David Marche et Ming Li Professeur : A. Khouas Département de génie électrique

1. ELE6306 : Test de systèmes électroniquesProjet de coursTest de convertisseur numérique à analogique par sélection de codes David Marche et Ming Li Professeur : A. Khouas Département de génie électrique École Polytechnique de Montréal

2. Plan • Description du CNA (DAC) • Caractéristiques du CNA • Différentes méthodes de test • Test par sélection de codes • Résultats de simulations • Conclusion

3. Description du CNA • Fonction : • CNA R-2R:

4. Description du CNA • Exemple : • CNA R-2R:

5. Caractéristiquesdu CNA • Décalage (Offset): • Écart entre les valeurs analogiques idéale et mesurée à 0...00. • Erreur de gain: • Écart entre les valeurs analogiques idéale et mesurée à 1...11. • Linéarité: • Intégrale (INL): Écarts entre les valeurs analogiques idéales et mesurées pour chaque transition: • Différentielle (DNL): Uniformité des incréments analogiques lors d’application de codes successifs: • Monotonie: Un incrément de l’entrée numérique entraîne un incrément de la sortie analogique.

6. INL DNL Caractéristiquesdu CNA • Décalage (Offset): 1LSB • Gain: 2LSB • Linéarité • Intégrale (INL): 1.5LSB • Différentielle (DNL): 1.5LSB • Monotonie: • si DNL≤1LSB, monotone • ici, non-monotone

7. Caractéristiquesdu CNA • Points de test => dégradation des performances: • Capacité : fréquence d’opération, pureté spectrale • Courants de fuite : non linéarité • Accès limité: entrées numériques, sortie analogique.

8. Méthode de test • Test exhaustif • Tous les codes numériques sont testés. • Caractérisation complète du CNA. • Indépendant de l’utilisation prévue du CNA. • Peut exiger beaucoup de temps de tests. • Test partiel (pseudo-exhaustif) • Tous les codes de certaines portions de la fonction de transfert sont testés. • Caractérisation partielle du CNA. • Test adapté à l’utilisation du CNA. • Non approprié à CNA de tout usage.

9. Méthode de test • Test par sélection de code • Seul certains codes numériques sont testés. • La réponses aux autres codes est déduite mathématiquement. • But: accélération du test exhaustif Comment sélectionner les codes ?

10. Test par sélection de code • Fonction du CNA : • Forme matricielle : Valeur Analogique = Code * Poids Matrice Code Matrice poids

11. Test par sélection de code • Sélection de code pour la détermination des poids: • Nombre de vecteur de test : N. • Erreur d’offset et erreur de gain : 00..0 et 11..1. • Nombre total de vecteur de test : N+2 (Exhaustif: 2N) .

12. Test par sélection de code • Déduction de la réponse analogiques pour tous les codes • Exemple pour CNA 4 bits:

13. Test par sélection de code • IN se mesure directement en fixant le bit N à 1 et tous les autres à 0. • Grandeurs I1→IN très différentes. Ex: I10=512I1 • Nécessite un appareil capable de mesurer à précision égale des tensions/courants faibles et forts. • Pour des CNA de haute résolution, cet appareil de mesure n’existe pas.

14. Test par sélection de code • Solution: mesurer les incréments des transitions majeures de la fonction de transfert du CNA. • Les transitions majeures sont les transition entre les codes 2N -1 et 2N. • Ces incréments valent tous environ 1LSB. • La transition analogique de sortie peut alors se mesurer en mode « échantillon-différence » d’un voltmètre/ampèremètre et donner des mesures précises des incréments.

15. Test par sélection de code • À l’aide des valeurs d’incréments mesurées pour chaque transition majeure, il est possible de déduire les valeurs de I1 à IN:

16. Test par sélection de code • La technique de transition majeure peut également être employée sur convertisseurs binaires signés avec un codage complément 2. • Exemple: CNA 4 bits VFS-= - 780 mV, step size entre 10002 ( - 8 ) et 10012 ( - 7 ) est 75mV, step size entre 10012 ( - 7 ) et 10102 ( - 6 ) est 175mV, step size entre 10112 ( - 5 ) et 11002 ( - 4 ) est 55mV, step size entre 11112 ( - 1 ) et 00002 ( 0 ) est 195mV, Déduire les tensions de sorties pour les codes -8 à +7.

17. Test par sélection de code Le MSB (B4) représente le signe de la valeur codée :

18. Test par sélection de code

19. Test par sélection de code

20. Résultats de simulation • Test exhaustif et par sélection de codes pour CNA 8 bits avec erreurs insérées aux bits 7 et 8.

21. Résultats de simulation • Test exhaustif et par sélection de codes pour CNA 14 bits avec déviations aléatoires des composants.

22. Résultats de simulation • Comparaison des résultats des tests: Quelles sont les limites du test par sélection de code ?

23. Résultats de simulation • Test CNA 14 bits avec courant de sortie converti en tension. • Rf est non linéaire: Rfvarie avec la tension à ses bornes. • Seul le test exhaustif révèle cette non linéarité.

24. Conclusion • Avantages du test par sélection de codes: • Réduction importante du nombre de vecteur de test: • Test exhaustif : 2N vecteurs. • Test par sélection de codes: N+2 vecteurs. • Aucun composant ou point de test ajouté: • Aucune dégradation des performances du circuit. • Aucune augmentation de surface ou de nombre de plots. • Économies: • Étape de test : réduction du temps d’utilisation du testeur. • Étape de design : simulation et caractérisation rapide. • Particulièrement adapté au convertisseurs parallèles (Flash).

25. Conclusion • Inconvénients et limites du test par sélection de codes: • Le résultat est une approximation de la fonction de transfert: • Déductions mathématique parfois fausse (Ex: cas non linéaire). • Peu adaptés à certains types de CNAs (ex: sériel, pipeline). • Nécessite une connaissance interne du CNA. • Nécessite une validation par comparaison avec un test exhaustif • Précision du testeur: • Solution possible : sélection de codes de transitions majeures. • Test limité aux caractéristiques statiques des CNAs.

26. Questions ?