数模转换器的建立时间测试方法及系统与流程

本发明涉及数模转换器测试技术领域，特别是涉及一种数模转换器的建立时间测试方法及系统。

背景技术：

对于dac(数模转换器)的特性分析测试，包含建立时间(settlingtime)的测试，建立时间就是对于一个振荡的信号稳定到指定的最终值所需要的时间。然而目前对于settlingtime的测试，需要很多人工识别。随着芯片工艺制成的发展，需要对芯片在不同电压、温度、速度条件下做全面的评估，同时也需要测试更多数量的样品，这就给测试工作带来了新的挑战。如果全部手动测试，那完成整个测试的周期会严重影响到产品的开发进度。所以实现建立时间的全自动测试是必须要解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种数模转换器的建立时间测试方法及系统，能够自动测试数模转换器的建立时间。

为解决上述技术问题，本发明提供一种数模转换器的建立时间测试方法，包括：

一示波器对一数模转换器的电信号进行采样；

根据所述示波器的采样数据，得到一个采样周期中的高电平平均值；

根据建立时间的精度要求以及所述高电平平均值，得到一电压震荡结束后的高电平稳定区间；

在所述采样数据中找到所述高电平稳定区间的起始采样点，记为建立时间结束点；

在所述采样数据中查找最长的电压值连续上升区间，记为最大上升区间;

在所述采样数据中找到所述最大上升区间结束后第一个电压值为高电平平均值的采样点，记为建立时间起始点;

根据所述建立时间起始点和建立时间结束点，得到所述建立时间。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，得到一个采样周期中的高电平平均值的步骤包括：

对所述采样数据进行直方图统计，在所述直方图中，横坐标为电压，纵坐标为点数，根据高电平的主峰，得到所述高电平平均值，并根据低电平的主峰，得到所述采样周期中的低电平平均值。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述纵坐标的跨度为：(vmax-vmin)×z％，1％≤z≤5％，vmax为所述采样周期中的最低电压值，vmax为所述采样周期中的最高电压值。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，在所述采样数据中查找所述最大上升区间的步骤包括：

对依次所述采样数据中相邻的两个采样点进行比较，比较后一采样点的电压值与前一采样点的电压值的大小，找到后一所述采样点的电压值连续大于前一所述采样点的电压值的最长区间，记为假定最大区间，判断所述假定最大区间是否同时满足以下要求：

所述假定最大区间起始点的电压值是否小于等于(1+x)×vlmean，0.001％≤x≤10％，vlmean为低电平平均值;

所述假定最大区间的结束点的电压值是否大于等于(1-x)×vhmean，vhmean为高电平平均值;

所述假定最大区间是否经过所述示波器的采样触发点;

如果满足上述要求，则所述假定最大区间为所述最大上升区间;如果不满足上述要求，对所述采样数据进行平滑处理，并重新查找所述最大上升区间。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，对所述采样数据进行平滑处理，并重新查找所述最大上升区间的步骤包括：

进行w个采样点的扫描：比较所述采样数据中w个连续采样点，如果最后一个采样点的电压值大于第一个采样点的电压值，且中间采样点大于所述第一个采样点，则滤除所述中间采样点后，在所述采样数据中查找所述假定最大区间，w的起始值为3；

如果所述假定最大区间满足上述要求，则所述假定最大区间为所述最大上升区间；如果所述假定最大区间不满足上述要求，依次增加所述扫描中采样点的个数w；

如果w增加设定的阈值，则退出流程；如果w未所述阈值，重新进行所述扫描，直到查找所述最大上升区间；其中，w的起始值为3。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述示波器的触发点位于整个所述采样周期的中心区域。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述示波器的触发点为整个所述采样周期的中心点。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述高电平稳定区间中采样点的电压值为(1-x)×vhmean～(1+x)×vhmean，0.001％≤x≤10％，vhmean为高电平平均值。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，x为0.01％、0.1％或5％。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述数模转换器的建立时间测试方法还包括：

