信號處理機的高速ADC模塊動(dòng)態(tài)性能在線(xiàn)測試

　　摘要：在設計信號處理機的工作中,需要分析模數轉換電路模塊對整個(gè)系統的影響。本文介紹了一種基于DSP技術(shù)在線(xiàn)測試信號處理機的高速ADC轉換電路動(dòng)態(tài)性能參數的方法。該方法利用信號處理機的本身的DSP數據采集系統，實(shí)時(shí)采集標準測試信號。再利用matlab軟件對數據進(jìn)行頻譜分析，計算出高速ADC模塊的SENAD，SNR 等幾個(gè)主要的動(dòng)態(tài)參數。實(shí)現了電路板的ADC器件及周邊電路的性能進(jìn)行在線(xiàn)評估，對工程實(shí)踐有一定的指導作用。

　　關(guān)鍵字：ADC；動(dòng)態(tài)性能；DSP；matlab；在線(xiàn)測試

　　高速ADC是信號處理機的不可欠缺的組成部分，其性能的好壞對信號處理系統的整體性能也至關(guān)重要。通常ADC的技術(shù)參數是由生產(chǎn)廠(chǎng)商提供，可作為設計的重要依據，但是在電路板上形成的ADC模塊的性能如何，還與ADC的周邊電路或輸入信號密切相關(guān)，比如參考電壓源、取樣時(shí)鐘、輸入運算放大器以及電源，地線(xiàn)和信號線(xiàn)上的干擾等。因此有必要在線(xiàn)評估高速ADC模塊的動(dòng)態(tài)性能，分析其對信號處理機系統性能的影響。本文介紹了一種在信號處理機實(shí)際設備上在線(xiàn)評估高速ADC模塊的動(dòng)態(tài)性能的的方法。該方法利用信號處理機本身的數據采集能力，通過(guò)在模擬輸入端增加標準測試信號，經(jīng)過(guò)AD轉換后，由信號處理機的DSP讀入轉換結果，通過(guò)DSP仿真系統將數據讀入PC機，然后利用MATLAB軟件對數據進(jìn)行頻譜分析，最終計算出SNR，SENAD等幾項動(dòng)態(tài)參數。本文還給出了具體測試結果及其分析，并對高速ADC模塊設計給出了一些意見(jiàn)。

　　一、高速ADC的動(dòng)態(tài)性能參數

　　評估ADC動(dòng)態(tài)性能的主要參數定義如下：

　　1、信噪比(dB)

　　其中Asignal為滿(mǎn)幅度正弦模擬輸入信號的均方根值，Anoise為所有噪聲源之和的均方根。

　　2、信噪失真比（SINAD）

　?。╠B）

　　其中AHarmonic為各次諧波（除直流外）的頻率分量的均方根之和。

　　3、有效比特位數（ENOB）

　　其中N是轉換電路的量化比特位數，A測量誤差下為測量噪聲平均值，A測量誤差為量化誤差平均值。

　　4、總諧波失真其中，AF_IN為輸入信號基波的均方根值，AHD_2下至AHD_N為采樣所得信號頻域中2次到N次諧波分量的均方根值。

　　5、無(wú)雜散動(dòng)態(tài)范圍其中，AF_IN為輸入信號基波分量的均方根值，AHD_MAX為采樣波形頻譜中最大失真諧波分量或最大雜散信號的均方根值。

　　通過(guò)這些參數的定義，可以看出高速ADC電路的大部分動(dòng)態(tài)參數能在頻域上表現出來(lái)；所以對高速ADC電路進(jìn)行頻域的測試可以獲得相應的動(dòng)態(tài)性能參數。

　　二、傳統的測試方法

　　傳統測試中，利用一個(gè)精度比被測模數轉換電路精度高2位以上的DAC產(chǎn)生一個(gè)單頻正弦波作為被測模數轉換電路的測試信號，在被測電路的后端也接一個(gè)DAC將波形恢復。如圖1。

　　圖1傳統測試結構

　　這種測試結構簡(jiǎn)單，直觀(guān)。但是在工程實(shí)踐中為了評估模數電路必須增加一塊DAC電路，會(huì )與實(shí)際模塊連接困難和引入DAC的誤差。因此在線(xiàn)評估不好采用。

　　三、基于DSP技術(shù)的測試方法

　　利用DSP技術(shù)可構成簡(jiǎn)便且準確的測試結構，在A(yíng)DC電路的后端利用數字信號處理器將輸出數據采集保存起來(lái)，然后利用DSP仿真設備的JTAG接口將數據傳送到PC機中，利用Matlab軟件進(jìn)行相關(guān)頻域處理，以獲得高速模數轉換電路的實(shí)際轉換特性參數。結構如圖2所示。

　　圖2 基于DSP技術(shù)的測試結構

　　在這里用基于DSP的頻域分析工具替代了模擬的測試儀表，可以提供更高精度及可重復觀(guān)察的測試結果。將數據采集到PC機中后，在Matlab這一平臺中將時(shí)域的離散信號波形通過(guò)DFT（FFT）算法轉換到頻域。在頻域中根據定義求出相關(guān)的動(dòng)態(tài)性能參數。在輸入信號沒(méi)有失真的理想情況下，輸入模擬量為正弦波時(shí)，輸出頻譜應為頻率等于輸入頻率的沖激函數圖形。事實(shí)上，ADC的量化誤差，轉換器內部各種噪聲，甚至包括測試系統噪聲，都會(huì )在頻譜圖上噪聲背景中體現出來(lái)?；贔FT信號分析的基本函數就是FFT本身和功率譜。FFT 算法中假設離散時(shí)間序列可以精確地在整個(gè)時(shí)域進(jìn)行周期延拓，所有包含該離散時(shí)間序列的信號為周期函數，周期與時(shí)間序列的長(cháng)度相關(guān)。然而如果時(shí)間序列的長(cháng)度不是信號周期的整數倍，即，就會(huì )發(fā)生頻譜泄漏。這里是輸入信號頻率；Fsample是采樣頻率；Nwndows窗函數長(cháng)度；Nrecord采樣信號數據長(cháng)度。在測試中一般選用采用漢寧(Hanning)窗函數，以減少頻譜泄漏。