ADC/DAC专题学习之八——终结篇（设计问答）
时间：10-02
整理：3721RD
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Q: 公司的芯片上有一个16Bits的DAC，由于以前一直做Digital IC测试，对这个器件的测试原理没有概念，只知道INL、DNL、THD、SNR等参数的定义，不知道在实际的测试中怎样进行测试?那位高手做过此方面的测试，能否告诉那些参数是必测的，怎样测试?
A: DAC比较重要的参数有DNL、INL和SNR等，这里先谈这三个参数的测量方法：
1.DNL测量：由计算机的并口引出数据，经过一个转接板（这个得自己做），送出16bits的DATA,数据经过待测的DAC，会得到一系列的输出电压，16bits应该输出2的16次方个电压，电压为纵轴，数字CODE为横轴，得到的线代表了DAC的线性度（linearity).DNL是每个电压的实际步长与理想步长的差对LSB(最低有效位）的归一，每个代码会对应一个DNL值，做出DNL-CODE 图，很容易看出待测DAC的DNL（所有2的6次方个DNL值中的最打者）；
2. 有了DNL数据，INL可以轻易得计算出来，不用做更多的测试。计算方法：同样每个代码都对应一个INL,对第N个代码来说，它的INL就是其前面所有代码DNL的代数和。同样，做出CODE-INL图，可以很容易的看出待测DAC的INL（所有INL中的最大者，和DNL一样，这个值约在零点几个LSB）；
3. SNR测量原理很简单：输入一个SIN形式的代码进待测DAC，经DAC转换后，也会输出一个SIN形式的电压波形，将此波形利用数字示波器进行FFT（快速傅立叶变换），得到输出信号的频谱，基频代表料信号的强度，依次还有2次，3次⋯⋯谐波，我想记录下前5次谐波强度就够了（再高次的可以忽略），还有要记下噪声的谱强度，有了这些数据，计算SNR很容易，还能计算SNDR等参数。更详细的内容，我想可以在MAXIM的网站上找到。
Q: 哪位大侠能不能详细的告诉我一下“三角波精度对D类功放音质的影响”?谢谢了！
A: 从工作原理看，这是通过输入信号与斜波的瞬时幅度的比较，将模拟信号幅度转换成开关占空比，然后低通滤波的ADC-DAC的变换过程。斜波（未必是三角波）的线性度的优劣将对失真系数产生直接影响，斜波频率应稳定，否则，其变化将导致对输入信号的调制。
Q: 最近做课题需要用高分辨率的A/D芯片，以前用8位或者10位时候还没发现这个问题，因为好多的芯片都是ref直接接vcc和GND就行了。现在发现好多的16位或者更高的芯片，参考电压都是4.096v，有些不解，为什么偏偏选这个电压呢?还有就是，delta-sigma架构的A/D的手册中都提到其有效分辨率都低于其标称的分辨率很多，但那些SAR架构的A/D似乎都没有提到。这是为什么呢?
A: 4.096V的参考输入电压,对应于12位ADC，匹配的量化转换结果是:最小量化电压(LSB)等于1mV/LSB。以便计算与应用。在此情况下，十进制的转换数码4000对应4.000V的输入电压。对应于8位ADC，匹配的量化转换结果:最小量化电压(LSB)等于16mV/LSB。若参考输入电压为5.000V,则单位LSB不是整数，计算机处理起来在速度、程序资源等方面比较复杂。DAC同理。
Q: 提一个很弱智却又实际的问题：我想把05V的信号压缩到02.4V输出，以供后面使用（后面的ADC电源是3V的，参考电压是2.4V），如何实现呢?是将放大电路的电阻比设置成小于1吗?
A: 1).可用电阻分压到2.4V再送入A/D.如信号源内阻高，电阻分压器的阻值必需选很大,那可加一个跟随器；
2).运放接成反相放大时，增益可小于1，但输入输出的极性相反,负电压输出，你这里不能直接用。有一个办法，在反相放大器的同相端加一个正的电压，使运放输出在正电压的区域，所加的电压与你要缩小的倍数有关；
3).运放接成差分放大器，可以用2.4V做参考电压，输出VO=-VI*缩小倍数+2.4V，就可送到A/D了。你甚至可将几百V电压缩到你A/D采样的电压区域。（运放接成同相放大器时,增益总大于1，所以这里不能用。)
Q: 最近碰到一个峰值保持电路，不知道用处为何?
