测试电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及测试电路。该测试电路包括：模拟信号发生器；模数转换器（ADC）；可配置数字信号发生器；以及评估电路。
【专利说明】测试电路
【技术领域】
[0001]本发明的实施例涉及一种测试电路，特别是涉及一种用于测试模数转换器的测试电路。
【背景技术】
[0002]模数转换器(A/D转换器、ADC)被广泛用于多种不同的电子电路应用中，诸如微控制器。ADC用来将模拟输入信号转换为表示模拟输入信号的离散的或者数字输出信号。由于ADC制造工艺中不可避免的变化，在相同工艺中产生的ADC可能具有不同的参数，诸如偏移或增益。因此，在使用之前需要对ADC进行校准。
[0003]可以通过使用特殊测试或者校准设备来校准ADC。然而这种测试设备很昂贵，并且需要在制造工厂中制造工艺的最后的校准。在片(on-chip)校准是不可能的，所述在片校准意指仅仅使用其所利用的电路对ADC的校准，或者制造处理之后的某个时间的再校准。
[0004]此外，存在对已经校准的ADC进行测试的需要。
【发明内容】
[0005]第一实施例涉及一种测试电路。该测试电路包括:模拟信号发生器，所述模拟信号发生器具有输出端，并被配置为根据时序参数，在输出端生成模拟输出信号；模数转换器(ADC);可配置数字信号发生器；以及评估电路。
[0006]该ADC包括连接到模拟信号发生器的输出端的输入端，以及输出端，并被配置为取决于模拟信号来生成第一数字输出信号。可配置数字信号发生器包括输出端，并被配置为根据时序参数，在输出端生成第二数字输出信号，该数字信号发生器被配置为接收至少一个调整信号，并被配置为取决于至少一个调整信号，调整数字信号的偏移和幅度中的至少一个。评估电路被配置为从ADC接收数字输出信号，以及从数字信号发生器接收第二数字输出信号，以比较第一数字输出信号和第二数字输出信号，并基于比较来确定ADC的至少一个误差参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]现在将参考附图来解释示例。附图用于图示基本原理，使得仅图示了理解该基本原理所必需的方面。附图没有按比例绘制。在附图中，相同的参考字符表示同样的特征。
[0008]图1图示了具有模拟信号发生器、模数转换器(ADC)、数字信号发生器和控制电路的信号生成电路的框图。
[0009]图2图示了模拟信号发生器的第一实施例。
[0010]包括图3A和3B的图3图示了模拟信号发生器的操作原理。
[0011]图4图示了在校准例程期间的模拟信号发生器的输出信号。
[0012]图5图示了在校准例程期间的模数转换器的输出信号。
[0013]图6图示了根据第一实施例的数字信号发生器。[0014]图7图示了包括模拟信号发生器、ADC、可配置数字信号发生器和评估单元的测试电路的框图。
[0015]图8图示了数字信号发生器的一个实施例。
[0016]图9图示了包括在数字信号发生器中的第一调整单元的操作原理。
[0017]图10图示了评估单元的实施例。
[0018]图11图示了理想的和不理想的ADC的特性曲线。
【具体实施方式】
[0019]在下面的【具体实施方式】中，参考附图，在所述附图中通过图示在其中本发明可以实施的特定实施例被示出。要被理解的是，这里所述的各种示例性实施例的特征可以彼此结合，除非另外特别指出。
[0020]图1图示了信号生成电路的第一实施例。该信号生成电路包括具有输出端和控制输入端的模拟信号发生器I。模拟信号发生器I被配置为根据时序参数在输出端生成模拟输出信号Si (t)，并被配置为在控制输入端接收控制信号S41。信号生成电路还包括模数转换器(ADC) 3，其包括耦合到模拟信号发生器I的输出端的输入端，以从模拟信号发生器I接收模拟输出信号si (t)。ADC3还包括输出端，并被配置为生成数字(离散)输出信号si (k)。数字输出信号si (k)包括信号值序列,其取决于在ADC3的输入端接收的模拟信号si (t)。
[0021]信号生成电路还包括可配置数字信号发生器2，所述可配置数字信号发生器2包括控制输入端和输出端，并被配置为根据在控制输入端接收的信号参数S42，来在输出端生成数字(离散)输出信号s2(k)。控制电路4包括耦合到ADC3的输出端的输入端、耦合到模拟信号发生器I的控制输入端的第一控制输出端、以及耦合到数字信号发生器2的控制输入端的第二控制输出端。控制电路4在第一输出端生成针对模拟信号发生器I的第一控制信号S41，以及在第二输出端生成针对数字信号发生器2的第二控制信号S42。在校准例程中，控制电路4被配置为使模拟信号发生器I生成输出信号，以基于在控制电路的输入端接收的ADC3的输出信号si (k)，来确定模拟输出信号si (t)的时序参数，以及取决于所确定的模拟信号发生器I的时序参数，来设置数字信号发生器2的信号参数S42。
