高精度数模转换器的差分线性误差测试系统及测试方法与流程

1.本发明涉及数模转换器dac测试技术领域，具体涉及一种高精度数模转换器的差分线性误差测试系统及测试方法。


背景技术：

2.数模转换器(dac)顾名思义就是将数字信号转换成模拟信号的一种集成芯片，作为模拟和数字世界之间的桥梁，在现代电子产品中显的尤为重要，其广泛的应用到了多媒体、数据采集、移动通信等各个领域。随着经济发展和科学技术的不断进步，也极大地推动了ic技术进一步的提高，作为现在电子产品中的重要部分数模转换器也得到了很大的发展和应用，因此对数模转换器的自身参数等的测试就显得尤为重要。
3.数模转换器的差分线性误(dnl)时用来描述数模转换器静态特性中每一个转换代码正确性的参数，在各个应用领域中都有非常重要的作用。现有的测试数模转换器的差分线性误主要为通过测试机的高精度板卡实现对输出电压的测试，但会受限于板卡的测试范围，且测试稳定性和准确性差。
4.例如，对于16位的数模转换器(假设其参考电压为5v)来说，其一个最低有效位被测数模转换器芯片dnl的值约为0.3lsb，也就是约为25uv。那么在0-5v情况下要测准25uv是比较困难的，比较高精度的测试机测试精度能达到约0.005％
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被测值，也就是如果测试1v电压值左右的dnl它的测试误差就可能达到50uv。
5.因此，有必要提供改进的技术方案以克服现有技术中存在的以上技术问题。


技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高精度数模转换器的差分线性误差测试系统及测试方法，能够以低精度要求的测试源实现高精度的差分线性误差测量，测试稳定性高且适用性强。
7.根据本发明提供的一种高精度数模转换器的差分线性误差测试系统，包括：可编程电源模块，与待测数模转换器连接，用以向待测数模转换器提供至少一组测试代码，所述待测数模转换器基于所述至少一组测试代码于输出端同时输出对应的模拟电压；至少一个运算放大器，每个运算放大器均与所述待测数模转换器的两个输出端连接，用于对所述待测数模转换器的两个输出端输出的模拟电压进行差值运算，并对所述差值进行放大输出；测试源，用于测量所述至少一个运算放大器中每个运算放大器的输出电压，并基于测量值获得高精度的所述数模转换器的差分线性误差，其中，所述至少一组测试代码中每组测试代码均包括相邻的两个测试代码，且所述至少一个运算放大器中每个运算放大器所接收的两个模拟电压均对应一组测试代码。
8.优选地，所述数模转换器的差分线性误差等于一个运算放大器的输出电压对应的测量值除以放大倍数。
9.优选地，所述数模转换器的差分线性误差等于两个或两个以上运算放大器的输出电压对应的测量值的均值除以放大倍数。
10.优选地，所述测试源包括低精度的数字万用表、万用表、示波器、电压表及测试板卡中的任一。
11.优选地，与所述至少一个运算放大器中每个运算放大器相连接的所述待测数模转换器的两个输出端相邻。
12.优选地，所述可编程电源为微处理器或单片机。
13.根据本发明提供的一种高精度数模转换器的差分线性误差测试方法，包括：由可编程电源模块提供至少一组测试代码；由待测数模转换器基于所述至少一组测试代码于输出端同时输出对应的模拟电压；由运算放大器对所述待测数模转换器的两个输出端输出的模拟电压做差值运算，并对所述差值进行放大输出；以及由测试源测量所述运算放大器的输出电压，并基于测量值获得高精度的所述数模转换器的差分线性误差，其中，所述至少一组测试代码中每组测试代码均包括相邻的两个测试代码，且所述运算放大器所接收的两个模拟电压分别对应一组测试代码中的两个测试代码。
14.优选地，基于测量值获得高精度的所述数模转换器的差分线性误差包括：将测量值除以所述运算放大器的放大倍数，以获得高精度的所述数模转换器的差分线性误差。
15.优选地，所述运算放大器的数量为多个，且多个运算放大器中每个运算放大器均与所述待测数模转换器的不同的两个输出端连接，以提供多个输出电压至所述测试源。
16.优选地，由测试源测量所述运算放大器的输出电压，并基于测量值获得高精度的所述数模转换器的差分线性误差包括：由测试源测量多个运算放大器的多个输出电压，获得多个测量值；获取所述多个测量值的均值，并将所述均值除以所述运算放大器的放大倍数，以获得高精度的所述数模转换器的差分线性误差。
