一種用于CMOS圖像傳感器集成ADC的性能測試系統(tǒng)

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

其中FSR代表ADC的滿量程范圍，n代表數(shù)字碼的序號，N代表分辨率。這樣理想情況下和實際測量的輸出特定的數(shù)字碼個數(shù)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法是對時域采集的一組數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT運(yùn)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這些動態(tài)參數(shù)。在實際測試過程中，需要應(yīng)用相關(guān)采樣原理，即必須滿足如下公式：

式中，M為采樣周期數(shù)，必須為奇數(shù)，N為總采樣點(diǎn)數(shù)，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。同時為了獲得最佳測試效率和減少測試時間，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(tǒng)組成

文中所測10bit、8Msps ADC主要用于CMOS圖像傳感器的芯片級數(shù)字輸出，其結(jié)構(gòu)為流水線型，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(shù)字輸出位數(shù))，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(tǒng)的構(gòu)成和測試板的設(shè)計與制作提出了很高的要求。

圖2為ADC測試平臺結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)的工作原理是：由正弦波發(fā)生器產(chǎn)生一幅度略大于ADC滿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(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字輸出至數(shù)字采集卡，采集卡將其組合成數(shù)字碼，然后用分析軟件進(jìn)行分析，給出測試結(jié)果。

本系統(tǒng)利用Labview的虛擬儀器實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集卡的數(shù)據(jù)采樣控制，以及對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。在控制數(shù)字采集卡的程序中，應(yīng)設(shè)置為外時鐘采樣以及有限次采樣模式，以實現(xiàn)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(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理時，考慮到系統(tǒng)需分析處理二種不同的測試方法，因此在將數(shù)字采集卡采集到的數(shù)字轉(zhuǎn)化為U16標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字格式后，輸入到一個case結(jié)構(gòu)程序框中，通過在前面板選擇不同的測試模式，可以很容易的滿足了測試軟件對不同特性參數(shù)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(shè)置以及輸出參數(shù)顯示等功能區(qū)域。

1.4 測試結(jié)果

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

測試結(jié)果表明，此系統(tǒng)可有效測出ADC的各項性能參數(shù)。

2 結(jié)論

本文以CMOS圖像傳感器集成流水線型ADC為測試實例，以LABview為軟件，搭建了一套能綜合測試ADC靜態(tài)和動態(tài)性能的測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有測試過程操作簡單、測試參數(shù)較全面及硬件成本小等特點(diǎn)，并通過對自主設(shè)計的ADC進(jìn)行測試，結(jié)果表明該系統(tǒng)可較準(zhǔn)確的表征ADC的性能。