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基于FPGA的高性能DAC芯片测试与研究

作者:时间:2011-03-23来源:网络收藏

D/A 转换器作为连接数字系统与模拟系统的桥梁,不仅要求快速、灵敏,而且线性误差、信噪比和增益误差等也要满足系统的要求[1]。因此,研究 芯片的测试方法,对高速、高分辨率 芯片的研发具有十分重要的意义。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/191290.htm

  目前,波形测量和分析协会已提出了 测试的技术标准IEEE Std.1057,里面的术语和测试方法为DAC 测试提供了更多的参考。传统的标准测试只适于信号发生器、示波器等测试仪器,但是测试精度不高;大规模时则使用自动测试设备(ATE),但是成本很高;最近提出的DAC 的测试方法,比如结合V777 数字测试系统可以进行DAC 测试,应用模拟滤波器进行音频DAC 测试,利用数模混合信号测试系统Quartet 对高速DAC 进行测试,等等[5],这些方法在通用性、精确度和成本方面无法同时满足。为了达到上述要求,提出了基于 的高DAC 芯片回路测试法。

  1 DAC 主要技术参数

  DAC 的主要技术参数基本上可以分为静态特性参数和动态特性参数。DAC 的静态特性参数用来确定其转换的精确度,主要包括失调误差(Offset Error)、增益误差(Gain Error)、积分非线性误差(INL)以及微分非线性误差(DNL)等。DAC动态特性参数用来确定其交流条件下的,主要包括信噪比(SNR)、信号噪声和失真比(SINAD)、有效位数(ENOB)、总谐波失真(THD),以及无杂散动态范围(SFDR)等。

  2 测试方案

  2.1 设计原理

  DAC 芯片参数回路测试法,就是将待测信号形成一个完整的信号回路。首先,使用 产生待测信号,经过DAC芯片后转换成模拟信号,再经过滤波、放大电路和ADC 芯片转换成数字信号,存储在 的RAM 里,然后使用QuartusII 软件Signal tap II 工具取出数据,导入Matlab 软件后,就可以对数字信号进行分析和计算,从而得到DAC 的技术参数[6]。在ADC 采样之前使用模拟信号接收器,如示波器、频谱仪等,可与后端测试结果比较分析。设计原理如图1 所示。

  由于FPGA 使用非常灵活,通过配置不同的编程数据可以产生不同的电路功能,对于不同分辨率和采样速度的DAC芯片都可以进行参数测试;滤波和运算放大电路尽可能地降低信号在转换和传递过程中的噪声;数字信号在分析和计算方面比模拟信号更加准确,保证了测试系统的精确度;相对于其他DAC 测试系统来说,本测试方案使用的元器件比较少,成本比较低。

设计原理

图1 设计原理

  2.2 硬件实现

  DAC 使用12 位分辨率、250 Ms/s 采样速度的DAC 芯片,芯片采用LVDS 差分电路、PTAT 基准源以及4+4+4 电流源阵列等关键技术设计,可以满足高速高分辨率转换电路处理的要求。FPGA 是Altera 公司Cyclone III 系列EP3C25Q240C8 芯片,功耗小,系统综合能力强,价格较低,包含了24*个逻辑单元、594 Kbit 内存空间和4 个锁相环,硬件资源完全可以满足测试的要求[8] 。ADC 是LINEAR 公司的LTC2242-12 芯片,交流特性非常好,降低了测试系统带来的误差。运算放大器是ADI 公司的AD8008 芯片,非常好的驱动特性保证了DAC 芯片输出信号的质量,提高了DAC 的驱动能力。


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关键词: FPGA DAC 性能 芯片测试

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