得到所有所述采样数据的采样点数tn；从所述采样数据找到位于一低电平范围内的采样点数，记为第一点数vln；从所述采样数据找到位于一高电平范围内的采样点数，记为第二点数vfn；

进行点数比较，如果vln>25％*tn且vfn>25％*tn，则流程继续，否则流程结束；

其中，所述低电平范围为(1-y)×vl～(1+y)×vl，所述高电平范围为(1-y)×vf～(1+y)×vf，0.001％≤y≤10％，vl为所述数模转换器的输出低电平，vf为所述数模转换器的输出高电平。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述数模转换器的建立时间测试方法还包括：

在所述采样数据中找到所述采样周期中第一个电压值为所述高电平平均值的采样点，记为高电平平均值起始点；

进行时间比较，判断所述高电平平均值起始点和建立时间结束点的时间是否相同，如果相同，则没有所述建立时间，流程结束；

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述数模转换器的建立时间测试方法还包括：

扫描所述高电平平均值起始点和建立时间结束点之间超出第一范围的采样点，记录到第一数组，所述第一范围为(1-n)×vhmean～(1+n)×vhmean，8％≤n≤20％。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试方法中，所述数模转换器的建立时间测试方法还包括：

扫描所述采样周期的起始采样点到m％采样点之间超出第二范围的采样点，记录到第二数组，所述第二范围为(1-m)×vlmean～(1+m)×vlmean，20≤m≤40。

根据本发明的另一面，还提供一种数模转换器的建立时间测试系统，包括：

数模转换器；

示波器，连接所述数模转换器，所述示波器对所述数模转换器的电信号进行采样；

向量发射单元，连接所述数模转换器，所述向量发射单元向所述数模转换器提供激励信号；

处理系统，连接所述示波器以及所述向量发射单元，所述处理系统根据如上任意一项所述的数模转换器的建立时间测试方法得到所述建立时间。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试系统中，所述向量发射单元为现场可编程门阵列。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试系统中，所述处理系统通过usb连接所述现场可编程门阵列。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试系统中，所述处理系统通过gpib连接所述示波器。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试系统中，所述处理系统通过一时钟源连接所述数模转换器。

进一步的，在所述数模转换器的建立时间测试系统中，所述处理系统通过gpib连接所述时钟源。

与现有技术相比，本发明提供的数模转换器的建立时间测试方法及系统具有以下优点：

在本发明提供的数模转换器的建立时间测试方法及系统中，根据示波器的采样数据，得到一个采样周期中的高电平平均值，从而得到一电压震荡结束后的高电平稳定区间；在所述采样数据中找到所述高电平稳定区间的起始采样点，记为建立时间结束点；在所述采样数据中查找最长的电压值连续上升区间，记为最大上升区间；在所述采样数据中找到所述最大上升区间结束后第一个电压值为高电平平均值的采样点，记为建立时间起始点；根据所述建立时间起始点和建立时间结束点，得到所述建立时间，可以实现全自动测试数模转换器的建立时间。

附图说明

图1为数模转换器输出的实测数据波形图；

图2为数模转换器输出的波形示意图；

图3为本发明一实施例中数模转换器的建立时间测试方法的流程图；

图4为本发明一实施例中数模转换器的建立时间测试系统的示意图；

图5为本发明一实施例中数模转换器的采样数据的直方图；

图6为本发明一实施例中查找最大上升区间的流程图；

图7为本发明一实施例中w＝2时通过0/1标识寻找最大上升区间的示意图。

具体实施方式

图1为数模转换器输出的实测数据波形图，现有技术无法对数模转换器的建立时间进行自动测试，需要根据数模转换器输出的实测数据进行人工识别。发明人对建立时间以及数模转换器输出的波形进行研究发现，在一个采样周期中，如图2所示(在图2中，横坐标为时间time，纵坐标为电压的振幅amplitude)，电压过冲(overshoot)之后，经过电压震荡结束后，进入高电平稳定区间a，在高电平稳定区间a内，电压的平均值为高电平平均值vhmean。过冲(overshoot)之后第一次电压值为高电平平均值vhmean的采样点为建立时间起始点p1x，高电平稳定区间a的起始点为建立时间结束点p2x，建立时间结束点p2x与建立时间起始点p1x之间的时间差为整个系统的建立时间。所以，如果找到建立时间结束点p2x和建立时间起始点p1x，便可得到建立时间。所以，得到建立时间的关键在于：找到建立时间起始点p1x和建立时间结束点p2x。

