A/D轉換芯片的測試環境構成及測試方法

所謂的混合信號測試,是指對A/D、D/A、鎖相環等兼有數字和模擬兩種信號的混合電路芯片的測試。混合信號測試的測試時間長、費用高、測試系統結構復雜,在實現上具有一定的難度。而數字電路測試系統有著出色的測試能力,如足夠的向量深度、靈活的數據格式、常規的交直流參數測試能力等。添加必要的程控模擬源以及模擬信號測試設備,運用系統集成的方法,用高信噪比的數字電路測試系統以及帶有GPIB或VXI接口的設備構造A/D、D/A等轉換芯片的測試環境,完全可以擴展到混合信號電路的測試領域,可以在一定程度上解決混合信號測試的問題。

由NI公司出品的Labview語言,是一種圖形化編程語言,也是最通用的工程測試語言。Labview本身附帶的軟件包提供了大量帶有GPIB接口的可程控測試設備的驅動程序,在測試程序中添加這些現成的驅動程序模塊,很容易實現對外部設備的操作,使軟件編寫變得非常簡單;Labview庫函數中的DSP函數,可以方便地進行數據處理,作頻譜分析。

選用Labview構成測試的軟件環境,運用系統集成的方法實現數字電路測試系統向混合信號測試的擴展,可以依據不同的測試品種和測試要求,對系統靈活地加以配置,不管是軟件編寫還是硬件集成都非常方便、靈活、快捷。在構筑測試系統時,要充分考慮到以下三方面問題:系統中各部分的同步協調工作、降低系統噪聲、阻抗匹配。

1 A/D轉換芯片的測試環境構成

1.1 硬件構成

測試系統的硬件框圖如圖1。該系統的工作原理是:在SUN工作站運行的測試程序通過GPIB接口程控任意波形發生器產生所需要的測試波形；由數字電路測試系統產生測試A/D轉換芯片所必需的數字激勵并獲取數字響應信號。在測試過程中,每次啟動A/D轉換的同時提供任意波形發生器的時鐘脈沖信號,保證測試的同步進行,同時讀入A/D轉換器的數字輸出信號;測試完畢后從數字電路測試系統的內存中讀出轉換數據,并進行處理。

高分辨率A/D的測試對測試系統本身的噪聲性能有較高的要求。測試系統必須具有分辨小信號的能力,如果系統噪聲太大,濾波不干凈,就會扭曲測試結果,甚至無法進行測試。我們使用的數字測試系統為IMS公司的ATS60E測試系統,信噪比可達到90～124dB,可以測試16 Bit音頻A/D,完全可以滿足測試的要求。而且系統除了圖表化的編程界面外,還提供Labview以及C語言的編程環境,很容易對測試過程進行控制。

任意波形發生器內部的存儲空間存儲數字化的波形,輸出時通過D/A將數字信號轉化為模擬信號。一般來說,輸出頻率和分辨率兩個指標不可兼得。可以根據測試的A/D品種選擇高速、低分辨率或低速、高分辨率的設備。對普通的音頻A/D來說,Pragmatic 2711(16位，2MHz)是較好的選擇。任意波形發生器產生的A/D常用測試波形一般有斜波(或三角波)和正弦波兩種:斜波主要用來測量靜態參數,正弦波用來測動態參數。在任意波形發生器后接高階有源濾波器,以平滑由于波形發生器內部D/A存在量化誤差所產生的測試波形上的鋸齒,減少測試信號的失真。對高頻電路測試,一般的測試系統阻抗都為50Ω,要充分考慮到阻抗匹配的問題,以保證信號的最大通過和最小反射。

1.2 軟件構成

測試軟件分兩部分:IMS-ATS60E數字電路測試系統的IMS測試程序及Labview測試程序(見圖2)。

數字電路測試系統的IMS測試程序完成如下功能:重復進行若干次測試,每次測試都產生A/D的轉換控制信號,同時提供一個數字信號作為系統同步時鐘,并捕獲轉換結果;對電路的數字部分進行常規的交、直流參數測試。

Labview測試程序完成的功能有:初始化波形發生器,包括寫入測試波形,設置時鐘同步方式、波形幅度、偏壓等,產生的波形幅度為待測A/D滿幅輸入時模擬信號的幅度;控制數字電路測試系統,調用測試程序并進行測試,最后從數字測試系統的內存中讀出數據并進行處理。