ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法

技术领域

本发明涉及数据分析和测试技术领域，特别涉及一种ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法。

背景技术

ADC静态参数和噪声测试是评估一款ADC是否达到设计指标要求的首要测试项，也是同类ADC进行对标比较的关键评价指标，但静态参数和噪声测试涉及大量的数据采集和运算，如12bit的ADC，需要采集的数据高达2的16次方，几乎不可能通过人工方式实现；而且ADC测量易受电源电压、参考电源、输入连接端子的影响，尤其在高精度的ADC测量时，干扰导致的数据偏差更大，因此能稳定对静态参数和噪声进行自动化测试的平台是ADC设计和测试的重要工具支撑。

同时市面上ADC数据输出的传输格式有多种类型，如果只支持特定的数据传输格式不足以适应功能各异的ADC测试需求，因此测试平台还要支持多种协议格式的ADC输入。

发明内容

本发明提供了一种ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，其目的是为了解决传统的ADC测试方法复杂，测试平台不支持多种协议格式传输，ADC测量时易受电源电压、参考电源和输入连接端子影响，导致测量的ADC数据失真，指标偏差大的问题。

为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台，包括：

上位机，所述上位机包括人机界面，所述人机界面用于显示，所述上位机用于进行静态参数和噪声指标的数据采集与分析运算操作；

主控模块，所述主控模块的第一端通过USB线与所述上位机的USB端口电连接，所示主控模块用于输出高精度DAC通讯协议的控制信号，所述主控模块支持多种数据协议格式，包括串行格式、并行格式和其他格式；

电源转换模块，所述电源转换模块的第一端与所述主控模块的第二端电连接，所述电源转换模块用于向所述主控模块、高精度DAC单元、多路精密基准电压源和ADC待测单元提供高精度、低噪声的电源电压；

电平转换模块，所述电平转换模块的第一端与所述主控模块的第三端电连接；

高精度DAC单元，所述高精度DAC单元的第一端与所述主控模块的第四端电连接，所述高精度DAC单元的第二端与所述电源转换模块的第二端电连接；

多路精密基准电压源，所述多路精密基准电压源的第一端与所述电源转换模块的第三端电连接，所述多路精密基准电压源的第二端与所述高精度DAC单元的第四端电连接；

ADC待测单元，所述ADC待测单元的第一端与所述电平转换模块的第二端电连接，所述ADC待测单元的第二端与所述高精度DAC单元的第四端电连接，所述ADC待测单元的第三端与所述多路精密基准电压源的第三端电连接，所述ADC待测单元的第四端与所述电源转换模块的第四端电连接。

其中，所述多路精密基准电压源为所述高精度DAC单元和所述ADC待测单元提供高精度且低温漂的基准电压源，提供的基准电压源误差<±0.1％，所述多路精密基准电压源设置有多个电压档位，包括2V档、3V档、4V档和可调1V～5V档。

本发明的实施例还提供了一种ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试方法，包括：

步骤1，上位机通过USB线向主控模块发送控制信号；

步骤2，主控模块接收控制信号并对控制信号进行处理，得到高精度DAC通讯协议的控制信号并输出到高精度DAC单元；

步骤3，高精度DAC单元接收高精度DAC通讯协议的控制信号并进行处理，逐bit输出电压信号到ADC待测单元；

步骤4，ADC待测单元接收高精度DAC单元逐bit输出的电压信号并进行Code转换，输出符合主控协议格式的ADC数据到电平转换模块；

步骤5，电平转换模块将ADC数据的电平幅度进行转换并将转换后的ADC数据输出到主控模块；

步骤6，主控模块将接收到的ADC数据输入上位机；

步骤7，上位机通过USB端口逐bit接收主控模块输送的ADC数据，通过人机界面选择采用静态参数算法或噪声统计算法对ADC数据进行统计、分析与运算，得到运算结果并在人机界面中显示；

步骤8，根据运算结果绘制多个静态参数图表和噪声直方图。

其中，所述步骤5具体包括：

电平转换模块将ADC数据的电平幅度转换为与主控模块的电平幅度一致。

其中，所述高精度DAC单元输出的电压信号为高精度、低温漂、积分非线性失真误差和微分非线性失真误差均<±1％和逐bit可编程。

其中，所述步骤6具体包括：

静态参数采集与运算时上位机对一个12bit的ADC获取Code转换数据的次数为2^16。

其中，所述步骤7具体包括：

根据静态参数指标定义对ADC数据进行统计、分析与运算，得到静态参数运算结果，根据静态参数运算结果绘制各个静态参数的可视化图表。

其中，所述静态参数指标包括失调误差、增益误差、满幅度误差、微分非线性失真误差、积分非线性失真误差、总未调整误差、总绝对误差和丢码。

其中，所述步骤8具体包括：

一个12bit的ADC静态参数的绘制点个数为2^12。

其中，所述步骤7和所述步骤8还包括：

噪声指标运算对ADC固定电压输入点进行1000次～100000次的ADC转换采样；对ADC转换采样后的值进行最小值、最大值、平均值、众数、偏差和标准差的统计分析，得到噪声运算结果；根据噪声运算结果绘制噪声直方图。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明的上述实施例所述的ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，只需接入上位机和外部电源，无需接入信号发生器等其它设备，通过上位机的人机界面对各类ADC进行快速、便捷、稳定的静态参数指标和噪声指标数据采集与运算操作，并绘制可视化图表，通过可靠的硬件平台提供高精度、低噪声的电源电压、参考电压和输入电压信号给ADC，减少外部输入对ADC数据测量的影响，支持多种协议格式传输，测量速度快、精度高，测量数据准确、稳定。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的流程图；

