技术干货 | ATX7006线性计算与AD/DA动态分析解析-电子发烧友网

前一章详解了DAC静态参数计算，从偏移误差、增益误差到INL/DNL，再到未调整总误差（TUE），一文掌握D/A转换器的关键性能指标。

【前文回顾】技术干货 | DAC静态参数计算全解析：从偏移误差到总未调整误差-CSDN博客

本章将介绍ATX7006上的线性计算和AD/DA的动态分析：

ATX7006上的线性计算

可使用命令CALC_LIN在ATX7006上进行线性度计算。线性度计算可针对从DIO模块（A/D转换器测试）或WFD（D/A转换器测试）采集的数据进行。

线性度计算可通过以下命令配置：

●CALCOPT_LIN_AD：最佳拟合/端点计算（ADC测试）、跳变点搜索方法、斜坡削波。

● CALCPARAM_LIN_AD：ADC参数、施加的输入信号参数。

●CALCPARAM_LIN_AD_EXT：1/2LSB偏移量、接口偏移和增益参数。

●CALCOPT_LIN_DA：最佳拟合/端点计算（DAC测试）。

● CALCPARAM_LIN_DA：DAC位数、施加的输入信号参数、接口偏移和增益参数。

可通过以下命令获取结果：

● MR_LIN：积分非线性误差（INLE）、差分非线性误差（DNLE）、总未调整误差（TUE）、偏移、增益等。

● MR_LIN_ERR_AD：ADC误差绘图数组结果。

● MR_LIN_MC：ADC缺失码数组结果。

● MR_LIN_TRIP：ADC跳变点数组结果。

● MR_LIN_ERR_DA：DAC误差绘图数组结果。

当系统处于“生产模式”时，在测试（MX）后将进行计算。使用命令PMODE将系统设置为生产模式。在斜坡测试、MT1（A/D测试）或MT11（D/A测试）后进行线性度计算。可使用命令M查询结果。

TS-ATX7006

ATView7006的WaveAnalyzer也可进行线性度分析。按下相应按钮（如B.FIT、TUE、ENDP等）。可从菜单“Options选项”->“LinearityMeasurementSettings线性度测量设置”调整设置。

AD/DA的动态分析

1、傅立叶变换

1.1简介

动态测试是鉴定A/D和D/A转换器的方法之一。将信号（主要是正弦波）施加到被测设备上，然后使用傅立叶变换算法分析捕获的结果。本章将介绍有关傅立叶变换算法的一些背景信息。

1.2实验

在现实生活中，每个信号都是正弦波之和。下图将更清楚地说明这一点。例如，选择锯齿波信号并按下“添加正弦波”按钮。添加的正弦波越多，信号就越像锯齿波信号。数学公式显示在图表的右上角。要显示信号的频谱，请按“显示频谱”按钮。方波和三角波也可重复此实验。

1.3原理

傅立叶变换基本上是将信号（分析）与不同频率的正弦波和余弦波进行比较。数学比较由乘积求和组成（例如，结果=信号*sin(x)+信号*sin(2x)+......等）。对采样数据（N个样本）进行（离散）傅立叶变换（或DFT）需要N*N次运算。不过，有一种将信号转换为频谱的更快方法。如果采样个数是2的幂次，则可以执行（弧度2）快速傅立叶变换(FFT)。运算次数减少为N*log(N)。弧度为4的FFT算法甚至会更快一些，但需要4次幂采样。

FFT或DFT的结果包括虚部和实部。虚部是正弦比较的结果，实部是余弦比较的结果。只进行正弦比较也称为离散正弦变换（DST）。只有余弦的比较也称为离散余弦变换（DCT）。在上图中可以看到虚部和实部。这些数据元素已归一化，即除以N（样本数）。相位是虚部和实部之间的夹角=arctan（虚/实）。

要检测信号的实频，采样频率必须至少为2*符号频率。因此，如果每个正弦的采样次数等于或小于2，傅立叶变换就无法检测到信号的实际频率。频率高于采样频率的一半（或小于2个采样/正弦）将在频谱中显示为镜像信号。如图所示：按下“显示频谱Showspectrum”按钮并添加正弦信号。锯齿波的第六个正弦波（或方波的第三个正弦波）将显示为镜像频率。

频谱输出

傅立叶变换的结果将转化为可读数据。上图可以以不同方式显示傅立叶变换的结果：

Vpeak：峰值电压（或代码）的计算公式为:

Vrms：RMS电压（或代码）的计算公式为：

dBc：dBc表示相对于载波的分贝。因此载波始终为0dB。每个频谱分区的dBc值由以下公式计算得出：

相位：每个频谱分区的相位计算公式为：

频率分辨率：X轴的频率分辨率或步长由采样频率和采样数量决定：

2、动态参数计算

根据频谱结果可以计算出以下参数：

其中：

其中，c代表载波频段的幅度（即“信号”），d代表所有失真频段的总和，n代表所有噪声频段的总和。载波频段的位置等于在采集窗口内载波的周期数。在图中，周期数为5，载波的频段位置为5（分区0为直流分量）。

2.1信纳比（SINAD）与有效位数（ENOB）

信纳比（SINAD）指信号与噪声及失真之比，是信号（或载波）与所有其他频谱频段的比值。有效位数（ENOB）由SINAD计算得出。对于输入满量程正弦波输入的线性ADC，其理论最大信纳比由量化噪声（或DAC的分辨率）决定，约为6.02n+1.76dB。在一个完全线性但有噪声的系统中，信纳比（SINAD）和信噪比（SNR）可互换。

2.2信噪比（SNR）

信噪比（SNR）指信号（或载波）与所有噪声频段的比值。噪声频段是指除载波、谐波或直流以外的所有频段。

随着频率升高，信噪比通常会降低，因为ADC内比较器在较高输入转换速率下精度会下降，这种精度损失在ADC输出端表现为噪声。在A/D转换器中，噪声主要来自四个方面：（1）量化噪声；（2）转换器自身产生的噪声；（3）应用电路噪声；（4）抖动。

量化噪声源于量化过程，即给一系列输入值分配输出代码的过程。量化噪声的幅度随分辨率提高而降低，因为在更高分辨率下LSB的大小更小，从而减小了最大量化误差。对于输入满量程正弦波的线性ADC，其理论最大信噪比由量化噪声（对于DAC则是分辨率）决定，定义为)，约为6.02n+1.76dB。在完全线性但有噪声的系统中，信纳比（SINAD）和信噪比（SNR）可互换。

应用电路噪声是由于电路设计和布局方式，转换器所感知到的噪声。在输入接近满量程之前，信噪比随输入幅度增加而增大。在输入信号接近满量程之前，信噪比与输入信号以相同速率增加，即输入信号幅度增加1dB会使信噪比增加1dB。这是因为随着信号幅度增大，步长在总信号幅度中所占比例变小。然而，当输入幅度开始接近满量程时，信噪比相对于输入信号的增加速率会下降。

在较高频率下，由于抖动的影响加剧，信噪比性能会降低。