模數轉換器評估:標準有意義嗎

第一次真正的 ADC 標準制定工作開(kāi)始于 1980 年，最終發(fā)布了 IEEE1057標準，也即后來(lái)的IEEE1241 。IEEE1241專(zhuān)門(mén)針對 ADC 器件本身，其與一整套的數據采集或者記錄系統完全不同。IEEE1241-2000 是第一種真正為 ADC 組件制造廠(chǎng)商制定的標準;該標準于 2010 年更新。

　　圖 1 理想的 ADC 傳輸函數均勻排列各個(gè)轉移點(diǎn)(寬度剛好為一個(gè)最低有效位LSB)

　　ADC 評估的主要任務(wù)便是確定其傳輸函數。理想情況下，一個(gè)轉換器有一個(gè)同圖1所示類(lèi)似的傳輸函數。圖 1 顯示了一個(gè)三位轉換器的傳輸函數。在理想的轉換器中，每碼寬度完全相同，并且可以畫(huà)一條直線(xiàn)穿過(guò)每個(gè)代碼“高原”的中點(diǎn)。實(shí)際上，卻并非總是這樣—由于實(shí)際傳輸函數不同于理想情況，因此確定轉移點(diǎn)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，IEEE標準建議使用幾個(gè)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，其要求數模轉換器 (DAC) 擁有比受測 ADC 更高的分辨率。另一種方法是使用一個(gè)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(gè)理想的 16 位 ADC 擁有 98 dB 的信噪比 (SNR) 且沒(méi)有失真(畢竟它是理想情況)--那么 SINAD 就為 98dB。要想對該 ADC 進(jìn)行測試，要求使用一個(gè) –118dB 以上 THD+N 的振蕩器。當你觀(guān)察高分辨率 ADC 時(shí)，如果正弦波發(fā)生器無(wú)法單獨完成任務(wù)，則其可能會(huì )要求使用濾波來(lái)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(chǎng)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(wù)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 系統設計的個(gè)人而言，他們如何來(lái)完成 ADC 的評估和測試工作呢?

　　許多人會(huì )轉而使用制造廠(chǎng)商提供的評估板和工具套件(圖 2)來(lái)進(jìn)行測試。利用這些系統，我們可以很容易地通過(guò)一條USB連接線(xiàn)把受測 ADC 連接到計算機，然后使用軟件采集數據，最后對其進(jìn)行分析。

　　圖 2 ADC 制造廠(chǎng)商提供的評估板和工具套件(例如：TI ADS1281EVM-PDK 等)通常都有完整的數據采集系統，但缺少信號源。所提供軟件通常執行的是類(lèi)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(shuō)明書(shū)規范所示的相同結果，卻并非每次都能如愿，特別是使用高分辨率轉換器時(shí)，因為要求的正弦波發(fā)生器可能會(huì )不可用。盡管使用評估板及其軟件，常?？梢缘玫揭恍┯幸饬x的結果，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(yǔ)稱(chēng)作“塊模式”的模式下。在這種模式下，先收集一批固定數量的采樣，將其發(fā)送給軟件，然后軟件對該數據塊或者數據記錄進(jìn)行分析。我們對大多數 IEEE 標準測試進(jìn)行了定義，這樣它們便可以處理這些數據塊。

　　問(wèn)題是，IEEE1241 中列出的測試真能幫你對系統的ADC 適用性進(jìn)行評估嗎?如果你相信它能，那么除了在器件產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中所看到的內容，你還能得到什么呢?許多人認為，除看到實(shí)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(shí)際系統中使用它提供指導。

　　盡管如此，對于一些人而言，IEEE1241測試卻并非是他們所需要