吉時(shí)利2602型數字源表數模轉換器測試實(shí)例
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為了說(shuō)明2602型數字源表在多通道、多功能測試應用中的源表能力和靈活性，讓我們看一下8-位乘法數模轉換器(DAC)的測試序列。圖1給出這個(gè)應用的測試設置。通過(guò)TSP-Link連接的每個(gè)儀器都被分配一個(gè)唯一的節點(diǎn)編號，類(lèi)似于GPIB地址。DAC實(shí)例使用兩個(gè)節點(diǎn)(節點(diǎn)1和節點(diǎn)2)，每個(gè)節點(diǎn)都有兩個(gè)源-測量單元SMU(SMU A和SMU B)。節點(diǎn)1是“主”節點(diǎn)，節點(diǎn)2是“從”節點(diǎn)?？刂破魍ㄟ^(guò)GPIB (或RS-232)發(fā)送命令或下載完整的測試腳本至主設備，主設備則通過(guò)TSP-Link向從設備發(fā)送命令。
DAC需要直流電源和基準電壓。
節點(diǎn)2的SMU A將向DAC提供+15VDC。當所有數字輸入設置為低電平時(shí)，它將測量DAC的實(shí)際供電電壓和電流，所有數字輸入設置為高電平時(shí)，再次進(jìn)行測量。節點(diǎn)2的SMU B將向VREF提供+10VDC。當所有數字輸入設置在高電平時(shí)，它將測量這個(gè)端口的輸入電阻。
DAC擁有兩個(gè)互補的電流輸出。
當一個(gè)電流源與終端電阻連接后進(jìn)行輸出時(shí)，可以將電流轉換為可測量的電壓，數字源表便可以直接對電流進(jìn)行測量。在這些輸出端測得的電平與VREF成正比，其系數取決于數字輸入值。當數字輸入均處于高位時(shí)，IOUT1是最大值，IOUT2是最小值。反之，當數字輸入都處于低位時(shí)，IOUT1是最小值，IOUT2是最大值。數字輸入將作為輸出測量函數的變量，并對其線(xiàn)性特性進(jìn)行評估。
對DAC的線(xiàn)性測量通常在靜態(tài)情況下進(jìn)行。
在DAC的數字輸入端加入輸入代碼，而且如有必要，可以選通被測DAC將測試數據傳入該DAC。在我們實(shí)例中的DAC不需要進(jìn)行選通（只有一個(gè)DAC）。節點(diǎn)1的數字I/O(1～8位)為DAC提供數字輸入。節點(diǎn)1 DIO的剩余6位以及節點(diǎn)2的所有14位都可以用作觸發(fā)或數字控制。如圖1所示，節點(diǎn)1的數字端口可能與組件分揀機進(jìn)行交互，以控制分類(lèi)裝箱操作。在輸入測試代碼之后DAC將生相應輸出信號，然后進(jìn)行若干次測量，以避免噪聲的出現，并對平均輸出電流或平均輸出電壓進(jìn)行記錄。經(jīng)過(guò)適當的建立時(shí)間后，節點(diǎn)1的SMU A將對IOUT1進(jìn)行測量，節點(diǎn)1的SMU B將對IOUT2進(jìn)行測量。數字源表的內置數字濾波器將自動(dòng)對每個(gè)輸出讀數的5個(gè)測量結果進(jìn)行平均。
圖1. 利用2602型數字源表對8位乘法數模轉換器進(jìn)行測試的設置
可以對以下幾個(gè)線(xiàn)性參數進(jìn)行評估：
最低有效位(LSB)的大小就是輸入增加1時(shí)，輸出變化的數量。
其中，FSR是轉換器的滿(mǎn)量程范圍，n是位數(分辨率)。
偏移誤差是當數字輸入為零時(shí)額定偏移點(diǎn)與實(shí)際偏移點(diǎn)之間的差異。額定偏移是零，因此偏移只不過(guò)是當數字輸入為零時(shí)測得的電流或電壓輸出。偏移誤差對所有測量讀數都帶來(lái)相同誤差，它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。作為INL測量的一部分，偏移誤差等于計算的截距值。
增益誤差是當數字輸入為滿(mǎn)量程且偏移誤差已被校正到零時(shí)，有關(guān)傳輸函數的額定增益值與實(shí)際增益值之間的差異。增益誤差表示實(shí)際傳輸函數與理想傳輸函數斜率之間存在的差異，因此每一步進(jìn)的誤差百分比都是相同的，它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。
積分非線(xiàn)性(INL)描述了DAC實(shí)際傳輸函數與理想直線(xiàn)之間的差值。對于DAC來(lái)說(shuō)，這個(gè)差異要在每個(gè)階躍進(jìn)行測量。理想直線(xiàn)可以是實(shí)際傳輸函數的最佳配適直線(xiàn)，通過(guò)這種方式算得的誤差最??；也可以是傳輸函數兩個(gè)端點(diǎn)之間的連線(xiàn)。它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。
利用下面的公式可以計算INL，單位為L(cháng)SB:
其中，CODE是施加的數字輸入，ICODE是對給定CODE的輸出電流（或電壓），SLOPE是基準直線(xiàn)的斜率，INTERCEPT是基準直線(xiàn)在Y軸的截距，計算出的INL以L(fǎng)SB為單位。如果使用最佳適配基準線(xiàn)，則通過(guò)線(xiàn)性回歸來(lái)計算斜率和截距。如果使用基于端點(diǎn)的基準線(xiàn)，那么斜率的計算方法如同LSB(FSR = IMAXCODE
– IMINCODE)，而且得到同樣數值；在這種情況下，截距是當數字輸入為零時(shí)，也就是CODE =0時(shí)，測得的轉換器偏移電流（或電壓）。
微分非線(xiàn)性(DNL)是實(shí)際階躍高度與1LSB理想值之間的差異。因此，如果實(shí)際階躍高度恰好是1LSB,那么DNL誤差為零。DNL的目標值(≤1LSB)確保DAC的單調性。這意味著(zhù)沒(méi)有數據丟失，因為輸出始終隨著(zhù)數字輸入而變化；它隨著(zhù)數字輸入的增加而增加，并隨著(zhù)數字輸入的減少而減少。它以L(fǎng)SB單位或者滿(mǎn)量程范圍百分率表示。利用下面的公式可以計算DNL，單位為L(cháng)SB:
其中，ICODE是對給定CODE的輸出電流（或電壓），ICODE-1是前一次代碼輸入時(shí)測得的電流（或電壓）。
對于我們的DAC測試實(shí)例，偏移、增益誤差以及INL與DNL將由測量完成后的輸出確定。對于IOUT1，將利用最佳適配直線(xiàn)方法對INL進(jìn)行估值，對于IOUT2，將利用端點(diǎn)直線(xiàn)方法進(jìn)行估值。
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