施工指南
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动态测试进行A / D转换器的性能
本文介绍了有用的理论和技术评估显
阿婷的A / D转换器的动态性能。四
技术进行了讨论：（1）摆动频率，（2）直方图
分析，（3）的正弦波曲线拟合，和（4）离散有限
傅立叶变换。
在波形记录仪的质量信心的关键
是保证该模拟 - 数字转换器（ADC），烯
码的信号，而不会降低它。动态测试，
覆盖的频率范围在其上的转换器是
预期操作可以提供这样的保证。结果
在动态测试中给用户解决的典范
随频率变化的记录。更复杂的模型
故障机制可以通过改变条件来得到的
该测试系统蒸发散。
所有用于5180A波形动态测试
录音机使用正弦波作为激励。正弦波人
选择主要是因为它们是最容易产生
在实践中有足够的保真感兴趣的频率。
而有可能产生一个方波，对
例如，其功能是已知的10位分辨率
的5180A ，无方波发生器存在，可以瓜拉尼
开球相同的波形，以10位分辨率从10MHz
单位为单位。另一个动机选择正弦波
刺激是简单的数学模型的正弦函数
提供了用于分析。这样做的好处大大简化了
用于数据分析算法。
四个动态测试波形记录仪表征
这里介绍：拍频测试
(1)
直方图analy-
SIS
(2)
正弦波曲线拟合，
(3,4)
和离散傅里叶有限
变换。
(5)
最后三个试验操作中的方法相同。一
正弦波源被提供到波形记录器和
数据的一个或多个记录被执行。计算机然后
用于分析数据。该试验的主要区别在
分析算法，从而在错误的种类
重见天日。关键的这些测试的成功，是
纯正弦波源。合成的来源
需要提供的短期和长期稳定性
由ADC的动态范围要求。无源滤波器（一
六极椭圆滤波器用于5180A测试）都需要
以消除来自所述源的谐波失真。
这些测试提供了最紧张的条件
型ADC，在满量程输入信号的幅度。通常
地说，非线性效应比更迅速地增加
由于非理想的大信号的信号电平增加
在ADC组件的直流特性和较高的转换
率大的振幅暗示。
拍频测试
拍频和包络检测是定性的测试
该ADC提供了一个快速，简单的视觉展示
动态故障。输入频率中选择的亲
志愿组织最坏情况的变化范围和最大输入转换
该ADC预计将看到使用率。的输出是
然后实时地在显示器上观看。
波形记录仪
被测
内存
HP 3320A
合成
ADC
f
s
f
s
+
f
输入
时基
DAC
CRT
（回放）
图1.节拍频率测试设置。
f
f
S
+
f
f
S
图2.当输入频率接近样品
速率f
S
，编码的结果是别名为
差或拍频，
f.
该名“拍频”描述背后的原因
该测试。在输入正弦信号被选择为的倍数
采样频率加上一个小的增量频率（图 -
茜1） 。波形一步慢慢的连续样本
通过正弦波作为小差值的函数
或拍频（图2 ） 。理想情况下，乘法
采样的特性将产生的节拍的正弦波
显示在波形记录仪的CRT频率。 ER-
避免同时可以被看作是由一个光滑的正弦函数的偏差。
失码，例如，显示为本地的不连续性
在正弦波。伴随将会给出了超大码
荷兰国际集团码被看作是单独的代码加宽
上出现的正弦波。通过选择任意低
拍频，一个缓慢的准确的DAC可用于
查看测试输出。为获得最佳效果，其上限
拍频选择由速度设定与该
拍频遍历代码。理想的是
有在每个代码的一个或多个连续样本。这
） ） ） ）的Burr-Brown公司
AB-072
1
美国印刷月，年
减轻对DAC的建立约束，并确保
显示器涵盖了所有可能的故障代码。对于一个20MHz的
采样率和10比特的ADC ，这意味着一个3kHz的马克西
妈妈拍频为至少每码的一个示例的
BIN 。
虽然平时输入频率为一个节拍频率测试
是邻近的采样率，所述ADC的模拟带宽
可以由运营商设置的若干待测量
不同倍数的采样率。频带限制是
观察为滚降在振幅为载波频率
增加。
信封试验的不同之处的拍频测试
选择输入频率的ADC编码。而不是
采样频率的一个倍数，输入频率附近
二分之一的采样率被使用。现在提供了理想输出是2
外的相位的正弦波的差频（图3） 。
这意味着，连续采样可在极端
ADC的范围内，这是用于检查转换有用的结束