[0022]图1的信号生成电路是自校准电路，在其中数字信号发生器2生成数字输出信号s2(k),所述数字输出信号s2(k)具有与模拟信号发生器I的模拟输出信号si (t)相同的时序参数或相同的时序行为。如从以下说明中变得显而易见的那样，控制电路4被配置为评估模拟输出信号si (t)的时序参数，而不取决于ADC3的可能变化的参数，诸如偏移或增益。因此，这些参数的变化不影响时序参数的评估。因此，图1的信号生成电路适于在测试ADC的测试电路中采用，诸如图1的ADC。在这个测试电路中，ADC3的输出信号sl(k)可以与数字信号发生器2的输出信号s2(k)相比较，以便校准该ADC3。
[0023]根据一个实施例，模拟信号发生器I被配置为取决于从控制电路4接收的控制信号S41，来生成具有第一信号波形或者具有第二信号波形的模拟输出信号si (t)。第一和第二信号波形中的一个包括输出信号sl(t)的上升沿，而第一和第二信号波形中的另一个包括输出信号si (t)的下降沿。第一和第二信号波形都是根据时序参数生成的。
[0024]图2图示了模拟信号发生器I的第一实施例。参考图2，模拟信号发生器I包括RC电路11，该RC电路11具有电阻器Il1和电容性存储元件Il2，其串联连接在RC电路11的输入端12和针对参考电势GND的端子之间。RC电路11还包括耦合到模拟信号发生器I的输出端的输出端13,用于提供模拟输出信号sl(t)。RC电路13的输出端是与电阻器Ili和电容性存储元件Il2共用的电路节点。在这个实施例中，输出信号si (t)对应于跨过电容性存储元件Il2的电压。
[0025]参考图2，模拟信号发生器I还包括第一电源端子18，所述第一电源端子18被配置为接收第一电源电势，以及第二电源端子19，所述第二电源端子19被配置为接收第二电源电势。在图2中所图示的实施例中，在第一电源端子18的第一电源电势Uref是由连接在第一电源端子18和针对参考电势GND的端子之间的电源电压源14所提供。在这个实施例中，第二电源端子19被连接到针对参考电势GND的端子。为了解释的目的，假定第一电源电势相对于参考电势GND为正电势。可选地，放大器或者缓冲器17被连接到第一电源端子18。根据一个实施例，可选放大器或缓冲器17的增益是I ( 一)。
[0026]模拟信号发生器I还包括第一多路器(multiplexer) 161；所述第一多路器Iei具有耦合到第一电源端子18的第一输入端子、耦合到第二电源端子19的第二输入端子、并且具有输出端。可选缓冲器17被连接在第一电源端子18和第一多路器W1的第一输入端之间。第二多路器162具有耦合到第一多路器Ie1的输出端子的输入端子、耦合到RC电路11的输入端12的第一输出端子、以及通过RC电路11的输出端13耦合到电容性存储元件Il2的第二输出端子。具有小于RC电路11的电阻器Il1的电阻的电阻的可选电阻器15被耦合在第二多路器162的第二输出端和电容性存储兀件Il2之间。在模拟信号发生器I的某个操作模式下，该另外的电阻15仅用来限制流进电容性存储元件Il2的电流的幅度。
[0027]第一和第二多路器16ρ162通过控制信号S41受控于控制电路(图1中的4)。在这个实施例中，控制信号S41包括两个子信号，也就是控制第一多路器Ie1的第一子信号S411；以及控制第二多路器162的第二子信号S412。
[0028]在控制电路4的控制下，模拟信号发生器I被配置为生成模拟输出信号Si (t)，其具有包括上升沿的第一信号波形，或者具有包括下降沿的第二信号波形。为了生成第一信号波形，RC电路11的电容性存储元件112被预充电以具有第一开始电压，并且接着被充电，使得跨越电容性存储元件Il2的电压以及因此输出信号sl(t)增大。为了生成第二信号波形，电容性存储元件112被预充电以具有第二开始电压，并且接着被放电，使得跨越电容性存储兀件Il2的电压以及输出信号Si (t)减小。第一开始电压低于第二开始电压。根据一个实施例，第一开始电压为零，而第二开始电压对应于电源电压Uref。
[0029]以下参考图3A和3B来解释模拟信号发生器I的操作原理。图3A和3B示出了对应于图2的框图的框图，并且还示出了在模拟信号发生器I的不同操作模式下，通过第一和第二多路器Ie1Ue2的信号路径。
