一種用于CMOS圖像傳感器集成ADC的性能測試系統

該浴盆曲線(xiàn)的橫坐標代表了0到1 024(210)個(gè)數字碼點(diǎn)，縱坐標代表了輸出為該數字碼的個(gè)數。在理想情況下，數字碼分布的概率密度函數為：

其中FSR代表ADC的滿(mǎn)量程范圍，n代表數字碼的序號，N代表分辨率。這樣理想情況下和實(shí)際測量的輸出特定的數字碼個(gè)數之差就可以得出DNL，而將DNLk求和即能得到INL的誤差值。

1.2.2 FFT分析法

FFT法是對時(shí)域采集的一組數據進(jìn)行FFT運算，得到采樣信號的傅立葉頻譜，然后從頻譜中得到信號、噪聲及諧波分量的功率，經(jīng)加工計算可得到SNR、THD、SINAD、ENOB、SFDR這些動(dòng)態(tài)參數。在實(shí)際測試過(guò)程中，需要應用相關(guān)采樣原理，即必須滿(mǎn)足如下公式：

式中，M為采樣周期數，必須為奇數，N為總采樣點(diǎn)數，對于FFT算法必須為2的冪。ft為輸入模擬正弦波頻率，fs為采樣頻率。同時(shí)為了獲得最佳測試效率和減少測試時(shí)間，M和Ⅳ要求不可約分，而且為了保證FFT變換一定的故障覆蓋率，N取值不能太小。

1.3 測試系統組成

文中所測10bit、8Msps ADC主要用于CMOS圖像傳感器的芯片級數字輸出，其結構為流水線(xiàn)型，輸入信號擺幅為Vp-p為2.4 V，共模電壓為2.5 V，這意味著(zhù)模擬輸入電壓范圍是1.3～3.7 V。這樣模擬輸入精度就是1LSB=(Vinmax-Vinmin)/2n=2.34 mV(n為數字輸出位數)，為了能測試這樣精度的芯片，我們需要輸入更高精度的模擬電壓。因此除了對測試方法的選取要求較高外，也對測試系統的構成和測試板的設計與制作提出了很高的要求。

圖2為ADC測試平臺結構。該系統的工作原理是：由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一幅度略大于A(yíng)DC滿(mǎn)幅度輸入范圍的正弦波，作為模擬信號輸入到ADC測試板，經(jīng)濾波后輸入到ADC輸入端，ADC將其轉換為相應的數字輸出至數字采集卡，采集卡將其組合成數字碼，然后用分析軟件進(jìn)行分析，給出測試結果。

本系統利用Labview的虛擬儀器實(shí)現對數據采集卡的數據采樣控制，以及對采集到的數據進(jìn)行分析處理。在控制數字采集卡的程序中，應設置為外時(shí)鐘采樣以及有限次采樣模式，以實(shí)現信號的一致性采樣，以及保證采集卡采樣與ADC同步;在對采集到的數據進(jìn)行分析處理時(shí)，考慮到系統需分析處理二種不同的測試方法，因此在將數字采集卡采集到的數字轉化為U16標準數字格式后，輸入到一個(gè)case結構程序框中，通過(guò)在前面板選擇不同的測試模式，可以很容易的滿(mǎn)足了測試軟件對不同特性參數的測試要求。圖3左為碼密度測試軟件的窗口，右為FFT測試軟件窗口。它包含了采集卡和ADC的控制設置以及輸出參數顯示等功能區域。

1.4 測試結果

利用上述測試系統，對CMOS圖像傳感器中的8Msps 10位ADC進(jìn)行了性能測試，測試結果如表2所示。

測試結果表明，此系統可有效測出ADC的各項性能參數。

2 結論

本文以CMOS圖像傳感器集成流水線(xiàn)型ADC為測試實(shí)例，以L(fǎng)ABview為軟件，搭建了一套能綜合測試ADC靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的測試系統，該系統具有測試過(guò)程操作簡(jiǎn)單、測試參數較全面及硬件成本小等特點(diǎn)，并通過(guò)對自主設計的ADC進(jìn)行測試，結果表明該系統可較準確的表征ADC的性能。