当连续的样本可能不会出现问题
在相邻码。为了避免把同样的压力在
用于显示的DAC中， D触发器银行移除每
的数据之前，其它样品在到达DAC 。因此，只有
拍频的一相存在。
f
f
S
/2 +
f
f
S
f
图5.节拍频率显示为商用
可用的10MHz ， 8位ADC，一个
10.0031MHz输入。
直方图测试
正弦波型直方图测试提供了一个本地化
错误的描述和ADC的一些全局描述。
使用直方图的测试，能够获得存在差
ADC的无穷区间非线性，看看是否有任何缺失
代码在测试频率存在，并获得增益的测量
和偏移量的测试频率。正弦波为基础的测试的
这里介绍的直方图测试得出的最佳信息
个别代码块大小在任意频率。
统计学显著数目的输入样本的
正弦采取并作为记录（图6）保存。该
的记录中的代码发生频率，然后绘制成
的代码的功能。对于理想的ADC ，情节的形状
将是一个正弦波的概率密度函数（PDF）
波（图7）提供的输入和抽样frequen-
资本投资者入境计划都是相对独立的。一个正弦波的PDF是
由下式给出：
图3，当输入频率是近二分之一的
采样率，差异的信封
频率结果。
图4示出5180A拍频检测结果为一
10.0031MHz输入正弦波采样l0MHz 。对于的COM
型坯，图5示出10.0031MHz正弦波感
用市售的8位， 20MHz的采样l0MHz
ADC。
p
(
V
)
=
1
π
A
2
– V
2
满量程正弦波
HP 3325A
合成
5180A
波形记录仪
98034A
HP-IB
接口
HP-IB
绘图仪
图4.拍频显示器的生产
5180A波形记录仪用10.0031MHz
输入频率和10MHz的采样率。
平滑的正弦波表示免于
动态误差。
惠普9825
调节器
图6.设置了直方图测试。
2
微分非线性
=
4
πA
3
πA
2
πA
1
πA
实际P
(
第n个码
)
–1
理想的P
(
第n个码
)
V = -A
0
V = A
图7.正弦波概率密度函数。
其中，实际的P（ n个码）是所测量的概率
发生对码bin n和理想的P（ n个码）是理想
发生的概率为代码斌的n 。该代码斌
数n是从1到2
N
，其中N是ADC的数目
位。利用概率的发生消除依赖新生
置信上采集的样本的数量。计算
概率为在实际的数据记录中的每个代码，所述
出现的每个码的数量是由分
在记录中的样本的数目。理想的概率
发生是一个理想的ADC会产生具有正弦
波输入。对于每个码仓，这是积分的
正弦波过仓的概率密度函数：
N
1
1
–1
B·N
– 2
罪
π
A2
N
其中，A是正弦波的振幅和V是indepen-
凹痕变量（电压） 。对于一个实际的ADC ，比少
出现一个给定的码bin的预期数indi-
凯茨的有效代码斌宽度比理想更小
在输入频率。
(1)
没有出现表明该
密码箱宽度为输入为零。一个大于- EX-
出现的pected数量意味着更大的非理想
密码箱的宽度。
这是一个统计学显著样本数？我们
可以判断，从概率论的意义。对于
给定的输入PDF和记录大小，理想ADC的每个箱
有出现的预期数目和标准
周围的期望偏差。的信心，
的出现次数为接近期望是等于
该事件属于拨款之内的概率
吃标准偏差的数量。该标准的比
偏差的期望（以及因此的误差对于一个给定
信心）有更多的样本降低。为了得到置信
置信整个范围，概率为所有代码
躺着的所需误差内相乘。
对于理想的10位ADC ， 10万个样本会给我们一个
12 ％的置信度，从输入的PDF的峰值偏差
小于0.3LSB和99.9％的置信，该峰
偏差小于0.5LSB 。信心的概念
依赖于输入的是一个随机过程。我们可以模拟
正弦波输入的随机过程仅在输入和
采样频率是相对独立的。
最感兴趣的规范，可以计算
使用直方图测试微分非线性。 Differ-
无穷区间非线性是指对每一码bin变化的措施
在相对于理想的尺寸：
P
(
n
)
=
(
)
??罪
–1
B·N
– 1 – 2
N
1
A2
N
(
)
其中n是代码段数， B是的满量程范围
在ADC ，N是ADC的比特数目。为了避免大
在代码中的概率差异造成的正弦风口浪尖，
正弦波振幅A选择稍微过度驱动
该ADC。
