一种用于CMOS图像传感器集成ADC的性能测试系统

该浴盆曲线的横坐标代表了0到1 024(210)个数字码点，纵坐标代表了输出为该数字码的个数。在理想情况下，数字码分布的概率密度函数为：

其中FSR代表ADC的满量程范围，n代表数字码的序号，N代表分辨率。这样理想情况下和实际测量的输出特定的数字码个数之差就可以得出DNL，而将DNLk求和即能得到INL的误差值。

1.2.2 FFT分析法

FFT法是对时域采集的一组数据进行FFT运算，得到采样信号的傅立叶频谱，然后从频谱中得到信号、噪声及谐波分量的功率，经加工计算可得到SNR、THD、SINAD、ENOB、SFDR这些动态参数。在实际测试过程中，需要应用相关采样原理，即必须满足如下公式：

式中，M为采样周期数，必须为奇数，N为总采样点数，对于FFT算法必须为2的幂。ft为输入模拟正弦波频率，fs为采样频率。同时为了获得最佳测试效率和减少测试时间，M和Ⅳ要求不可约分，而且为了保证FFT变换一定的故障覆盖率，N取值不能太小。

1.3 测试系统组成

文中所测10bit、8Msps ADC主要用于CMOS图像传感器的芯片级数字输出，其结构为流水线型，输入信号摆幅为Vp-p为2.4 V，共模电压为2.5 V，这意味着模拟输入电压范围是1.3～3.7 V。这样模拟输入精度就是1LSB=(Vinmax-Vinmin)/2n=2.34 mV(n为数字输出位数)，为了能测试这样精度的芯片，我们需要输入更高精度的模拟电压。因此除了对测试方法的选取要求较高外，也对测试系统的构成和测试板的设计与制作提出了很高的要求。

图2为ADC测试平台结构。该系统的工作原理是：由正弦波发生器产生一幅度略大于ADC满幅度输入范围的正弦波，作为模拟信号输入到ADC测试板，经滤波后输入到ADC输入端，ADC将其转换为相应的数字输出至数字采集卡，采集卡将其组合成数字码，然后用分析软件进行分析，给出测试结果。

本系统利用Labview的虚拟仪器实现对数据采集卡的数据采样控制，以及对采集到的数据进行分析处理。在控制数字采集卡的程序中，应设置为外时钟采样以及有限次采样模式，以实现信号的一致性采样，以及保证采集卡采样与ADC同步;在对采集到的数据进行分析处理时，考虑到系统需分析处理二种不同的测试方法，因此在将数字采集卡采集到的数字转化为U16标准数字格式后，输入到一个case结构程序框中，通过在前面板选择不同的测试模式，可以很容易的满足了测试软件对不同特性参数的测试要求。图3左为码密度测试软件的窗口，右为FFT测试软件窗口。它包含了采集卡和ADC的控制设置以及输出参数显示等功能区域。

1.4 测试结果

利用上述测试系统，对CMOS图像传感器中的8Msps 10位ADC进行了性能测试，测试结果如表2所示。

测试结果表明，此系统可有效测出ADC的各项性能参数。

2 结论

本文以CMOS图像传感器集成流水线型ADC为测试实例，以LABview为软件，搭建了一套能综合测试ADC静态和动态性能的测试系统，该系统具有测试过程操作简单、测试参数较全面及硬件成本小等特点，并通过对自主设计的ADC进行测试，结果表明该系统可较准确的表征ADC的性能。