[0030]图3A图示了模拟信号发生器I用于生成第一信号波形(具有上升沿)的操作原理。在生成具有上升沿的第一信号波形之前，通过经由第一和第二多路器Ie1Ue2以及可选的另外的电阻器15将电容性存储元件Il2连接到第二电源端子19，电容性存储元件Il2在第一预充电模式下被预充电到第一开始值。在这种情况下，第一开始电压是零(O)。在第一预充电模式下，控制电路4控制第一多路器Ie1将第二输入端子连接到输出端，并控制第二多路器162将输入端连接到第二输出端。图3A中以虚线图示了第一预充电模式下通过多路器Ie1Ue2的信号路径。[0031]在已经预充电电容性存储元件Ii2之后，通过第一和第二多路器Ie1UeJfRC电
路11的输入端12耦合到第一电源端子18，在模拟信号发生器I的充电模式下生成第一信
号波形。在这个操作模式下，控制电路4控制第一多路器Ie1将第一输入端子连接到输出
端，并控制第二多路器162将输入端连接到第一输出端。在图3A中以虚线图示了在这个操
作模式下通过第一和第二多路器Ie1Ue2的电流路径。在这个操作模式下，通过电阻器Ii1
由电源电压源14对电容性存储元件Il2充电。在这个操作模式下(在其中电容性存储元
件Il2被充电以致生成第一信号波形)，该输出信号sl(t)可以被如下表不:
【权利要求】
1.一种测试电路,包括: 模拟信号发生器，其被配置为根据时序参数来生成模拟输出信号(S5(t))； 模数转换器(ADC) (7)，其被配置为接收模拟输出信号，并且取决于模拟信号(sl(t))来生成第一数字输出信号(s7(k))； 可配置数字信号发生器出)，其被配置为根据时序参数来生成至少一个第二数字输出信号(s6(k) ^ei (k) ;s62(k))，其中该数字信号发生器(6)进一步被配置为接收至少一个调整信号(S83)，并且取决于至少一个调整信号(S83)来调整数字信号(s6(k))的偏移和幅度中的至少一个； 评估电路(8)，其被配置为从ADC(7)的接收第一数字输出信号(s7(k))并且从数字信号发生器(6)接收第二数字输出信号(s6 (k))，比较第一数字输出信号(s7 (k))和第二数字输出信号(s6(k))，并基于比较来确定ADC (7)的至少一个误差参数。
2.权利要求1的测试电路， 其中，模拟信号发生器(5)被进一步配置为接收第一控制信号(S81)， 其中，数字控制电路(6)被进一步配置为接收第二控制信号(S82)， 其中，评估电路⑶包括控制电路(81)，所述控制电路(81)被配置为接收数字输出信号(s7(k)),并且输出第一控制信号(S81),并且 其中，控制电路(81)被进一步配置为在校准例程中使得模拟信号发生器(5)生成模拟输出信号(85(1:)),以基于40(3(7)的输出信号来确定模拟输出信号(s5(t))的时序参数,并且取决于所确定的时序参数来设置第二控制信号(S82)信号。
3.权利要求2的测试电路， 其中，模拟信号发生器(5)被配置为生成具有第一信号波形或具有第二信号波形的输出信号(s5(t))，所述第一信号波形、第二信号波形中的每个都根据时序参数并且取决于第一控制信号(S81)， 其中，控制电路(81)在校准例程中被配置为使得模拟信号发生器(5)生成具有第一信号波形的输出信号(s5(t))至少一次，并且使得模拟信号发生器(5)生成具有第二信号波形的输出信号(s5(t))至少一次。
4.权利要求2的测试电路，其中， 控制电路(81)在校准例程中被配置为: 在至少一个第一时间周期期间并且在至少一个第二时间周期期间，计算ADC(7)的输出信号(s7(k))的平均值，在所述第一时间周期中模拟信号发生器(5)生成第一信号波形，在所述第二时间周期中模拟信号发生器生成第二信号波形， 进一步生成第一信号波形和第二信号波形中的至少一个，并且评估至少一个第一和第二信号波形的开始与第一和第二信号波形中的至少一个达到平均值的时间之间的时间周期， 取决于时间周期来生成时序参数。
5.权利要求 2的测试电路，其中， 模拟信号发生器(5)包括: 具有串联连接的电阻器(1l1)和电容器(1l2)的RC电路，其中模拟信号发生器(5)的输出信号取决于跨越电容器(1l2)的电压；第一电源端子和第二电源端子，所述第一电源端子被配置为接收第一电源电势，而所述第二电源端子被配置为接收第二电源电势； 耦合电路(161; 162)，其被耦合到模拟信号发生器的控制输入端，并且被配置为取决于在控制输入端接收到的控制信号(S411;S412)来将第一电源端子或第二电源端子耦合到RC电路。
6.权利要求5的测试电路，其中， 耦合电路(161;162)被进一步配置为使得耦合电路取决于控制信号(S411; S412)来对RC电路的电容器预充电。
7.权利要求5的测试电路，其中， 控制电路(81)被配置为使得耦合电路(161;162)对电容器(Il2)预充电到第一电源电势。
