基于Matlab的高速高精度ADC测试研究

ADC测试matlab代码前⾯有做过ADC性能测试，测试⽅式是先使⽤ADC采集⼀个单频信号，然后利⽤matlab进⾏性能分析。

下⾯把matlab分析的代码记录下来：1 %The following program code plots the FFT spectrum of a desired test tone. Test tone based on coherent sampling criteria, and2 %computes SNR, SINAD, THD and SFDR.3 %This program is believed to be accurate and reliable. This program may get altered without prior notification.;45 %fid=fopen('F:\pelican_ADC_test\vjtag_prj\data_analysis\single_tone.txt','r');6 %numpt=input('Number of Points in FFT? ');7 %fclk=input('Sampling Frequency (MHz)? ');8 %numbit=input('ADC Resolution (bits)? ');9 close all;10 clear all;1112 numpt=4096;13 fclk=455/16;14 % fclk=455/16/14;15 numbit=12;1617 % a=textread('dds_data_out.txt','%s')';%以字符形式打开⽂件18% a=dlmread('sample_data.txt','%s')';%以字符形式打开⽂件19 a=dlmread('sample_data.txt','%s')';%以字符形式打开⽂件20v1=a'; %16进制转化为10进制数，存储进v1矩阵21 % for i = 1:numpt22 % v1(i) = bitxor(v1(i),15872);23 % end2425 %v1 is a column vector(1:numpt), and count is its length26 %v1=dlmread('F:\pelican_ADC_test\vjtag_prj\data_analysis\single_tone.txt','');27 %fclose(fid);28 %change v1 into a row vector29 code=v1';3031%Warning: ADC output may be clipping - reduce input amplitude32if (max(code)==2^numbit-1) | (min(code)==0)33 disp('WARNING: ADC OUTPUT MAYBE CLIPPING - CHECK INPUT AMPLITUDE!');34end3536figure;37plot(code);38title('TIME DOMAIN')39xlabel('SAMPLES');40ylabel('DIGITAL OUTPUT CODE');41Dout=code-(2^numbit-1)/2; %Re-center the digitized sinusoidal input42Voltage=Dout./((2^numbit-1)/2)*(0.5);43figure;44plot([1:numpt],Voltage);4546Doutw=(Dout').*blackmanharris(numpt); %add Minimum 4-term Blackman-Harris window47 Dout_spect=fft(Doutw);48 Dout_dB=20*log10(abs(Dout_spect));4950 figure;51 maxdB=max(Dout_dB(1:numpt/2)); %numpt points FFT result in numpt/2 points spectrum5253 %计算距离满量程的幅度差54 max_voltage=max(Voltage);55 delta_amplitude=20*log10(max_voltage/0.5); %full scale voltage amplitude is 0.5v5657 plot([0:numpt/2-1].*fclk/numpt,Dout_dB(1:numpt/2)-maxdB+delta_amplitude);58 grid on;59 title('SINGLE TONE FFT PLOT');60 xlabel('ANALOG INPUT FREQUENCY (MHz)');61 ylabel('AMPLITUDE (dBfs)');62 a1=axis; axis([a1(1) a1(2) -140 a1(4)]);63 fin=find(Dout_dB(1:numpt/2)==maxdB); %Find the signal bin (DC represents bin=1)64 DC_span=6; %default DC leakage bins are 6 bins65 signal_span = 10; %signal leakage bins are ±10 bins for minumun 4-term black-harris window66 spanh=3; %%default harmonic leakage bins are ±3 bins67 spectP=(abs(Dout_spect)).*(abs(Dout_spect));68 %Determine power level69 Pdc=sum(spectP(1:DC_span)); %Determine DC offset power level70 Ps=sum(spectP(fin-signal_span:fin+signal_span)); %Determine signal power level71 Fh=[];72 %Vector storing frequency and power components of signal and harmonics73 Ph=[]; %HD1=signal, HD2=2nd harmonic, HD3=3rd harmonic, etc.7475 %Find the harmonic frequencies/power within the FFT plot76 for har_num=1:1077 tone=rem((har_num*(fin- 1)+1)/numpt,1); %Note: tones > fSAMPLE are aliased back78 if tone>0.579 tone=1-tone;80 end81 Fh=[Fh tone];8283 %For this method to work properly, make sure that the folded back high order harmonics do not overlap with DC and signal84 %components or lower order harmonics.85 har_peak=max(spectP(round(tone*numpt)-spanh:round(tone*numpt)+spanh));86 har_bin=find(spectP(round(tone*numpt)-spanh:round(tone*numpt)+spanh)==har_peak);87 har_bin=har_bin+round(tone*numpt)-spanh- 1; %make sure that the folded back high order harmonics do not overlap with DC and signal components or lower order harmonics88 Ph=[Ph sum(spectP(har_bin-3:har_bin+3))];89 end9091 Pd=sum(Ph(2:10)); %Total distortion power level92 Pn=sum(spectP(1:numpt/2))-Pdc-Ps-Pd; %Extract noise power level93 format;94 A=(max(code)-min(code))/(2^numbit) %Analog input amplitude in mV95 AdB=20*log10(A) %Analog input amplitude in dB96 SNR=10*log10(Ps/Pn) %SNR in dB97 SINAD=10*log10(Ps/(Pn+Pd)) %SINAD in dB98 disp('THD - HD2 through HD9');99 THD=10*log10(Pd/Ph(1)) %THD in dB100 SFDR=10*log10(Ph(1)/max(Ph(2:10))) %SFDR in dB101 disp('SIGNAL AND HARMONIC POWER (dB)');102 HD=10*log10(Ph(1:10)/Ph(1))103104 hold on;105 plot(Fh(2)*fclk,-70,'bo',Fh(3)*fclk,-70,'bx',Fh(4)*fclk,-70,'b+',Fh(5)*fclk,-70,'b*',Fh(6)*fclk,-70,'bs',Fh(7)*fclk,-70,'bd',Fh(8)*fclk,-70,'bv',Fh(9)*fclk,-70,'b^');106 legend('SIGNAL','HD2','HD3','HD4','HD5','HD6','HD7','HD8','HD9');107 hold off;输出结果1 A =230.5432456 AdB =78 -5.300691011 SNR =121354.0005141516 SINAD =171853.42401920 THD - HD2 through HD92122 THD =2324 -62.4784252627 SFDR =282963.06183031 SIGNAL AND HARMONIC POWER (dB)3233 HD =34350 -63.0618 -78.1190 -79.6691 -82.4058 -86.1153 -90.7795 -91.1868 -89.8460 -74.6853会标记出谐波的位置。

