一种基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法。该方法基于ADC测试系统采集的数字信号进行测试，包括以下步骤：初始化设置样本大小、采样频率；对样本加Blackman窗进行FFT运算；对基波和各次谐波在FFT谱线中搜索幅值最大的谱线及其左右两根谱线，计算左右两根谱线幅值之差与最大谱线幅值的比值；采用多项式拟合的方法得到按基波和各次谐波的插值系数计算公式并计算基波和各次谐波的插值系数；采用多项式拟合的方法得到幅值修正公式，计算基波和各次谐波的修正幅值并代入ADC主要动态参数计算公式，得到测试结果。本发明首次提出基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法，能有效抑制频谱泄露带来的测试误差，快速、准确地测试ADC产品动态参数。
【专利说明】—种基于BI ackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于集成电路测试领域，具体涉及一种测试ADC动态参数方法，特别涉及一种基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法。
【背景技术】
[0002]随着全球信息化技术和产业的蓬勃发展,对模数转换器(Analog-to-Converter,ADC)的需求迅速增大，对ADC的性能也提出了更高的要求。ADC的性能一般包括静态特性和动态特性，静态特性参数主要包括差分非线性度(Differential Non-Linearity, DNL)和积分非线性度(Integral Non-Linearity, INL),主要用来衡量传递函数对基准线的偏离。ADC的静态特性已有国家规范标准，测试方法亦比较成熟。动态特性参数用于描述在交流信号输入情况下ADC的转换特性，包括信噪比(Signal to Noise Ratio，SNR)、无杂散动态范围(Spurious-Free Dynamic Range, SFDR)、总谐波失真(Total Harmonic Distortion, THD)、信号与噪声失真比(Signal to Noise And Distortion, SINAD)、有效位数(EffectiveNumber of Bits, ENOB)等,可以更好地表征ADC的性能。因此,对这些动态参数进行准确测试显得尤为重要。
[0003]ADC输出数字信号的米样方式有两种:相干米样和非相干米样。ADC正弦模拟输入信号频率和采样时钟频率满足fsXC=fiXN时即为相干采样，其中&为ADC的正弦模拟输入信号频率，fs为采样时钟频率，N为采样数据长度，C为采样数据长度N中包含的输入信号的完整周期数，要求C和N互为素数且N为2的整数次幂。
[0004]相干米样快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation, FFT)法是一种常用的ADC动态参数测试方法，具有精度高、直观、简便等优点。但是，在实际测试中为了实现相干采样，除要求测试系统满足fsXC=fiXN外，还要求克服供电电源噪声和系统外围电路产生的噪声，使得测试系统难免会存在非相干性。对于频率为A的正弦输入信号采样，输出采样数据不是单纯的正弦输入信号的理想离散数据，而是包含正弦输入信号以及各种谐波成分的离散化数据，导致信号的频谱不仅在A处有离散谱，而且在以A为中心的频带范围内都有谱线，且各次谐波谱线不一定正好位于标准FFT分析的频率点上，而可能落在两个频率点之间。因此，通过FFT法测试ADC的动态参数不可避免地存在频谱泄露。
[0005]如何有效抑制频谱泄露是ADC动态参数测试中一个迫切需要解决的问题。目前已有多种方法能够降频谱泄露的影响。例如采用基于时-频域分别计算信号能量和噪声能量，但需要通过信号重构恢复测试信号，误差较大；也可以采用采样后相干的方法提高测试精度。然而，这些方法抑制频谱泄露的效果都不明显，且实现较为复杂。
【发明内容】
[0006]鉴于现有测试方法存在的不足，本发明的目的旨在提供一种基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法，利用合适的窗函数对时域数据进行截断处理，这样可以显著减少采样数据端点的非连续效应，减弱长范围频谱泄露，而插值算法可以减弱栅栏效应带来的影响。
[0007]本发明通过如下技术方案实现:
[0008]—种基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法,包括以下步骤:
[0009]步骤1:通过ADC测试系统采集ADC输出的数字信号，得到N点长度的采样数据；
[0010]步骤2:ADC性能测试程序初始化设置输入模拟信号源频率&、采样时钟源频率fs、谐波阶数M以及采集样本点大小N ；
[0011]所述的采集样本点大小N为2的整数次幂；
[0012]所述的采样时钟源频率fs≤2fj ；
[0013]假设一个单一频率模拟输入信号X (t)以采样频率fs经过ADC均匀采样得到的离散时间信号X (η)为:
[0014]
【权利要求】
1.一种基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:通过ADC测试系统采集ADC输出的数字信号，得到N点长度的采样数据； 步骤2:ADC性能测试程序初始化设置输入模拟信号源频率&、采样时钟源频率fs、谐波阶数M以及采集样本点大小N ;所述采集样本点大小N为2的整数次幂；所述的采样时钟源频率fs≥2f,； 步骤3:ADC性能测试程序对样本点加N点长度的Blackman窗函数截断处理后进行FFT运算，得到FFT谱线； 步骤4:对基波和各次谐波在FFT谱线中搜索幅值最大的谱线及其左右两根谱线，计算左右两根谱线幅值之差与最大谱线幅值的比值； 步骤5:采用多项式拟合的方法得到基波和各次谐波的插值系数计算公式，并计算基波和各次谐波的插值系数； 步骤6:采用多项式拟合的方法得到幅值修正公式，并结合上述的基波和各次谐波的插值系数计算公式计算出基波和各次谐波的修正幅值； 步骤7:将基波和各次谐波的修正幅值代入ADC主要动态参数计算公式计算各项参数，并显示测试结果。ADC动态参数主要包括信噪比SNR、信噪失真比SINAD、有效位数ENOB、无杂散动态范围SFDR和总谐波失真THD，计算公式为:
2.根据权利要求1所述的基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法，其特征在于:所述的基波和各次谐波的插值系数计算公式为: a=0.7834267b-0.0777817b3+0.0160200b5-0.0033564b7(6) 其中，a为基波和各次谐波的插值系数，且-0.5 < a < 0.5 ；b为基波和各次谐波对应的能量范围内最大谱线左右两根谱线幅值之差与最大谱线幅值的比值。
3.根据权利要求1或2所述的基于Blackman窗三谱线插值测试ADC动态参数的方法，其特征在于，所述基波和谐波的幅值修正公式为:Am=N-1 (Xm_!+2Xm+Xm+1) (2.1747990+0.5422966a2+0.0886361a4+0.0112150a6) (7)其中，M为谐波阶数，当M=I时，A1为对应的基波幅值，当M古I时，Am为M阶谐波的幅值；a为基波和各次谐波的插值系数；XM为第M次谐波能量范围内最大谱线的幅值，Xsh和X?+1为对应的最大谱线的左 右两根谱线的幅值。
【文档编号】H03M1/10GK103441762SQ201310406728
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】虞致国, 何芹, 顾晓峰, 赵琳娜 申请人:江南大学