模數(shù)轉(zhuǎn)換器評估:標(biāo)準(zhǔn)有意義嗎

第一次真正的 ADC 標(biāo)準(zhǔn)制定工作開始于 1980 年，最終發(fā)布了 IEEE1057標(biāo)準(zhǔn)，也即后來的IEEE1241 。IEEE1241專門針對 ADC 器件本身，其與一整套的數(shù)據(jù)采集或者記錄系統(tǒng)完全不同。IEEE1241-2000 是第一種真正為 ADC 組件制造廠商制定的標(biāo)準(zhǔn);該標(biāo)準(zhǔn)于 2010 年更新。

　　圖 1 理想的 ADC 傳輸函數(shù)均勻排列各個轉(zhuǎn)移點(寬度剛好為一個最低有效位LSB)

　　ADC 評估的主要任務(wù)便是確定其傳輸函數(shù)。理想情況下，一個轉(zhuǎn)換器有一個同圖1所示類似的傳輸函數(shù)。圖 1 顯示了一個三位轉(zhuǎn)換器的傳輸函數(shù)。在理想的轉(zhuǎn)換器中，每碼寬度完全相同，并且可以畫一條直線穿過每個代碼“高原”的中點。實際上，卻并非總是這樣—由于實際傳輸函數(shù)不同于理想情況，因此確定轉(zhuǎn)移點和代碼寬度對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(shù)，IEEE標(biāo)準(zhǔn)建議使用幾個可能的測試步驟和方法。一種方法是利用復(fù)雜的伺服環(huán)路系統(tǒng)，其要求數(shù)模轉(zhuǎn)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正弦波振蕩器，但必須具有比受測 ADC 預(yù)計信噪失真比 (SINAD) 高至少 20dB 的總諧波失真和噪聲 (THD+N)。例如，一個理想的 16 位 ADC 擁有 98 dB 的信噪比 (SNR) 且沒有失真(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 –118dB 以上 THD+N 的振蕩器。當(dāng)你觀察高分辨率 ADC 時，如果正弦波發(fā)生器無法單獨(dú)完成任務(wù)，則其可能會要求使用濾波來獲得純光譜信號。

　　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(fù)雜測試設(shè)備，對于廣大 ADC 制造廠商而言，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(tǒng)設(shè)計的個人而言，他們?nèi)绾蝸硗瓿?ADC 的評估和測試工作呢?

　　許多人會轉(zhuǎn)而使用制造廠商提供的評估板和工具套件(圖 2)來進(jìn)行測試。利用這些系統(tǒng)，我們可以很容易地通過一條USB連接線把受測 ADC 連接到計算機(jī)，然后使用軟件采集數(shù)據(jù)，最后對其進(jìn)行分析。

　　圖 2 ADC 制造廠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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但缺少信號源。所提供軟件通常執(zhí)行的是類似于IEEE標(biāo)準(zhǔn)的測試。

　　一些人想使用評估套件得到如 ADC 產(chǎn)品說明書規(guī)范所示的相同結(jié)果，卻并非每次都能如愿，特別是使用高分辨率轉(zhuǎn)換器時，因為要求的正弦波發(fā)生器可能會不可用。盡管使用評估板及其軟件，常常可以得到一些有意義的結(jié)果，但也要小心謹(jǐn)慎。

　　評估硬件和分析軟件一般工作在一種術(shù)語稱作“塊模式”的模式下。在這種模式下，先收集一批固定數(shù)量的采樣，將其發(fā)送給軟件，然后軟件對該數(shù)據(jù)塊或者數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行分析。我們對大多數(shù) IEEE 標(biāo)準(zhǔn)測試進(jìn)行了定義，這樣它們便可以處理這些數(shù)據(jù)塊。

　　問題是，IEEE1241 中列出的測試真能幫你對系統(tǒng)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)品說明書中所看到的內(nèi)容，你還能得到什么呢?許多人認(rèn)為，除看到實際運(yùn)行的器件外，評估板還介紹參考設(shè)計和布局，可為你在實際系統(tǒng)中使用它提供指導(dǎo)。

　　盡管如此，對于一些人而言，IEEE1241測試卻并非是他們所需要