基于Matlab的ADC自动测试系统开发
周娟;蒋登峰
【期刊名称】《中国计量学院学报》
【年(卷),期】2008(019)003
【摘要】阐述了模数转换器的静态参数和动态参数测试原理和方法,并且构建了模数转换器的自动测试硬件平台和软件系统.重点讨论了利用Matlab库函数进行快速傅立叶变换测试的方法,使用ADC自动测试系统对高速模数转换器SCM530101进行了测试,并给出了测试结果.
【总页数】6页(P219-224)
【作者】周娟;蒋登峰
【作者单位】中国计量学院质量与安全工程学院浙江杭州 310018;杭州市士兰微电子股份有限公司浙江杭州 310012
【正文语种】中文
【中图分类】TN79+2
【相关文献】
1.基于ETL频谱分析仪硬件平台的自动测试系统开发 [J], 刘志
2.基于LabVIEW的微机械陀螺自动测试系统开发 [J], 何春华;崔健;闫俊杰;林龙涛;王福娟;郭中洋;杨振川;蔡志岗;闫桂珍
3.基于PAWS的自动测试系统开发 [J], 周小玲;代征;欧中红
4.基于PXI振动自动测试系统开发研究 [J], 徐宇亮;陈西宏;王强
5.基于自动测试系统的ADC测试开发 [J], 张建强;冯建华;冯建科
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西安电子科技大学博士学位论文高性能sigma-delta ADC的设计与研究姓名：***申请学位级别：博士专业：微电子学与固体电子学指导教师：***20100401摘要i摘要高性能的模数转换器是当今微电子模拟领域研究的热点之一。

基于过采样技术和sigma-delta调制机制的模数转换器(Analog to Digital Converter，ADC)广泛使用在数字音频、综合业务数字网(Integrated Services Digital Network，ISDN)、数字电话等系统中。

这种高精度的模数转换器，通过采用过采样技术，增加调制器系统的信噪比，提高其实现的精度；通过使用sigma-delta噪声整形技术，降低了信号带内的量化噪声功率。

sigma-delta ADC由模拟调制器和数字抽取滤波器组成，而模拟调制器的噪声整形性能决定了整个转换器系统的精度。

本文首先对sigma-delta ADC的系统设计进行了深入的研究，采用MATLAB软件进行系统建模和仿真，并由此总结了一套完整的系统设计方法。

根据过采样率、精度和动态性能的要求，得出调制器所需的阶数以及前馈因子、反馈因子和积分器增益因子等参数。

然后再通过MATLAB系统仿真，预测出实际调制器可以达到的性能。

在模拟调制器的设计中，各种非理想因素会极大地影响模拟调制器的性能。

因此，对各种非理想因素进行系统的、量化的分析是必要的。

本文对各种非理想因素，如运放有限直流增益、有限带宽和摆率、输出摆幅限制、开关非线性，时钟抖动、采样电容kT/C噪声等都进行了量化分析，从而为随后的电路设计提供了设计依据。

sigma-delta ADC的结构主要分为单环(Single-Loop)结构和级联结构(Multi-stAge-noise-SHaping，MASH)两种，这两种结构具有各自的优缺点。