A: 顾名思义，峰值保持电路的功能是跟踪(track)输入信号（一般是脉冲），直到输入信号达到峰值为止，进入保持状态（hold），保持输入信号的峰值不变（当然实际上存在泄漏电流引起的跌落），直到被复位，回到跟踪状态。它多用于脉冲信号峰值的测量，使后端电路（比如ADC）能准确地得知什么时候可以采样到峰值(尤其是脉冲的边沿很快的时候)，减小采样时刻不准确带来的误差。在高能物理和核物理测量能量谱和时间谱测量中经常用到这个电路。在一些压力、加速度、磁通等传感器应用中，也需要这种电路。一句话，凡是物理量（化学量，etc）信息被携带在脉冲信号的峰值中的应用，都需要这个电路。
A: DAC比较重要的参数有DNL、INL和SNR等，这里先谈这三个参数的测量方法：
1.DNL测量：由计算机的并口引出数据，经过一个转接板（这个得自己做），送出16bits的DATA,数据经过待测的DAC，会得到一系列的输出电压，16bits应该输出2的16次方个电压，电压为纵轴，数字CODE为横轴，得到的线代表了DAC的线性度（linearity).DNL是每个电压的实际步长与理想步长的差对LSB(最低有效位）的归一，每个代码会对应一个DNL值，做出DNL-CODE 图，很容易看出待测DAC的DNL（所有2的6次方个DNL值中的最打者）；
2. 有了DNL数据，INL可以轻易得计算出来，不用做更多的测试。计算方法：同样每个代码都对应一个INL,对第N个代码来说，它的INL就是其前面所有代码DNL的代数和。同样，做出CODE-INL图，可以很容易的看出待测DAC的INL（所有INL中的最大者，和DNL一样，这个值约在零点几个LSB）；
3. SNR测量原理很简单：输入一个SIN形式的代码进待测DAC，经DAC转换后，也会输出一个SIN形式的电压波形，将此波形利用数字示波器进行FFT（快速傅立叶变换），得到输出信号的频谱，基频代表料信号的强度，依次还有2次，3次⋯⋯谐波，我想记录下前5次谐波强度就够了（再高次的可以忽略），还有要记下噪声的谱强度，有了这些数据，计算SNR很容易，还能计算SNDR等参数。更详细的内容，我想可以在MAXIM的网站上找到。
Q: 哪位大侠能不能详细的告诉我一下“三角波精度对D类功放音质的影响”?谢谢了！
A: 从工作原理看，这是通过输入信号与斜波的瞬时幅度的比较，将模拟信号幅度转换成开关占空比，然后低通滤波的ADC-DAC的变换过程。斜波（未必是三角波）的线性度的优劣将对失真系数产生直接影响，斜波频率应稳定，否则，其变化将导致对输入信号的调制。
Q: 最近做课题需要用高分辨率的A/D芯片，以前用8位或者10位时候还没发现这个问题，因为好多的芯片都是ref直接接vcc和GND就行了。现在发现好多的16位或者更高的芯片，参考电压都是4.096v，有些不解，为什么偏偏选这个电压呢?还有就是，delta-sigma架构的A/D的手册中都提到其有效分辨率都低于其标称的分辨率很多，但那些SAR架构的A/D似乎都没有提到。这是为什么呢?
A: 4.096V的参考输入电压,对应于12位ADC，匹配的量化转换结果是:最小量化电压(LSB)等于1mV/LSB。以便计算与应用。在此情况下，十进制的转换数码4000对应4.000V的输入电压。对应于8位ADC，匹配的量化转换结果:最小量化电压(LSB)等于16mV/LSB。若参考输入电压为5.000V,则单位LSB不是整数，计算机处理起来在速度、程序资源等方面比较复杂。DAC同理。
Q: 提一个很弱智却又实际的问题：我想把05V的信号压缩到02.4V输出，以供后面使用（后面的ADC电源是3V的，参考电压是2.4V），如何实现呢?是将放大电路的电阻比设置成小于1吗?
A: 1).可用电阻分压到2.4V再送入A/D.如信号源内阻高，电阻分压器的阻值必需选很大,那可加一个跟随器；
2).运放接成反相放大时，增益可小于1，但输入输出的极性相反,负电压输出，你这里不能直接用。有一个办法，在反相放大器的同相端加一个正的电压，使运放输出在正电压的区域，所加的电压与你要缩小的倍数有关；
3).运放接成差分放大器，可以用2.4V做参考电压，输出VO=-VI*缩小倍数+2.4V，就可送到A/D了。你甚至可将几百V电压缩到你A/D采样的电压区域。（运放接成同相放大器时,增益总大于1，所以这里不能用。)
Q: 最近碰到一个峰值保持电路，不知道用处为何?
A: 顾名思义，峰值保持电路的功能是跟踪(track)输入信号（一般是脉冲），直到输入信号达到峰值为止，进入保持状态（hold），保持输入信号的峰值不变（当然实际上存在泄漏电流引起的跌落），直到被复位，回到跟踪状态。它多用于脉冲信号峰值的测量，使后端电路（比如ADC）能准确地得知什么时候可以采样到峰值(尤其是脉冲的边沿很快的时候)，减小采样时刻不准确带来的误差。在高能物理和核物理测量能量谱和时间谱测量中经常用到这个电路。在一些压力、加速度、磁通等传感器应用中，也需要这种电路。一句话，凡是物理量（化学量，etc）信息被携带在脉冲信号的峰值中的应用，都需要这个电路。