发明人进一步研究发现，建立时间起始点p1x一定是在一个采样周期中，从稳定的低电压(即低电平平均值vlmean)到高电压上升沿后过冲回落到第一个电压值为高电平平均值vhmean的采样点，如果能找到所述采样数据中查找最长的电压值连续上升区间，则最长的电压值连续上升区间之后的第一个电压值为高电平平均值vhmean的采样点，便为建立时间起始点p1x；建立时间结束点p2x为高电平稳定区间a的起始点为建立时间结束点p2x，如果得到一个采样周期中的高电平平均值vhmean，便可以根据建立时间的精度要求以及所述高电平平均值，得到电压震荡结束后的高电平稳定区间a，从而可以找到建立时间结束点p2x。

根据上述研究，发明人提出一种数模转换器的建立时间测试方法，如图3所示，包括：

步骤s11、一示波器对一数模转换器的电信号进行采样；

步骤s12、根据所述示波器的采样数据，得到一个采样周期中的高电平平均值vhmean；

步骤s13、根据建立时间的精度要求以及所述高电平平均值，得到一电压震荡结束后的高电平稳定区间；

步骤s14、在所述采样数据中找到所述高电平稳定区间的起始采样点，记为建立时间结束点p2x；

步骤s15、在所述采样数据中查找最长的电压值连续上升区间，记为最大上升区间；

步骤s16、在所述采样数据中找到所述最大上升区间结束后第一个电压值为高电平平均值vhmean的采样点，记为建立时间起始点p1x；

步骤s17、根据所述建立时间起始点p1x和建立时间结束点p2x，得到所述建立时间。

进一步的，根据所述数模转换器的建立时间测试方法，提供一种数模转换器的建立时间测试系统，包括：数模转换器；示波器，连接所述数模转换器，所述示波器对所述数模转换器的电信号进行采样；向量发射单元，连接所述数模转换器，所述向量发射单元向所述数模转换器提供激励信号；处理系统，连接所述示波器以及所述向量发射单元，所述处理系统根据如上所述的数模转换器的建立时间测试方法得到所述建立时间。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

以下具体说明本发明的详细工作过程，请参考图4，所述数模转换器的建立时间测试系统100包括数模转换器110、示波器120、向量发射单元130以及处理系统140，电源180向所述数模转换器110供电，所述示波器120连接所述数模转换器110，所述示波器120对所述数模转换器110的电信号进行采样，较佳的，所述示波器120为高端示波器。所述向量发射单元130连接所述数模转换器110，所述向量发射单元130向所述数模转换器110提供激励信号。

为避免所述向量发射单元130驱动能力过大导致整个测试系统的噪声偏大，较佳的，所述向量发射单元130为现场可编程门阵列(fpga)，通过把相应的向量(pattern)导入到fpga中，所述现场可编程门阵列输出驱动电流的可调，在送到所述数模转换器110中，在测试settlingtime等动态参数的时候，可以有效控制所述数模转换器110输出波形的overshoot和undershoot(下冲)，从而改善settlingtime的测量环境。电源170向所述向量发射单元130供电。

所述处理系统140连接所述示波器120以及所述向量发射单元130，所述处理系统140从所述示波器120处得到采样数据。较佳的，所述处理系统140通过一时钟源150连接所述数模转换器110，所述处理系统140通过一万用表160连接所述向量发射单元130。所述处理系统140通过usb总线连接所述向量发射单元130，所述处理系统140通过gpib连接所述示波器120，所述处理系统140通过gpib连接所述时钟源150。

