高速AD/DAC的测量及设计问题解答

高速ADC和DAC是现代无线通讯系统或雷达系统的关键器件之一。下面分别介

绍高速ADC和高速DAC的测试指标、测试系统搭建和指标计算方法。

1、ADC的主要参数

ADC的主要指标分为静态指标和动态指标2大类。

静态指标主要有：

 • Differential Non-Linearity  (DNL)

 • Integral Non-Linearity  (INL)

 • Offset Error

 • Full Scale Gain Error

动态指标主要有：

 • Total harmonic distortion (THD)

 • Signal-to-noise plus distortion  (SINAD)

 • Effective Number of Bits (ENOB)

 • Signal-to-noise ratio (SNR)

 • Spurious free dynamic range (SFDR)

2、ADC的测试方案

要进行ADC这些众多指标的验证，基本的方法是给ADC的输入端输入一个理想的信号，然后对ADC转换以后的数据进行采集和分析，因此，ADC的性能测试需要多台仪器的配合并用软件对测试结果进行分析。下图是一个典型的ADC测试方案：

图1 典型的高速ADC测试系统方案

3、ADC测试结果的分析

ADC的静态指标是对正弦波的采样数据进行幅度分布的直方图统计间接计算得到，如下图所示，理想正想波的幅度分布应该是左面的形状，由于非线性等的影响，分布可能会变成右边的形状，通过对直方图分析可以得出静态参数的指标。

图2 ADC静态指标分析方法

ADC的动态指标是对正弦波的采样数据进行FFT频谱分析间接计算得到。一个理想的正弦波经A/D采样再做频谱分析可能会变成如下图的形状，除了主要的正弦波分量以外还产生了很多噪声、谐波和杂散，通过对这些分量的运算，可以得到ADC的动态参数。

图3 ADC动态指标的计算公式

4、DAC的主要参数

DAC的作用是和ADC相反，是把数字量转换成模拟量，虽然有模拟和数字的区别，但是DAC要测试的主要指标与ADC类似，也分为静态指标和动态指标2大类。

静态指标主要有：

• Differential Non-Linearity  (DNL)

• Integral Non-Linearity  (INL)

• Offset Error

• Full Scale Gain Error

• Conversion Rate

• Settling Time

• Rising/Falling Time

动态指标主要有：

• Total harmonic distortion (THD)

• Signal-to-noise plus distortion  (SINAD)

• Effective Number of Bits (ENOB)

• Signal-to-noise ratio (SNR)

• Spurious free dynamic range (SFDR)

5、DAC的测试方案

对于DAC来说，测试方法正好和ADC相反，是在输入端加数字激励信号，在模拟输出端测试其输出性能的指标。下图是一个DAC的测试方案：

图4 典型的高速DAC测试系统方案

6、DAC测试结果的分析      

对于DAC来说，测试不同参数码型发生器发出的数据是不同的，所用的分析仪器也不同。

 1、用码型发生器发出数值顺序从0至（2^n－1）的阶梯波，每增加一个数值，用万用表测量一下相应DAC输出端的电压。测量出每个数字输入值对应的真实模拟输出量后就可以得出INL、DNL、Gain Error、Offset Error等信息。

 2、用码型发生器产生数值从0至（2^n－1）来回跳变的三角波，逐渐增加码型发出速度，直至模拟输出低于刚才的满量程范围1LSB。通过这种方法可以判断DAC的Conversion Rate。

 3、用码型发生器产生数值从0至（2^n－1）的阶跃脉冲，用示波器测量输出波形的Settling Time、Rising/Falling Time等参数。

 4、对于动态参数的测试，是预先在码型发生器里放入一组正弦波的数字波形，然后送给DAC转换成真正的模拟正弦波信号，用频谱仪对波形的谐波失真、杂散、噪声等做分析。计算公式同ADC。

AD/DA转换设计中的基本问题整理:

1.如何选择高速模数转换之前的信号调理器件；如何解决多路模数转换的同步问题？

ADC之前的信号调理，最根本的原则就是信号调理引起的噪声和误差要在ADC的1个LSB之内。根据这个目的，可以需要选择指标合适的运放。至于多路ADC同步的问题，一般在高速ADC的数据手册中都会有一章来介绍多片同步问题，你可以看一下里面的介绍。 

2.在挑选ADC时如何确定内部噪声这个参数? 

一般ADC都有信噪比SNR或者信纳比SINAD这个参数，SINAD=6.02*有效位数+1.76,您可以根据这个公式来确定您选择的ADC能否符合您的要求.

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