17.本发明的有益效果是：本发明公开了一种高精度数模转换器的差分线性误差测试系统及测试方法，通过可编程电源模块向待测数模转换器提供至少一组的测试代码(每组测试编码均包括相邻的两个测试代码)，进而使得待测数模转换器中至少两个输出端输出为对应一组测试代码的模拟电压，之后通过至少一个的运算放大器对待测数模转换器的该两个输出端电压进行差值运算，也即是说以待测数模转换器的一个输出端为参考与另一输出端的输出电压值进行差值运算以获得待测数模转换器的差分线性误差。由于是差值运算，进而待测数模转换器自身的偏移误差可以相互抵消，提高了测试的准确性。同时在由运算放大器进行差值运算后对电压差值进行放大后再输出，因而降低了对测试源测试精度的要求，在实现以低精度的测试源获得高精度的差分线性误差时，增强了测试的稳定性和适用性。
18.以一组测试代码对应一个运算放大器获得待测数模转换器的差分线性误差，测试效率高，成本低。
19.以多组测试代码对应多个运算放大器通过求均值继而获得待测数模转换器的差分线性误差，测试准确性高。
20.测试源采用低精度的数字万用表、万用表、示波器、电压表及测试板卡中的任一，测试源资源易获取，测试成本低。
21.采用待测数模转换器的相邻输出端与运算放大器的输入端连接以进行一组测试
代码对应的模拟电压的差值运算，测试条理性强，在进行多组测试时不易出错，降低了测试难度，同时也有助于在进行多组测试时优化布线结构。
22.应当说明的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
23.通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。
24.图1示出根据本发明实施例提供的高精度数模转换器的差分线性误差测试系统的结构框图；
25.图2示出根据本发明实施例提供的高精度数模转换器的差分线性误差测试方法的流程图。
具体实施方式
26.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反的，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
28.下面，参照附图对本发明进行详细说明。
29.数模转换器的差分线性误(dnl)的意思是两个相邻的代码(数字信号代码，例如000和001)对应的模拟输出值的差与理想的一个最低有效位1lsb的偏差。其中，对于16位的数模转换器(假设其参考电压为5v)来说，其一个最低有效位
30.图1示出根据本发明实施例提供的高精度数模转换器的差分线性误差测试系统的结构框图。
31.如图1所示，本实施例中，高精度数模转换器的差分线性误差测试系统包括：可编程电源模块100、至少一个运算放大器(本实施例中以两个运算放大器即第一运算放大器u1和第二运算放大器u2为例进行说明)和测试源300。
32.其中，可编程电源模块100与待测数模转换器200连接，用以向待测数模转换器200提供至少一组测试代码。其中，测试代码中包括测试所需的数字电压信号，待测数模转换器200基于该至少一组的测试代码进行数模转换后，于待测数模转换器200的输出端同时输出对应该至少一组测试代码的模拟电压。
33.本实施例中，可编程电源模块100为微处理器或单片机等可以通过编码实现数字电压信号输出的器件。
34.进一步地，可编程电源模块100提供的至少一组测试代码中，每组测试代码均包括两个相邻的测试代码，例如代码65000和代码65001。且每组测试代码中的每个测试代码经
待测数模转换器200转换后均会分别在待测数模转换器200的两个输出端同时输出对应的模拟电压。例如代码65000输入至待测数模转换器200后，会在待测数模转换器200的第一输出端out1出输出对应代码65000的模拟电压，同时代码65001输入至待测数模转换器200后，会在待测数模转换器200的第二输出端out2出输出对应代码65001的模拟电压，进而为后续的差分线性误差测试提供基础。
35.至少一个运算放大器中每个运算放大器均与待测数模转换器200的两个输出端连接，用于对待测数模转换器200的两个输出端输出的模拟电压进行差值运算，并对差值进行放大输出。