以下结合所述数模转换器的建立时间测试方法，具体说明所述数模转换器的建立时间测试系统100的工作过程。

首先进行步骤s11，所述示波器120对所述数模转换器110的电信号进行采样。

较佳的，在本实施例中，所述数模转换器的建立时间测试方法还包括步骤s111和步骤s112，具体的如图3所示：

步骤s111，所述处理系统140从所述示波器120得到所有所述采样数据的采样点数tn，从所述采样数据找到位于一低电平范围内的采样点数，记为第一点数vln，从所述采样数据找到位于一高电平范围内的采样点数，记为第二点数vfn，其中，符合spec(规格)或者testplan(测试计划)定义的所述低电平范围为(1-y)×vl～(1+y)×vl，符合spec或者testplan定义的所述高电平范围为(1-y)×vf～(1+y)×vf，0.001％≤y≤10％，在本实施例中，y为5％。vl为所述数模转换器110设定的输出低电平，vf为所述数模转换器110设定的输出高电平。

步骤s112，进行点数比较，如果vln>25％*tn且vfn>25％*tn，则流程继续，否则流程结束。

然后，进行步骤s12，所述处理系统140根据所述示波器120的采样数据，得到一个采样周期中的高电平平均值vhmean。虽然所述数模转换器110具有设定的输出高电平，但是在实际输出中高电平会有波动，与设定的输出高电平有些偏差。在本实施例中，通过直方图的方法得到所述高电平平均值vhmean，方便、准确。具体的，对所述采样数据的所有采样点(从所述采样周期中的最低电压值vmin到所述采样周期中的最高电压值vmax)进行直方图统计，如图5所示，在所述直方图(histogram)中，横坐标为电压，纵坐标为点数，根据高电平的主峰(图5中的h1)，得到所述高电平平均值vhmean(约为1.22v)，同时，根据低电平的主峰(图5中的l1)，得到所述采样周期中的低电平平均值vlmean(约为-0.028v)。较佳的，所述纵坐标的跨度为：(vmax-vmin)×z％，1％≤z≤5％，例如z＝2.5％，vmax为所述采样周期中的最低电压值，vmax为所述采样周期中的最高电压值。本领域的普通技术人员还可以采用别的方法得到所述高电平平均值vhmean，在此不作赘述。

之后进行步骤s13，根据建立时间的精度要求以及所述高电平平均值vhmean，得到一电压震荡结束后的高电平稳定区间(如图2所示的区域a)，所述高电平稳定区间中采样点的电压值为(1-x)×vhmean～(1+x)×vhmean，0.001％≤x≤10％，x表示精度要求，x可以为0.01％、0.1％或5％，在本实施例中x取值5％，则高电平稳定区间a为电压稳定于95％×vhmean～105％×vhmean的区间。找到所述高电平稳定区间a的具体过程为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不作赘述。

然后进行步骤s14，在所述采样数据中找到所述高电平稳定区间a的起始采样点，记为建立时间结束点p2x(如图2所示)。

较佳的，在本实施例中，所述数模转换器的建立时间测试方法还包括步骤s113，在所述采样数据中找到所述采样周期中第一个电压值为所述高电平平均值vhmean的采样点，记为高电平平均值起始点plx(如图2所示)；

进行步骤s114，进行时间比较，判断所述高电平平均值起始点plx和建立时间结束点p2x的时间是否相同，如果相同，则没有所述建立时间，流程结束；

进行步骤s115，扫描所述高电平平均值起始点plx和建立时间结束点p2x之间超出第一范围的采样点，记录到第一数组hglitch，所述第一范围为(1-n)×vhmean～(1+n)×vhmean，8％≤n≤20％，在本实施例中，n取值为10％。所述第一数组hglitch记录了所述高电平平均值起始点plx和建立时间结束点p2x之间的噪声(如图2中的g1)，实现对高电平中的噪声进行记录，用于判断是否有异常情况。

进行步骤s116，扫描所述采样周期的起始采样点到m％采样点之间超出第二范围的采样点，记录到第二数组lglitch，所述第二范围为(1-m)×vlmean～(1+m)×vlmean，20≤m≤40，例如m＝20、30、40等。所述第二数组lglitch记录了所述采样周期的起始采样点到m％采样点之间的噪声(如图2中的g2)，实现对低电平中的噪声进行记录，用于判断是否有异常情况。