针对这两种结构，本文分别设计了一个高阶单环一位结构的sigma-delta ADC和一个级联多位(MASH24b-24b)结构的sigma-delta ADC。

高速高精度ADC动态参数评估系统的设计与实现黄朴;冯洋;虞致国;何芹;顾晓峰【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2016(24)6【摘要】High-speed and high-precision analog-to-digital converters (ADCs)have been widely used in signal processing,their dynamic characteristics directly determine the system performance.Since there always exist deviations between practical chip parameters and designed indices,it is necessary to evaluate the actual dynamic performance of ADCs.By building an ADC hardware and software test platform based on FPGA and Labview,a low cost and high reliability performance evaluation system is constructed for high-speed and high-precision ADCs. The system controls the sub-ADC in bottom layer to provide accuratesampling;Asynchronous FIFO is used to carry out data cache,and DMA method to optimize data storage;Labview defines the communication module,combined with Matlab’s scripts to test the dynamic pa-rameters.Finally,AD9467,a high-speed and high-precision ADC of ADI,is used for verifying the implemented system.Experimental re-sults show that the system works stably,and the errors are within 2% compared with datasheet,which reaches the test standard provided by IEEE Std.1241-2000,and the difficulties and cost in constructing the evolution system can be reduced.%高速高精度模数转换器（ADC）广泛应用于信号处理领域，其动态性能直接决定系统性能的优劣；由于实际使用的芯片与设计的额定指标间会存在偏差，有必要评估 ADC 的实际动态性能；基于 FPGA 及 Labview 实现了一个低成本、高可靠性的高速高精度ADC性能评估系统；系统由底层控制待评估ADC子卡，提供精确的采样样本；采用异步FIFO进行数据缓存，DMA方式优化数据存储；Labview定义通信模块，结合Matlab 测试脚本完成动态参数测试；最后使用ADI公司的AD9467进行了测试验证；实验结果表明，该系统运行稳定，与datasheet相比，参数误差不超过1．89％，达到了IEEE Std 1241－2000的测试标准，降低了测试系统构建难度和成本。

ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ（总第238期）２０１９·３·图2微分非线性误差DNL图1理想器件1前言随着高速数字电路的发展，高速ADC 在航天国防、数字通信、卫星通信、图像处理等众多领域得到了非常广泛的应用。

ADC 的采样率和垂直分辨率越来越高，对ADC 指标的测试也提出了更高要求。

2测试参数2.1静态参数ADC 的测试指标和参数主要分为静态参数和动态参数两类。

其中静态参数又称线性参数，反映的是器件内部电路的误差。

对ADC 来说，这些内部误差包括器件的增益、偏移、微分非线性（DNL ）和积分非线性（INL ）误差，这些参数说明了静止的模拟信号转换成数字信号的情况，主要关注具体电平与相应数字编码之间的关系。

测试ADC 静态性能时，要考虑两个重要因素：第一，不仅要给一个既定的模拟电压，电压精度要高，还必须考虑模拟电压的范围以及代码间的转换特性；第二，静态测试是一个交互性过程，要在不同输入信号下测试实际输出。

静态测试的主要项目有：微分非线性误差、积分非线性误差、偏移与增益误差。

1.微分非线性误差（DNL ，Differential nonlin-earity ）理想ADC 器件，相邻两个数据刻度之间，对应模拟电压的差值（步距）都是一样的。

但实际上，相邻两刻度之间的间距不可能都是相等的。

所以，ADC 相邻两刻度之间最大的差异与理想步距的差值，就叫微分非线性DNL ，也称为差分非线性，以LSB 为单位（LSB ，最低有效位，即理论上的最小可分辨模拟电压值，比如1.024V 基准电压，10bit 的ADC ，其LSB 为0.001V ）。

理想器件，DNL 都应该为0LSB ，如图1。

而实际器件，如图2，DNL =（2.2-1）LSB =1.2LSB 。

高速高精度ADC 的测试方法孙承志（是德科技）69ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｉｃｍａｇ．ｃｏｍ（总第238期）２０１９·３·图4频谱分析方法2.积分非线性误差（INL ，Integral nonlinearity ）积分非线性表示了ADC 器件在所有的数值点上对应的模拟值和真实值之间误差最大的那一点的误差值，也就是输出数值偏离线性最大的距离。

高速ADC的性能参数与测试方法
骆丽娜;杨万全
【期刊名称】《实验科学与技术》
【年(卷),期】2007(5)1
【摘要】随着计算机技术的飞速发展和普及,数据采集系统迅速得以应用.A/D转换器是采集通道的核心,也是影响数据采集系统速率和精度的主要因素.因此对A/D性能的测试变的尤为重要.该文介绍高速ADC的各项性能指标,重点讨论利用仿真软件Matlab和FFT算法仿真分析测试ADC性能的方法.
【总页数】3页(P145-147)
【作者】骆丽娜;杨万全
【作者单位】四川大学电子信息学院,四川,成都,610064;四川大学电子信息学院,四川,成都,610064
【正文语种】中文
【中图分类】TP274.2
【相关文献】
1.SOC芯片中高速ADC的测试方法 [J], 刘炜;张琳;石志刚
2.一种高速ADC动态性能参数测试的新方法 [J], 张永伟
3.下一代光传输系统中超高速ADC芯片性能测试方法 [J], 菅端端;钟明琛
4.线性光电耦合器关键传递性能参数测试方法研究 [J], 高成; 寇震梦; 黄姣英
5.无线电系统基本性能参数的快速空口测试方法 [J], 谭伊;刘列;黎福海;漆一宏;于伟
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