高速ADC/DAC的测试方法

演讲内容

大家好，我是今天做分享的任彦楠，非常荣幸能和大家交流，今天我分享的内容是within我的knowledge, 也希望将我不懂的地方向大家请教。

今天我要和大家分享的是高速ADC/DAC的测试方法~

ADC主要的测试指标分为静态指标和动态指标两类：静态指标，包括INL、DNL；动态指标，主要是基于SFDR，在此基础之上计算的ENOB（有效位数）。尽量言简意赅吧。

ADC的测试方法，其实简单来说，就是输入和输出，输入怎么给？输出怎么测？怎么计算？以及换算到spec。输入主要是两部分：数据和clk。大家知道ADC的数据和clk都用什么给信号吗？

听众答：ADC的数据是指输入的模拟信号吗？

任老师：哈哈，是的，信号发生器；然而对于ADC，尤其是高精度的ADC，最关键的是信号源的选择，这里需要的是高精度的信号源，也就是说信号源的动态范围要高于被测ADC两个精度位以上，这是关键之一。第二，就是信号源和clk的同步。

接着，我们来看输出，ADC输出的是digital信号，也就是说输出采样到的是数字信号。但是ADC的动态参数表示都是基于频谱分析的方法。也就是说要将输出、采样到的数字信号用FFT变换到频域，这就是大家看到ADC的测试程序为什么主函数是FFT 函数的原因。我记得我们当时实验室测得，10bit以上ADC，都至少是1024点。

听众问：或者转到频域，频率精度到什么精度才合适？

任老师：实测的时候，你有时会发现，FFT点数选的少，测试结果会好，不知大家有没有碰到过这种情况？嗯，但其实这是一种假象。你想10bit ADC输出的全位分辨率就是1024，如果没有采到1024个点，说明丢失了部分数据，不能真实反映ADC的性能。所以大家测试的时候，不能追求偶尔测到一个好的spec, 而应该重点关注自己的测试方法和计算方法，是否真实反映了芯片的性能。

刚刚讲了动态指标，静态指标就相对容易，用高阶的数字万用表，不是手持的那种哦，是专业的可编程的6位半的万用表，把输出全部采下来，使用简单公式就可以计算出INL和DNL，这个就不会用错。动态指标SFDR和ENOB会由于FFT取样点数的变化而变化；但INL和DNL算出来什么就是什么，没有数字转换的问题。数据频率是ADC可以接受的最大输入信号的频率，比方说100M；而时钟频率是采样率，比方说1GS/s。我们在学校的时候，可能觉得测到一个好的spec发个paper就好了；但是工作之后就不一样了。芯片到底怎么样，你心里能没点底数么？我用一张图总结一下最基础的ADC，尤其特指并口ADC的测试基础方法；后面我们再谈串口ADC。

听众问：6位半万用表测ADC？应该是DAC吧？

任老师：是ADC哦，ADC输出的digital, 用万用表可以测到；DAC输出的是analog,是连续的模拟信号，直接用频谱仪就可以看了。看这张图，其实动态指标全部都是用逻辑分析仪采集。刚才说INL和DNL大家如果觉得逻辑分析仪复杂的话，用万用表也可以完成。但是动态指标就必须得用逻辑分析仪采集了。哦，漏了一点，信号源和ADC的输入之间，要接带通滤波器，把频点选出来。

Times问：用逻辑分析仪抓出来的数据，放到MATLAB里分析，以前adi有MATLAB例程。

任老师：Times 对！专业！所以大家测试ADC的时候，有一个必须的投入，就是得多买几个质量好的滚降系数高的带通滤波器。带通滤波器推荐大家用那个 mini circuits, 上次分享的李玮韬，是我的闺蜜，她在我们实验室的时候，我们老师给她出钱买了好多好用的带通滤波器，嘿嘿。因为整个信号通路上，如果信号源质量特别好，特别纯净；ADC的能力也很好，但是带通滤波器滤不净，引入杂波，就得不偿失了。

大家好，刚才我发的那个最后一张图片大概就是最上面的一个总结。这个是典型的一个并口，就是并口的ADC，因为如果少的话慢的话，我们传统都是采用并口输出码，那接下来呢，我会讲一点串口。因为群里如果有AD的大神，就知道现在公司里面做的。高速的ADC用的都是串口，并口已经是一种，就是比较早一点的技术。

串口就是这样子的哈。JESD204B是SerDes的接口规范。

听众问：以12位ad为例，即便输入稳定电平，噪声本身可能就会引起低2位的跳动，如何能够用万用表测到准确的INL DNL呢？

任老师：大家现在看到ADI做出来的新的2GS/s以上的ADC/DAC都是这种接口的了，很高级~~我换算一下啊，6位半的万用表就是可以测到小数点之后6位半。如果10bit ADC, 输入1V，最小格是1/1024，那4位半的万用表就够了。

听众问：lsb，并不是绝对值。

任老师：哦~~ 那你说的噪声是来源于哪里呢？电源？AD本身，还是输入源？哈哈，那等一下我们再讨论这个哈。

SerDes的信号，大家看到和并口主要的区别是在发送端和接收端上的并串/串并转换、8b/10b编码，差分驱动几个模块.虽然大家设计的时候在这几个部分都要花很大的精力，可是在测试的时侯，就变成了一个黑盒子，主要考虑的还是如何把输入信号给进去、时钟怎么同步、怎么把输出信号采集出来三大问题了。

我长话短说，

关于Serdes测试的时候，和并口测试的不同，大家看这张ppt ~好在Serdes的测试方法现在也都是十分成熟的了，主要的ADC设计公司用的方法大致相同。

听众问：感觉其中时钟PLL是个关键环节。你们keysight出一个支持204B的接口的逻辑分析仪选件就好了。对测试工程师来说看到的就是被测数据。

任老师：你说的对。Serdes和刚才的并口测试相比，输入信号没变，还是用高纯度的信号源，高纯度、单频点源，就是ADC输入的唯一需求，一旦拥有，别无所求，差别在于输出部分，其实就是支持204B的接口的逻辑分析仪 .被大家猜中了结局。

听众问：204b接口的adc测试时可不可以用带高速口的FPGA？

任老师：可以的~~只要接口匹配，精度足够，就可以~~采样率够，和时钟可以同步。你们自己设计的FPGA板吗？测多少bit的ADC？

听众问：ADC数字输出的？

任老师：万用表是测DAC，给输入。没有测ADC的。FPGA 和逻辑分析仪的道理一样的，都是数据采集板。

听众问：DNL vs Noise，INL vs SFDR

任老师：就是我记得我们实验室以前用FPGA 的时候，一直没搞定时钟同步。