高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試測量方法

高速ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，尤其在高速信號采集和數(shù)字化方面。為了確保高速ADC的性能達(dá)到最優(yōu)，電源設(shè)計(jì)及其測試測量方法顯得尤為重要。

一、高速ADC的主要參數(shù)及測試指標(biāo)

高速ADC的主要參數(shù)分為靜態(tài)指標(biāo)和動態(tài)指標(biāo)兩大類。

靜態(tài)指標(biāo)：

微分非線性(DNL)：衡量ADC每個量化臺階之間的非線性度。

積分非線性(INL)：衡量ADC在整個輸入范圍內(nèi)的非線性度。

偏移誤差(Offset Error)：ADC實(shí)際零點(diǎn)與理想零點(diǎn)之間的偏差。

滿量程增益誤差(Full Scale Gain Error)：ADC實(shí)際滿量程輸出與理想滿量程輸出之間的偏差。

動態(tài)指標(biāo)：

總諧波失真(THD)：信號中所有諧波分量功率之和與基波功率之比。

信噪比加失真(SINAD)：信號功率與噪聲加失真功率之比。

有效位數(shù)(ENOB)：通過測量信噪比(SNR)和無雜散動態(tài)范圍(SFDR)計(jì)算得到的ADC實(shí)際有效位數(shù)。

信噪比(SNR)：信號功率與噪聲功率之比。

無雜散動態(tài)范圍(SFDR)：信號功率與最大雜散信號功率之比。

二、高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試方案

高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試方案需要確保電源的低紋波噪聲和低電壓偏差，以保證ADC的性能。以下是詳細(xì)的測試方案：

供電方案：

使用低壓差(LDO)穩(wěn)壓器提高電壓的穩(wěn)定性。

要求電源具有低紋波噪聲和低電壓偏差，以避免影響ADC性能。

電源完整性測試：

使用示波器和電源軌探頭測量電源的完整性。

示波器應(yīng)具備高靈敏度、高偏置和強(qiáng)大的FFT多域測量能力。

例如，羅德與施瓦茨(R&S)公司的RTO、RTE系列示波器和RT-ZPR電源軌探頭可以提供高帶寬(4GHz)、高精度直流電壓表和超高靈敏度的測量能力。

時鐘性能測試：

時鐘性能對ADC非常關(guān)鍵，要求時鐘替代品具有卓越的相位噪聲和抖動性能，頻譜純度高，功率高。

使用R&S公司的SMA100B和SMB100A信號源提供不同性能范圍的時鐘替代品。

SMA100B頻率可達(dá)20GHz，具有最佳抖動/相噪性能;SMB100A頻率可達(dá)40GHz，在超低時鐘頻率下具有出色的性能。

時鐘驗(yàn)證：

時鐘抖動和頻譜純度會直接影響ADC的動態(tài)范圍。

使用R&S公司的相位噪聲分析儀(如FSWP)和頻譜分析儀(如FSW、FSVA、FSV和FPS)進(jìn)行時鐘驗(yàn)證。

這些設(shè)備具有市場領(lǐng)先的互相關(guān)相位噪聲和抖動性能靈敏度，超快相位噪聲測量能力。

三、高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試方法

高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試方法包括輸入信號質(zhì)量測試和輸出信號質(zhì)量測試。

輸入信號質(zhì)量測試：

使用示波器對輸入信號進(jìn)行FFT分析，了解信號在不同階段的性能，包括噪聲電平、諧波性能/雜散和干擾源等。

RTO示波器的優(yōu)勢在于高動態(tài)范圍、低噪聲和硬件準(zhǔn)實(shí)時FFT測量分析能力。

輸出信號質(zhì)量測試：

將ADC輸出通過探頭連接到示波器數(shù)字輸入通道，配置各通道的總線定義，測量并驗(yàn)證輸出數(shù)據(jù)的正確性，分析信號質(zhì)量。

RTO示波器具有16通道、最高400MHz開關(guān)速率、5GSa/s采樣率和200Msa/CH存儲能力，可以使用Analog Bus顯示分析輸出信號質(zhì)量。

ADC性能測試：

給ADC輸入端口一個理想模擬信號，給時鐘端口一個理想采樣信號，以及相應(yīng)的直流電源、濾波器等附件。

使用高精度、高純凈度的信號源(如R&S的SMA100B)作為產(chǎn)生正弦波信號的源輸入。

ADC在另一臺信號源提供的采樣時鐘的控制下對此正弦波進(jìn)行采樣，變換后的結(jié)果用軟件或示波器邏輯分析儀采集下來。

兩臺信號源把參考頻率同步起來，以確保相位噪聲在環(huán)路帶寬內(nèi)具有相關(guān)性，不會影響測試結(jié)果。

數(shù)據(jù)分析和調(diào)試：

使用MATLAB等工具對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT和頻譜測量，分析輸入和輸出信號的性能。

通過SPI接口和SPI協(xié)議解碼，測量SPI指令下達(dá)到ADC工作的延遲時間，使用示波器數(shù)字通道連接SPI接口進(jìn)行時間相關(guān)測量。

四、關(guān)鍵測試設(shè)備及配置方案

進(jìn)行高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試時，需要以下關(guān)鍵測試設(shè)備和配置方案：

正弦信號源：如R&S的E8257D with UNX option，用于產(chǎn)生高精度、高純凈度的正弦波信號。

正弦時鐘源：如R&S的E4438C with UNJ option，用于產(chǎn)生高質(zhì)量的采樣時鐘。

邏輯分析儀：如R&S的16900系列邏輯分析儀，配合高性能采集模塊和探頭，用于采集和分析ADC轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。

電源：如R&S的E3631A，用于提供高質(zhì)量的線性電源供電。

軟件：ADC測試軟件，用于對整個測試系統(tǒng)進(jìn)行控制和測試結(jié)果分析。

五、結(jié)論

高速ADC電源設(shè)計(jì)的測試測量方法是確保ADC性能達(dá)到最優(yōu)的關(guān)鍵步驟。通過合理的測試方案、先進(jìn)的測試設(shè)備和科學(xué)的測試方法，可以全面評估電源設(shè)計(jì)的性能，確保高速ADC在各種應(yīng)用場景中表現(xiàn)出色。在進(jìn)行測試時，需要特別注意電源完整性、時鐘性能和信號質(zhì)量，以確保測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。