甲明智地选择频率为在此所述的输入正弦信号
测试是必要的真实的测试结果。输入频率
即采样频率的一个约数超出了
相对独立的标准，并会导致在取样
同样的码数每个输入周期。使用输入频率
昆西具有大公约数与样品
频率产生类似的问题，因为代码重复
除数频率的每个周期后。理想情况下，该周期
最大公约数的应该是，只要
记录长度。
甲5180A的直方图示于图8为一输入正弦
波在9.85MHz 。为了进行比较，图9示出的数据
从商购的， 8位20MHz的ADC，用于一个
输入正弦波在9.85MHz ，而图10示出了数据
从8位， l00MHz ADC采取9.85MHz 。
注： （1）直方图的检测可以被认为是作为采样的处理和
数字化的输入信号和分选的数字化采样入箱。每个箱
表示单输出代码，并收集样品，其值落在一个
具体范围。收集在每个仓事件或样本数目
根据输入信号而变化。如果N是ADC的比特数，有
2
N
垃圾桶。理想情况下，如果B是在伏ADC的满量程范围，每个箱
对应的范围内的样本大小的覆盖B / 2
N
伏。在一个真实的ADC，该
箱可能并不全部具有相同的宽度。
匹配的字符串数
0
输出代码
1023
为与5180A图8. 10万样本直方图
一个9.85MHz正弦波输入。所有的不连续性
小于1LSB 。
3
HP 9825A
调节器
匹配的字符串数
非凡
大差
非线性
HP 3325A
合成
HP-IB
众多
失码
5180A
波形记录仪
输入
0
输出代码
256
低通滤波器
图9. 10万样本直方图为一个COM
商业上可用的20MHz ， 8位ADC，具有
9.85MHz输入。大差分非线性
和许多遗漏码是显而易见的。
f
图11.设置了曲线拟合测试和分立
有限傅里叶变换（DFT）的试验。
匹配的字符串数
226
失码
有效位数= 8.51
卡尔。振幅0.81
卡尔。频率9850320.9
卡尔。相-94.95
卡尔。偏移量509.31
数据记录
错过
代码
错误残留
0
输出代码
256
图10. 10万样本直方图的
为100MHz ， 8位ADC，具有9.85MHz输入
取样在20MHz 。非常大的differen-
TiAl基非线性和无数无缘码
是显而易见的。
曲线拟合
曲线拟合测试ADC的一个全球性的描述。这
意味着由试验测得的误差被平均以
给ADC的传递函数的一般量度。
本次测试的结果是品质因数叫号
有效位的ADC。的有效比特数为一个
多少ADC的非线性具有普遍的措施
损害其有用性在给定频率。
是通过分析一个得到有效的比特数
从正弦波源（图11）获取的数据的记录。
该分析包括生成软件正弦波
这是一种最适合于数据记录。有什么区别
数据记录和最佳拟合正弦波被假定为
误差（图12） 。误差的标准偏差。因此
是相对于误差的相同的理想的ADC计算
比特数可能会产生。如果误差超过了理想，
有效位由ADC显示的数目是少
比它数字化的比特数。错误导致degra-
dation在本试验中是非线性的影响，例如谐波
失真，噪声和孔径不确定性。增益，偏移和
相位误差不会影响测量结果，因为它们将被忽略
通过曲线拟合过程。
4
图12.第一个20点的曲线拟合数据记录
从一个装有正弦波错误的残留物。
有效位的数目，使用表达式计算
对于平均误差，如下所示：
实际均方根误差
有效位数
=
N - 日志
2
理想的均方根误差
其中，N是ADC的比特数目。理想的均方根误差
实际上不计算为输入波形，但是AS-
想当然地是由一个理想的显示出的量化噪声
这种ADC具有均匀概率密度（ UPD ）输入
作为一个完美的三角波。从找到理想的错误
期望方差为矩形分布。一
矩形分布时，因为它表示一个UPD
接手一个理想的码箱。这样得到的结果是：
Q
理想的均方根误差
=
12
其中Q是理想的码箱的宽度。尽管输入正弦
波不是一个UPD功能， UPD的假设仍然是
因为它有效的局部施加在每个码bin 。该
从UPD在每个码bin的偏差是很小的，所以
用正弦波来近似UPD输入错误
是可忽略的。
实际的rms误差是单纯的总和的平方根
的数据点从拟合正弦的平方误差
波。实际的均方根误差由下式给出：
QQ：2881677436 复制
