，對其進行分析。

圖2:ADC制造廠商提供的評估板和工具套件（例如：TIADS1281EVM-PDK等）通常都有完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但缺少信號源。所提供軟件通常執(zhí)行的是類似于IEEE標準的測試。

一些人想使用評估套件得到如ADC產(chǎn)品說明書規(guī)范所示的相同結(jié)果，卻并非每次都能如愿，特別是使用高分辨率轉(zhuǎn)換器時，因為要求的正弦波發(fā)生器可能會不可用。盡管使用評估板及其軟件，常常可以得到一些有意義的結(jié)果，但也要小心謹慎。

評估硬件和分析軟件一般工作在一種術(shù)語稱作"塊模式"的模式下。在這種模式下，先收集一批固定數(shù)量的采樣，將其發(fā)送給軟件，然后軟件對該數(shù)據(jù)塊或者數(shù)據(jù)記錄進行分析。我們對大多數(shù)IEEE標準測試進行了定義，這樣它們便可以處理這些數(shù)據(jù)塊。

問題是，IEEE1241中列出的測試真能幫你對系統(tǒng)的ADC適用性進行評估嗎？如果你相信它能，那么除了在器件產(chǎn)品說明書中所看到的內(nèi)容，你還能得到什么呢？許多人認為，除看到實際運行的器件外，評估板還介紹參考設計和布局，可為你在實際系統(tǒng)中使用它提供指導。

盡管如此，對于一些人而言，IEEE1241測試卻并非是他們所需要的。根據(jù)不同的ADC類型，一些人會喜歡把評估板和軟件用作數(shù)字示波器或者圖形記錄器，持續(xù)地產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，這與逐塊數(shù)據(jù)傳輸不同。我接觸過的一些客戶努力想知道長期穩(wěn)定性或者漂移性能，他們有時會要求連續(xù)數(shù)小時甚至幾天在硬盤上記錄數(shù)據(jù)。盡管更多的還是由IEEE1057對這些應用進行規(guī)范，但沒有哪一種標準探討長期漂移或者穩(wěn)定性測試。

大多數(shù)制造廠商的評估板和軟件都不會支持這類應用或者測試。ADC組件制造廠商應該啟用其評估板和軟件來產(chǎn)生數(shù)據(jù)流和數(shù)據(jù)塊采集，并開啟其它功能來進行ADC相關(guān)標準中沒有規(guī)范