信号处理机的高速ADC模块动态性能在线测试

2008-11-26 18:04:12来源: 电子设计应用

   

  :在设计信号处理机的工作中,需要分析模数转换电路模块对整个系统的影响。本文介绍了一种基于DSP技术在线测试信号处理机的高速ADC转换电路动态性能参数的方法。该方法利用信号处理机的本身的DSP数据采集系统,实时采集标准测试信号。再利用matlab软件对数据进行频谱分析,计算出高速ADC模块的SENAD,SNR 等几个主要的动态参数。实现了电路板的ADC器件及周边电路的性能进行在线评估,对工程实践有一定的指导作用。

  关键字:ADC;动态性能;DSP;matlab;在线测试

  高速ADC是信号处理机的不可欠缺的组成部分,其性能的好坏对信号处理系统的整体性能也至关重要。通常ADC的技术参数是由生产厂商提供,可作为设计的重要依据,但是在电路板上形成的ADC模块的性能如何,还与ADC的周边电路或输入信号密切相关,比如参考电压源、取样时钟、输入运算放大器以及电源,地线和信号线上的干扰等。因此有必要在线评估高速ADC模块的动态性能,分析其对信号处理机系统性能的影响。本文介绍了一种在信号处理机实际设备上在线评估高速ADC模块的动态性能的的方法。该方法利用信号处理机本身的数据采集能力,通过在模拟输入端增加标准测试信号,经过AD转换后,由信号处理机的DSP读入转换结果,通过DSP仿真系统将数据读入PC机,然后利用MATLAB软件对数据进行频谱分析,最终计算出SNR,SENAD等几项动态参数。本文还给出了具体测试结果及其分析,并对高速ADC模块设计给出了一些意见。

  一、高速ADC的动态性能参数

  评估ADC动态性能的主要参数定义如下:

  1、信噪比(dB)

  其中Asignal为满幅度正弦模拟输入信号的均方根值,Anoise为所有噪声源之和的均方根。

  2、信噪失真比(SINAD)

  (dB)

  其中AHarmonic为各次谐波(除直流外)的频率分量的均方根之和。

  3、有效比特位数(ENOB)

  其中N是转换电路的量化比特位数,A测量误差下为测量噪声平均值,A测量误差为量化误差平均值。

  4、总谐波失真其中,AF_IN为输入信号基波的均方根值,AHD_2下至AHD_N为采样所得信号频域中2次到N次谐波分量的均方根值。

  5、无杂散动态范围其中,AF_IN为输入信号基波分量的均方根值,AHD_MAX为采样波形频谱中最大失真谐波分量或最大杂散信号的均方根值。

  通过这些参数的定义,可以看出高速ADC电路的大部分动态参数能在频域上表现出来;所以对高速ADC电路进行频域的测试可以获得相应的动态性能参数。

  二、传统的测试方法

  传统测试中,利用一个精度比被测模数转换电路精度高2位以上的DAC产生一个单频正弦波作为被测模数转换电路的测试信号,在被测电路的后端也接一个DAC将波形恢复。如图1。

  图1传统测试结构

  这种测试结构简单,直观。但是在工程实践中为了评估模数电路必须增加一块DAC电路,会与实际模块连接困难和引入DAC的误差。因此在线评估不好采用。

  三、基于DSP技术的测试方法

  利用DSP技术可构成简便且准确的测试结构,在ADC电路的后端利用数字信号处理器将输出数据采集保存起来,然后利用DSP仿真设备的JTAG接口将数据传送到PC机中,利用Matlab软件进行相关频域处理,以获得高速模数转换电路的实际转换特性参数。结构如图2所示。

  图2 基于DSP技术的测试结构

  在这里用基于DSP的频域分析工具替代了模拟的测试仪表,可以提供更高精度及可重复观察的测试结果。将数据采集到PC机中后,在Matlab这一平台中将时域的离散信号波形通过DFT(FFT)算法转换到频域。在频域中根据定义求出相关的动态性能参数。在输入信号没有失真的理想情况下,输入模拟量为正弦波时,输出频谱应为频率等于输入频率的冲激函数图形。事实上,ADC的量化误差,转换器内部各种噪声,甚至包括测试系统噪声,都会在频谱图上噪声背景中体现出来。基于FFT信号分析的基本函数就是FFT本身和功率谱。FFT 算法中假设离散时间序列可以精确地在整个时域进行周期延拓,所有包含该离散时间序列的信号为周期函数,周期与时间序列的长度相关。然而如果时间序列的长度不是信号周期的整数倍,即,就会发生频谱泄漏。这里是输入信号频率;Fsample是采样频率;Nwndows窗函数长度;Nrecord采样信号数据长度。在测试中一般选用采用汉宁(Hanning)窗函数,以减少频谱泄漏。

[1] [2] [3]

关键字:ADC  处理机  动态性能  模块  奈奎斯特  在线测试  matlab软件  测试信号

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2008/1126/article_1113.html
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