8.权利要求5的测试电路，其中， 率禹合电路包括: 第一多路器(161),其具有耦合到第一电源端子的第一输入端、耦合到第二电源端子的第二输入端、以及输出端； 第二多路器(162)，其具有耦合到第一多路器的输出端的输入端、耦合到RC电路的输入端的第一输出端、以及I禹合到RC电路的电容器(112)的第二输出端。
9.权利要求2的测试电路，其中， 可配置数字信号发生器(6)包括: 信号发生器(60)，其被配置为接收包括至少一个参数信号(3821至3823)的第二控制信号(S82),并且取决于第二控制信号(S82)来生成第一数字信号(SG1(IO), 以及至少一个调整单元(64)，其被配置为接收第一数字信号(Se1GO)以及包括至少一个调整参数的调整信号(S83)，并且被配置为输出第二数字信号(s62(k))，其中第一数字信号(SeiGO)和第二数字信号(S62(k))形成第二数字输出信号(s6(k))。
10.权利要求9的测试电路，其中， 可配置数字信号发生器(6)包括第一调整单元(64)，所述第一调整单元(64)被配置为接收第一调整参数(S83D，并且被配置为调整第二数字信号(s62(k))的幅度。
11.权利要求9的测试电路，其中， 可配置数字信号发生器(6)包括第二调整单元(65)，其被配置为接收第一输出信号(Se1GO)或者取决于第一输出信号(Se1GO)的信号以及第二调整参数(S832)，并且被配置为调整第二数字信号(S62(k))的偏移。
12.权利要求10的测试电路，其中， 第二调整单元(65)被配置为将第二调整参数(S832)加到第一输出信号(Se1GO)或者取决于第一数字信号(Se1GO)的信号。
13.权利要求9的测试电路，其中， 可配置数字信号发生器(6)包括第三调整单元(66)，其被配置为接收第一数字信号(Se1GO)或者取决于第一数字信号(Se1GO)的信号以及第三调整参数(S833)，并且被配置为将第三调整参数(S833)加到第一数字信号(Se1GO)或者取决于第一数字信号(Se1GO)的信号。
14.权利要求9的测试电路，其中， 可配置数字信号发生器(6)包括第四调整单元出71;672)，其被配置为接收第四调整参数(S834)，并且调整第一数字信号(Sei (k))。
15.权利要求14的测试电路， 其中，第四调整单元出71;672)被配置为将第四调整参数(S834)乘以至少一个参数信号(S821； S823)，并且 其中，信号发生器(60)被配置为取决于该乘法的结果来生成第二数字输出信号(s6(k))。
16.权利要求9的测试电路， 其中，可配置数字信号发生器(6)包括台阶检测器(68)， 其中，台阶检测器(68)被配置为接收第一数字信号(Se1GO)和第二数字信号(s62(k))，检测第二数字信号(s62(k))的LSB的改变，并且输出台阶信号。
17.权利要求9的测试电路，其中， 评估电路(8)进一步包括调整电路(82)，所述调整电路(82)被配置为从可配置数字信号发生器(6)接收第一数字输出信号(s7(k))以及第一数字信号(Se1GO)和第二数字信号(s62(k))中的一个，并且被配置为从其中生成调整信号(S83)。
18.权利要求16的测试电路，其中， 评估电路(8)进一步包括测试单元(83)，所述测试单元(83)被配置为接收台阶信号，从ADC (7)接收第一数字输出信号(s7(k))，并且从数字信号发生器(6)接收第一数字信号(SeiGO)和第二数字信号(s62(k))，并且被配置为从其中确定ADC (7)的INL误差和DNL误差中的至少一个。
19.一种方法,包括: 由模拟信号发生器(5)来根据时序参数来生成模拟输出信号(s5(t))； 由模数转换器(ADC) (7)来接收模拟输出信号，并且取决于模拟信号(sl(t))来生成第一数字输出信号(s7(k))； 由可配置数字信号发生器(6)来根据时序参数来生成至少一个第二数字输出信号(s6(k))，并且取决于至少一个调整信号(S83)来调整数字信号(s6(k))的偏移和幅度中的至少一个； 由评估电路(8)来比较第一数字输出信号(s7(k))和至少一个第二数字输出信号(s6 (k))，并基于比较来确定ADC (7)的至少一个误差参数。
【文档编号】H03M1/10GK103905043SQ201310563721
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2013年10月8日 优先权日:2012年10月5日
【发明者】R·阿诺尔德, H·马特斯, H·奥伯迈尔 申请人:英飞凌科技股份有限公司