吉時利2602型數字源表數模轉換器測試實例
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為了說明2602型數字源表在多通道、多功能測試應用中的源表能力和靈活性，讓我們看一下8-位乘法數模轉換器(DAC)的測試序列。圖1給出這個應用的測試設置。通過TSP-Link連接的每個儀器都被分配一個唯一的節點編號，類似于GPIB地址。DAC實例使用兩個節點(節點1和節點2)，每個節點都有兩個源-測量單元SMU(SMU A和SMU B)。節點1是“主”節點，節點2是“從”節點。控制器通過GPIB (或RS-232)發送命令或下載完整的測試腳本至主設備，主設備則通過TSP-Link向從設備發送命令。
DAC需要直流電源和基準電壓。
節點2的SMU A將向DAC提供+15VDC。當所有數字輸入設置為低電平時，它將測量DAC的實際供電電壓和電流，所有數字輸入設置為高電平時，再次進行測量。節點2的SMU B將向VREF提供+10VDC。當所有數字輸入設置在高電平時，它將測量這個端口的輸入電阻。
DAC擁有兩個互補的電流輸出。
當一個電流源與終端電阻連接后進行輸出時，可以將電流轉換為可測量的電壓，數字源表便可以直接對電流進行測量。在這些輸出端測得的電平與VREF成正比，其系數取決于數字輸入值。當數字輸入均處于高位時，IOUT1是最大值，IOUT2是最小值。反之，當數字輸入都處于低位時，IOUT1是最小值，IOUT2是最大值。數字輸入將作為輸出測量函數的變量，并對其線性特性進行評估。
對DAC的線性測量通常在靜態情況下進行。
在DAC的數字輸入端加入輸入代碼，而且如有必要，可以選通被測DAC將測試數據傳入該DAC。在我們實例中的DAC不需要進行選通（只有一個DAC）。節點1的數字I/O(1～8位)為DAC提供數字輸入。節點1 DIO的剩余6位以及節點2的所有14位都可以用作觸發或數字控制。如圖1所示，節點1的數字端口可能與組件分揀機進行交互，以控制分類裝箱操作。在輸入測試代碼之后DAC將生相應輸出信號，然后進行若干次測量，以避免噪聲的出現，并對平均輸出電流或平均輸出電壓進行記錄。經過適當的建立時間后，節點1的SMU A將對IOUT1進行測量，節點1的SMU B將對IOUT2進行測量。數字源表的內置數字濾波器將自動對每個輸出讀數的5個測量結果進行平均。
圖1. 利用2602型數字源表對8位乘法數模轉換器進行測試的設置
可以對以下幾個線性參數進行評估：
最低有效位(LSB)的大小就是輸入增加1時，輸出變化的數量。
其中，FSR是轉換器的滿量程范圍，n是位數(分辨率)。
偏移誤差是當數字輸入為零時額定偏移點與實際偏移點之間的差異。額定偏移是零，因此偏移只不過是當數字輸入為零時測得的電流或電壓輸出。偏移誤差對所有測量讀數都帶來相同誤差，它以LSB單位或者滿量程范圍百分率表示。作為INL測量的一部分，偏移誤差等于計算的截距值。
增益誤差是當數字輸入為滿量程且偏移誤差已被校正到零時，有關傳輸函數的額定增益值與實際增益值之間的差異。增益誤差表示實際傳輸函數與理想傳輸函數斜率之間存在的差異，因此每一步進的誤差百分比都是相同的，它以LSB單位或者滿量程范圍百分率表示。
積分非線性(INL)描述了DAC實際傳輸函數與理想直線之間的差值。對于DAC來說，這個差異要在每個階躍進行測量。理想直線可以是實際傳輸函數的最佳配適直線，通過這種方式算得的誤差最小；也可以是傳輸函數兩個端點之間的連線。它以LSB單位或者滿量程范圍百分率表示。
利用下面的公式可以計算INL，單位為LSB:
其中，CODE是施加的數字輸入，ICODE是對給定CODE的輸出電流（或電壓），SLOPE是基準直線的斜率，INTERCEPT是基準直線在Y軸的截距，計算出的INL以LSB為單位。如果使用最佳適配基準線，則通過線性回歸來計算斜率和截距。如果使用基于端點的基準線，那么斜率的計算方法如同LSB(FSR = IMAXCODE
– IMINCODE)，而且得到同樣數值；在這種情況下，截距是當數字輸入為零時，也就是CODE =0時，測得的轉換器偏移電流（或電壓）。
微分非線性(DNL)是實際階躍高度與1LSB理想值之間的差異。因此，如果實際階躍高度恰好是1LSB,那么DNL誤差為零。DNL的目標值(≤1LSB)確保DAC的單調性。這意味著沒有數據丟失，因為輸出始終隨著數字輸入而變化；它隨著數字輸入的增加而增加，并隨著數字輸入的減少而減少。它以LSB單位或者滿量程范圍百分率表示。利用下面的公式可以計算DNL，單位為LSB:
其中，ICODE是對給定CODE的輸出電流（或電壓），ICODE-1是前一次代碼輸入時測得的電流（或電壓）。
對于我們的DAC測試實例，偏移、增益誤差以及INL與DNL將由測量完成后的輸出確定。對于IOUT1，將利用最佳適配直線方法對INL進行估值，對于IOUT2，將利用端點直線方法進行估值。
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