一種用于CMOS圖像傳感器集成ADC的性能測試系統

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

其中FSR代表ADC的滿量程范圍，n代表數字碼的序號，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字碼個數之差就可以得出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據進行FFT運算，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，經加工計算可得到SNR、THD、SINAD、ENOB、SFDR這些動態參數。在實際測試過程中，需要應用相關采樣原理，即必須滿足如下公式：

式中，M為采樣周期數，必須為奇數，N為總采樣點數，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 測試系統組成

文中所測10bit、8Msps ADC主要用于CMOS圖像傳感器的芯片級數字輸出，其結構為流水線型，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為數字輸出位數)，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，也對測試系統的構成和測試板的設計與制作提出了很高的要求。

圖2為ADC測試平臺結構。該系統的工作原理是：由正弦波發生器產生一幅度略大于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，經濾波后輸入到ADC輸入端，ADC將其轉換為相應的數字輸出至數字采集卡，采集卡將其組合成數字碼，然后用分析軟件進行分析，給出測試結果。

本系統利用Labview的虛擬儀器實現對數據采集卡的數據采樣控制，以及對采集到的數據進行分析處理。在控制數字采集卡的程序中，應設置為外時鐘采樣以及有限次采樣模式，以實現信號的一致性采樣，以及保證采集卡采樣與ADC同步;在對采集到的數據進行分析處理時，考慮到系統需分析處理二種不同的測試方法，因此在將數字采集卡采集到的數字轉化為U16標準數字格式后，輸入到一個case結構程序框中，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的控制設置以及輸出參數顯示等功能區域。

1.4 測試結果

利用上述測試系統，對CMOS圖像傳感器中的8Msps 10位ADC進行了性能測試，測試結果如表2所示。

測試結果表明，此系統可有效測出ADC的各項性能參數。

2 結論

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靜態和動態性能的測試系統，該系統具有測試過程操作簡單、測試參數較全面及硬件成本小等特點，并通過對自主設計的ADC進行測試，結果表明該系統可較準確的表征ADC的性能。