高速 ADC 测试技术介绍

1. 高速ADC测试技术介绍 工业和信息化部电子工业标准化研究院 刘 杰 科学、公正、诚信、服务 2014.7.16

2. 3 1 2 目录 高速ADC与传统ADC差异 高速ADC测试难点 高速ADC测试解决措施

3. 高速ADC与传统ADC差异 传统ADC 高速ADC • 模拟输入频率低 • 采样速率慢，转换时间长 • 以单端方式输入输出 • 电源和基准电压较高 • 模拟输入频率高 • 采样速率快，转换时间短 • 以差分方式输入输出 • 电源和基准电压较低 单端 模拟输入 低频信号kHz以下 差分 模拟输入 高频信号上百MHz VDD VDD 5V或更大 3.3V或更小 AIN+ AIN … … AIN- VREF VREF 5V或更高 2.5V或更低 高速ADC 传统ADC Q1 Q1 单端 时钟输入 低速ksps级 差分 时钟输入 高速上百Msps CIN 差分LVDS输出 高速数字信号上百Msps 单端输出 低速数字信号ksps级 CIN+ … … CIN- QN QN 应用：例如电子秤 转换速度要求较低，接近直流 应用：例如手机通讯 转换速度要求较高，速率达上百Msps

4. 静态参数 动态参数 高速ADC与传统ADC测试差异 ADC主要电参数 包括静态参数和动态参数测试 总谐波失真 偏移误差 信噪比 增益误差 信号噪声失真比 微分线性误差 无杂散动态范围 积分线性误差 有效位

5. 高速ADC与传统ADC测试差异 电参数测试数学模型 静态参数 动态参数

6. 高速ADC与传统ADC测试差异 • 传统ADC测试 • 模拟输入频率低，无需考虑滤波及匹配； • 时钟频率低，无需考虑抖动、相噪影响； • 采样速率低，数字输出幅度高，误采率低； • 基准电压较高（5V或以上），模拟输入信号范围较大，相对噪声干扰较小 静态参数：低速下测得 差异：动态参数测试

7. 高速ADC测试难点 高速ADC测试难点：动态参数 （高频） （高速） 滤波 单端转差分 350mV 阻抗匹配 （高速） • 模拟输入信号滤波 • 模拟输入阻抗匹配 • 高速时钟抖动要求 • 输出高速信号采集 工程测试实现难点：

8. 解决措施1-模拟输入信号滤波 信号源输出 （含谐波） 滤波后 滤波后 信号源谐波引入测试结果，导致总谐波失真THD 差 改善总谐波失真THD

9. 解决措施2-模拟输入单端转差分 需要单端转差分电路 选择1：4的变压器（AD9246应用带宽较窄，所需输入驱动低）

10. 解决措施3-模拟输入阻抗匹配 AIN+ 阻抗匹配 AIN- 确定ADC输入阻抗 通过计算确定： R=251欧，L=523nH （参考ADI：AN-935）

11. 解决措施3-模拟输入阻抗匹配 基波幅度降低将导致所有动态参数测量值偏低 基波幅度 基波幅度 匹配前SNR参数 匹配后SNR参数

12. 解决措施4-采样时钟抖动 V △V t △t 时钟抖动Jitter与SNR关系 f = 70 MHz SNR = 75 dB Jitter = ? 400 fs

13. 解决措施5-高速数字输出采样 LVDS输出走线需对称等长，尽量短 PCB 设计要点： • 相对于走线长度的变化，保持TW、TS、D为常量。 • 保持 TS < 2TW。 • 尽可能避免使用过孔。 • 保持 D > 2TS。 • 尽可能避免90度转弯。 • 控制 TW 和 TG，使阻抗约为 50 欧 数据速率高，摆幅小，容易误采 改善措施：

14. 思考 墨菲定律—启发 • 凡是可能会出现最坏的情况，就必定会出现 • 凡是人为可以不予考虑的影响，都不能不考虑 • 所有的隐藏缺陷都会因为各种自然因素而被暴露出来

15. 感谢关心与支持 • 邮箱：liujie@cesi.cn • 电话：67831826 科学、公正、诚信、服务