36.具体地，本实施例中，以测试系统包括两个运算放大器为例，如图1所示，假设待测数模转换器200为4路16位的数模转换器，其中，第一运算放大器u1的两个输入端分别与待测数模转换器200的第一输出端out1和第二输出端out2连接，接收一组测试代码对应的两个模拟电压。第二运算放大器u2的两个输入端分别与待测数模转换器200的第三输出端out3和第四输出端out4连接，接收另一组测试代码对应的两个模拟电压。
37.每个运算放大器所接收的两个模拟电压均为对应一组测试代码中两个相邻测试代码对应的模拟电压，此两个模拟电压的差值即为该待测模数转换器200的最小识别电压。因此，在运算放大器接收到两个模拟电压之后，以其中一个作为参考电压对所接收的两个模拟电压进行差值运算以获得对应的差分线性误差。通过此种方式，可以在进行差值运算的过程中将待测数模转换器自身的偏移误差进行相互抵消，有助于提高测试的准确性。在差值运算后，运算放大器还包括对电压差值进行放大后再输出，由此降低了测试源在测试运算放大器的输出电压时对测试源的测试精度的要求，在实现以低精度的测试源获得高精度的差分线性误差时，增强了测试的稳定性和适用性。
38.本实施例中，运算放大器的输入端所连接的待测数模转换器200的输出端可为任意的两个不同输出端，其中优选为相邻的两个输出端，如此，能够增强测试的条理性，在进行多组测试时不易出错，降低了测试难度，同时也有助于在进行多组测试时优化布线结构。
39.进一步地，当需要多个运算放大器同时进行多组测试时，每两个相邻的运算放大器的其中各一个输入端可同时连接待测数模转换器200的同一输出端，以在满足测试要求的情况下，增加可同时进行的组数，进而以更多的差值输出提高最终所获均值的准确性，进一步增强测试的可靠性。
40.进一步地，第一运算放大器u1与第二运算放大器u2的放大倍数相同，以便于统一测试参数，方便后续测量计算，进而提高测试准确性和提高测试效率。
41.测试源300分别与至少一个运算放大器中每个运算放大器的输出端连接，用于测量至少一个运算放大器中每个运算放大器的输出电压，并基于测量值获得高精度的数模转换器的差分线性误差。
42.测试源300包括低精度的数字万用表、万用表、示波器、电压表及测试板卡等其他可实现电压测量的器件或设备中的任一。本实施例中，对测试源300的精度要求不高，因而测试源300的可获取性更高，有助于降低测试成本可和提高测试的可靠性及适用性。
43.在本发明的一个实施例中，为采用一个运算放大器对待测数模转换器200进行差分线性误差测试，则该运算放大器基于一组测试代码对待测数模转换器200的两个输出端输出的模拟电压进行差值运算且放大后产生一个输出电压，测试源300测量获得输出电压
的电压值后并基于该运算放大器的放大倍数进而获得待测数模转换器200的差分线性误差。此时，待测数模转换器200的差分线性误差等于该运算放大器的输出电压对应的测量值除以放大倍数。以一组测试代码对应一个运算放大器获得待测数模转换器的差分线性误差，测试效率高，成本低。
44.在本发明的另一个实施例中，为采用两个或两个以上的运算放大器对待测数模转换器200进行差分线性误差测试，则该两个或两个以上的运算放大器基于对应数量的测试代码分别对待测数模转换器200的多个输出端输出的模拟电压进行对应组的差值运算且放大后产生对应数量的多个输出电压，测试源300测量获得多个输出电压的电压值后并基于该两个或两个以上的运算放大器的放大倍数(该两个或两个以上的运算放大器的放大倍数相同)进而获得待测数模转换器200的差分线性误差。此时，待测数模转换器200的差分线性误差等于两个或两个以上运算放大器的输出电压对应的测量值的均值除以放大倍数。以多组测试代码对应多个运算放大器通过求均值继而获得待测数模转换器的差分线性误差，测试准确性高。
45.可选地，在获取最终的待测数模转换器的差分线性误差时，可以为直接获得测试源的一个或两个或两个以上的测量值后，输入上位机中再进行最终的计算以获得最终值。也可以通过可编程测试源或在测试源300中增加一个计算单元直接输出显示最终的计算值，本发明对此不做限定。
46.示例性的，运算放大器的型号可选为ad620。基于上述方式获得的待测数模转换器200的一个最小识别电压经ad620放大输出后可为几毫伏或几十毫伏，采用低精度的测试源完全可以实现对该输出电压的准确测量。如此，对于测试来说测试误差如为100微伏，则折算回未放大之前的待测数模转换器的差分线性误差也才为如1微伏的大小，因此可以实现高精度的差分线性误差测试。
