A/D轉(zhuǎn)換芯片的測(cè)試環(huán)境構(gòu)成及測(cè)試方法

所謂的混合信號(hào)測(cè)試,是指對(duì)A/D、D/A、鎖相環(huán)等兼有數(shù)字和模擬兩種信號(hào)的混合電路芯片的測(cè)試?；旌闲盘?hào)測(cè)試的測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)、費(fèi)用高、測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在實(shí)現(xiàn)上具有一定的難度。而數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)有著出色的測(cè)試能力,如足夠的向量深度、靈活的數(shù)據(jù)格式、常規(guī)的交直流參數(shù)測(cè)試能力等。添加必要的程控模擬源以及模擬信號(hào)測(cè)試設(shè)備,運(yùn)用系統(tǒng)集成的方法,用高信噪比的數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)以及帶有GPIB或VXI接口的設(shè)備構(gòu)造A/D、D/A等轉(zhuǎn)換芯片的測(cè)試環(huán)境,完全可以擴(kuò)展到混合信號(hào)電路的測(cè)試領(lǐng)域,可以在一定程度上解決混合信號(hào)測(cè)試的問(wèn)題。

由NI公司出品的Labview語(yǔ)言,是一種圖形化編程語(yǔ)言,也是最通用的工程測(cè)試語(yǔ)言。Labview本身附帶的軟件包提供了大量帶有GPIB接口的可程控測(cè)試設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序,在測(cè)試程序中添加這些現(xiàn)成的驅(qū)動(dòng)程序模塊,很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)外部設(shè)備的操作,使軟件編寫(xiě)變得非常簡(jiǎn)單;Labview庫(kù)函數(shù)中的DSP函數(shù),可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,作頻譜分析。

選用Labview構(gòu)成測(cè)試的軟件環(huán)境,運(yùn)用系統(tǒng)集成的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)向混合信號(hào)測(cè)試的擴(kuò)展,可以依據(jù)不同的測(cè)試品種和測(cè)試要求,對(duì)系統(tǒng)靈活地加以配置,不管是軟件編寫(xiě)還是硬件集成都非常方便、靈活、快捷。在構(gòu)筑測(cè)試系統(tǒng)時(shí),要充分考慮到以下三方面問(wèn)題:系統(tǒng)中各部分的同步協(xié)調(diào)工作、降低系統(tǒng)噪聲、阻抗匹配。

1 A/D轉(zhuǎn)換芯片的測(cè)試環(huán)境構(gòu)成

1.1 硬件構(gòu)成

測(cè)試系統(tǒng)的硬件框圖如圖1。該系統(tǒng)的工作原理是:在SUN工作站運(yùn)行的測(cè)試程序通過(guò)GPIB接口程控任意波形發(fā)生器產(chǎn)生所需要的測(cè)試波形；由數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生測(cè)試A/D轉(zhuǎn)換芯片所必需的數(shù)字激勵(lì)并獲取數(shù)字響應(yīng)信號(hào)。在測(cè)試過(guò)程中,每次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)提供任意波形發(fā)生器的時(shí)鐘脈沖信號(hào),保證測(cè)試的同步進(jìn)行,同時(shí)讀入A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出信號(hào);測(cè)試完畢后從數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)存中讀出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù),并進(jìn)行處理。

高分辨率A/D的測(cè)試對(duì)測(cè)試系統(tǒng)本身的噪聲性能有較高的要求。測(cè)試系統(tǒng)必須具有分辨小信號(hào)的能力,如果系統(tǒng)噪聲太大,濾波不干凈,就會(huì)扭曲測(cè)試結(jié)果,甚至無(wú)法進(jìn)行測(cè)試。我們使用的數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)為IMS公司的ATS60E測(cè)試系統(tǒng),信噪比可達(dá)到90～124dB,可以測(cè)試16 Bit音頻A/D,完全可以滿(mǎn)足測(cè)試的要求。而且系統(tǒng)除了圖表化的編程界面外,還提供Labview以及C語(yǔ)言的編程環(huán)境,很容易對(duì)測(cè)試過(guò)程進(jìn)行控制。

任意波形發(fā)生器內(nèi)部的存儲(chǔ)空間存儲(chǔ)數(shù)字化的波形,輸出時(shí)通過(guò)D/A將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。一般來(lái)說(shuō),輸出頻率和分辨率兩個(gè)指標(biāo)不可兼得?？梢愿鶕?jù)測(cè)試的A/D品種選擇高速、低分辨率或低速、高分辨率的設(shè)備。對(duì)普通的音頻A/D來(lái)說(shuō),Pragmatic 2711(16位，2MHz)是較好的選擇。任意波形發(fā)生器產(chǎn)生的A/D常用測(cè)試波形一般有斜波(或三角波)和正弦波兩種:斜波主要用來(lái)測(cè)量靜態(tài)參數(shù),正弦波用來(lái)測(cè)動(dòng)態(tài)參數(shù)。在任意波形發(fā)生器后接高階有源濾波器,以平滑由于波形發(fā)生器內(nèi)部D/A存在量化誤差所產(chǎn)生的測(cè)試波形上的鋸齒,減少測(cè)試信號(hào)的失真。對(duì)高頻電路測(cè)試,一般的測(cè)試系統(tǒng)阻抗都為50Ω,要充分考慮到阻抗匹配的問(wèn)題,以保證信號(hào)的最大通過(guò)和最小反射。

1.2 軟件構(gòu)成

測(cè)試軟件分兩部分:IMS-ATS60E數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)的IMS測(cè)試程序及Labview測(cè)試程序(見(jiàn)圖2)。

數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng)的IMS測(cè)試程序完成如下功能:重復(fù)進(jìn)行若干次測(cè)試,每次測(cè)試都產(chǎn)生A/D的轉(zhuǎn)換控制信號(hào),同時(shí)提供一個(gè)數(shù)字信號(hào)作為系統(tǒng)同步時(shí)鐘,并捕獲轉(zhuǎn)換結(jié)果;對(duì)電路的數(shù)字部分進(jìn)行常規(guī)的交、直流參數(shù)測(cè)試。

Labview測(cè)試程序完成的功能有:初始化波形發(fā)生器,包括寫(xiě)入測(cè)試波形,設(shè)置時(shí)鐘同步方式、波形幅度、偏壓等,產(chǎn)生的波形幅度為待測(cè)A/D滿(mǎn)幅輸入時(shí)模擬信號(hào)的幅度;控制數(shù)字電路測(cè)試系統(tǒng),調(diào)用測(cè)試程序并進(jìn)行測(cè)試,最后從數(shù)字測(cè)試系統(tǒng)的內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理。