之后进行步骤s15，在所述采样数据中查找最长的电压值连续上升区间，记为最大上升区间。在本实施例中，所述步骤s15包括子步骤s151～子步骤s156，如图6所示：

子步骤s151，对依次所述采样数据中相邻的两个采样点(两采样点window)进行比较，比较后一采样点的电压值与前一采样点的电压值的大小，找到后一所述采样点的电压值连续大于前一所述采样点的电压值的最长区间，记为假定最大区间。具体的，在本实施例中，只要是window中后一采样点大于前一采样点，就记为“1”，如果出现后一采样点小于前一采样点，就记为“0”。例如两个连续的采样点为0.93、1.07，则记为“1”。找到整个扫描中最长连续上升区间，也就是找到最长连续为“1”的区间，如图7(图7中的横坐标表示采样点)，经过两采样点window辨识后，一组实测数据的0，1分布，其中最长连续为“1”的区间，如图7中标识l1，总共29个采样点，为所述假定最大区间。

子步骤s152，判断所述假定最大区间是否同时满足以下要求：

所述假定最大区间起始点的电压值是否小于等于(1+x)×vlmean，0.001％≤x≤10％，例如x＝5％，vlmean为低电平平均值；

所述假定最大区间的结束点的电压值是否大于等于(1-x)×vhmean;

所述假定最大区间是否经过所述示波器的采样触发点trigger；

如果满足上述要求，则所述假定最大区间为所述最大上升区间；如果不满足上述要求，对所述采样数据进行平滑处理，并重新查找所述最大上升区间，具体包括：

子步骤s153，进行w＝3个采样点的扫描：比较所述采样数据中3个连续采样点，如果最后一个采样点的电压值大于第一个采样点的电压值，且中间采样点大于所述第一个采样点，则滤除所述中间采样点。例如3个连续采样点为0.75、0.53、0.92，则过滤调0.53(如为噪声3)，并记为“1”。采用子步骤s151中的方法，在所述采样数据中查找所述假定最大区间，此为本领域的普通技术人员可以理解的，在此不作赘述；

进行步骤s154，进行判断，如果所述假定最大区间满足上述要求，则所述假定最大区间为所述最大上升区间；如果所述假定最大区间不满足上述要求，进行步骤s155，依次增加所述扫描中采样点的个数w；

进行步骤s156，对个数w进行判断，如果w增加设定的阈值wt，则退出流程；如果w未所述阈值，重新进行所述扫描，进行w＝4个采样点的扫描，在进行w＝4个采样点的扫描中，假设4个连续采样点为0.52、1.52、0.93、0.68，则过滤调1.52、0.93，并记为“1”。如果w＝4个采样点的扫描亦无法找到最大上升区间，则再进行5个采样点的扫描、6个采样点的扫描等等，直到查找所述最大上升区间。

较佳的，所述示波器120的触发点trigger位于整个所述采样周期的中心区域。优选的，所述示波器120的触发点trigger为整个所述采样周期的中心点，如图1所示，以保证高低电平采样点的对称性。具体采样频率、采样深度、电压分辨率根据被测试信号的指标做相应的设置。

本发明的查找所述最大上升区间的方法可以有效避免噪声的影响，提高精度，但查找所述最大上升区间的方法并不限于上述方法。

然后进行步骤s16，在所述采样数据中找到所述最大上升区间结束后第一个电压值为高电平平均值vhmean的采样点，记为建立时间起始点p1x，如图2所示；

步骤s17、根据所述建立时间起始点p1x和建立时间结束点p2x，得到所述建立时间，为建立时间结束点p2x的横坐标与所述建立时间起始点p1x的横坐标之差。

本发明的数模转换器的建立时间测试方法及系统，可以实现全自动测试数模转换器的建立时间，具有高精度、高效率的特点。本领域的普通技术人员可以理解所述数模转换器的建立时间测试方法并不限于通过所述数模转换器的建立时间测试系统实现。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。