47.进一步地，当待测数模转换器为仅有一路输出时，可以设计一个可编程测试源，通过对该可编程测试源进行相应的程序编码后与被测源(即单路输出的待测数模转换器)做差值实现测试。
48.图2示出根据本发明实施例提供的高精度数模转换器的差分线性误差测试方法的流程图。
49.如图2所示，本实施例中，高精度数模转换器的差分线性误差测试方法包括执行步骤s1至步骤s4。
50.具体地，在步骤s1中，由可编程电源模块提供至少一组测试代码。
51.参考图1，可编程电源模块100为微处理器或单片机等可以通过编码实现数字电压信号输出的器件。且可编程电源模块100提供的至少一组测试代码中，每组测试代码均包括两个相邻的测试代码，例如代码65000和代码65001。
52.在步骤s2中，由待测数模转换器基于至少一组测试代码于输出端同时输出对应的模拟电压。
53.每组测试代码中的每个测试代码经待测数模转换器200转换后均会分别在待测数模转换器200的两个输出端同时输出对应的模拟电压。例如代码65000输入至待测数模转换器200后，会在待测数模转换器200的第一输出端out1出输出对应代码65000的模拟电压，同时代码65001输入至待测数模转换器200后，会在待测数模转换器200的第二输出端out2出
输出对应代码65001的模拟电压。
54.在步骤s3中，由运算放大器对待测数模转换器的两个输出端输出的模拟电压做差值运算，并对差值进行放大输出。
55.本实施例中，运算放大器所接收的两个模拟电压分别对应一组测试代码中的两个测试代码。
56.在步骤s4中，由测试源测量运算放大器的输出电压，并基于测量值获得高精度的数模转换器的差分线性误差。
57.在本发明的一个实施例中，为采用一个运算放大器对待测数模转换器200进行差分线性误差测试，则该运算放大器基于一组测试代码对待测数模转换器200的两个输出端输出的模拟电压进行差值运算且放大后产生一个输出电压，测试源300测量获得输出电压的电压值后并基于该运算放大器的放大倍数进而获得待测数模转换器200的差分线性误差。此时，基于测量值获得高精度的数模转换器的差分线性误差包括：将测量值除以运算放大器的放大倍数，以获得高精度的数模转换器的差分线性误差。
58.在本发明的另一个实施例中，为采用两个或两个以上(本文中等同多个)的运算放大器对待测数模转换器200进行差分线性误差测试，则该两个或两个以上的运算放大器中每个运算放大器均与待测数模转换器200的不同的两个输出端连接，以提供多个输出电压至测试源300。测试源300测量获得多个输出电压的电压值后并基于该多个运算放大器的放大倍数(该多个运算放大器的放大倍数相同)进而获得待测数模转换器200的差分线性误差。此时，步骤s4进一步包括：由测试源测量多个运算放大器的多个输出电压，获得多个测量值；获取多个测量值的均值，并将均值除以运算放大器的放大倍数，以获得高精度的数模转换器的差分线性误差。
59.可以理解的是，采用与本发明相同或相似的技术方案，也可实现对其它通路的参数测试。
60.综上，本发明通过可编程电源模块向待测数模转换器提供至少一组的测试代码(每组测试编码均包括相邻的两个测试代码)，进而使得待测数模转换器中至少两个输出端输出为对应一组测试代码的模拟电压，之后通过至少一个的运算放大器对待测数模转换器的该两个输出端电压进行差值运算，也即是说以待测数模转换器的一个输出端为参考与另一输出端的输出电压值进行差值运算以获得待测数模转换器的差分线性误差。由于是差值运算，进而待测数模转换器自身的偏移误差可以相互抵消，提高了测试的准确性。同时在由运算放大器进行差值运算后对电压差值进行放大后再输出，因而降低了对测试源测试精度的要求，在实现以低精度的测试源获得高精度的差分线性误差时，增强了测试的稳定性和适用性。
61.应当说明的是，在本文中，所含术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
62.最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做
出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。