图3为本发明的静态参数极限值计算结果示意图；

图4(a)为本发明的静态参数理想ADC转换数据和实际ADC转换数据对比图；

图4(b)为本发明的静态参数全输入码宽图；

图4(c)为本发明的静态参数全输入总未调整误差图；

图4(d)为本发明的静态参数全输入微分非线性误差图；

图4(e)为本发明的静态参数全输入积分非线性误差图；

图5为本发明的噪声直方图。

【附图标记说明】

1-上位机；2-主控模块；3-电源转换模块；4-电平转换模块；5-高精度DAC单元；6-多路精密基准电压源；7-ADC待测单元。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的ADC测试方法复杂，测试平台不支持多种协议格式传输，ADC测量时易受电源电压、参考电源和输入连接端子影响，导致测量的ADC数据失真，指标偏差大的问题，提供了一种ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，包括：上位机1，所述上位机1包括人机界面，所述人机界面用于显示，所述上位机1用于进行静态参数和噪声指标的数据采集与分析运算操作；主控模块2，所述主控模块2的第一端通过USB线与所述上位机1的USB端口电连接，所示主控模块2用于输出高精度DAC通讯协议的控制信号，所述主控模块2支持多种数据协议格式，包括串行格式、并行格式和其他格式；电源转换模块3，所述电源转换模块3的第一端与所述主控模块2的第二端电连接，所述电源转换模块3用于向所述主控模块2、高精度DAC单元5、多路精密基准电压源6和ADC待测单元7提供高精度、低噪声的电源电压；电平转换模块4，所述电平转换模块4的第一端与所述主控模块2的第三端电连接；高精度DAC单元5，所述高精度DAC单元5的第一端与所述主控模块2的第四端电连接，所述高精度DAC单元5的第二端与所述电源转换模块3的第二端电连接；多路精密基准电压源6，所述多路精密基准电压源6的第一端与所述电源转换模块3的第三端电连接，所述多路精密基准电压源6的第二端与所述高精度DAC单元5的第四端电连接；ADC待测单元7，所述ADC待测单元7的第一端与所述电平转换模块4的第二端电连接，所述ADC待测单元7的第二端与所述高精度DAC单元5的第四端电连接，所述ADC待测单元7的第三端与所述多路精密基准电压源6的第三端电连接，所述ADC待测单元7的第四端与所述电源转换模块3的第四端电连接。

其中，所述多路精密基准电压源6为所述高精度DAC单元5和所述ADC待测单元7提供高精度且低温漂的基准电压源，提供的基准电压源误差<±0.1％，所述多路精密基准电压源6设置有多个电压档位，包括2V档、3V档、4V档和可调1V～5V档。

本发明的上述实施例所述的ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，所述上位机1通过人机界面进行静态参数和噪声的数据采集与分析运算操作，通过USB端口接收所述主控模块2采集到的ADC数据，将采集的ADC数据按照静态参数算法或噪声统计算法进行运算，并将运算结果显示在人机界面上，同时绘制多个静态参数的相关图表和噪声直方图；所述主控模块2接收所述上位机1控制信号，输出符合高精度DAC通讯协议的控制信号；所述主控模块2接收通过所述电平转换模块4转换后的所述ADC待测单元7输出的Digital Code数据，所述主控模块2灵活支持多种数据协议格式，比如串行格式、并行格式，且可扩展现有协议格式以支持更多的ADC数据类型；所述高精度DAC单元5采用高精度的16～20位DAC，所述高精度DAC单元5接收来自所述主控模块2的控制信号，所述高精度DAC单元5提供高精度、低温漂、INL\DNL<±1％、逐bit可编程的电压输出信号给所述ADC待测单元7，所述高精度DAC单元5可支持测试的ADC最高分辨率为DAC分辨率减4；所述多路精密基准电压源6用于提供高精度、低温漂的基准电压源给所述高精度DAC单元5和所述ADC待测单元7，使得所述高精度DAC单元5和所述ADC待测单元7的参考电源误差<±0.1％，保证基准电压的准确度，所述多路精密基准电压源6设置有多种电压档位，如2V档、3V档、4V档和可调1～5V档，用于适配不同要求的ADC参考电压；所述ADC待测单元7接收所述高精度DAC单元5逐bit输出的电压信号，完成Analog to Digital的Code转换，并输出符合主控协议格式的数据。

如图2至图5所示，本发明的实施例还提供了ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试方法，包括：步骤1，上位机1通过USB线向主控模块2发送控制信号；步骤2，主控模块2接收控制信号并对控制信号进行处理，得到高精度DAC通讯协议的控制信号并输出到高精度DAC单元5；步骤3，高精度DAC单元5接收高精度DAC通讯协议的控制信号并进行处理，逐bit输出电压信号到ADC待测单元7；步骤4，ADC待测单元7接收高精度DAC单元5逐bit输出的电压信号并进行Code转换，输出符合主控协议格式的ADC数据到电平转换模块4；步骤5，电平转换模块4将ADC数据的电平幅度进行转换并将转换后的ADC数据输出到主控模块2；步骤6，主控模块2将接收到的ADC数据输入上位机1；步骤7，上位机1通过USB端口逐bit接收主控模块2输送的ADC数据，通过人机界面选择采用静态参数算法或噪声统计算法对ADC数据进行统计、分析与运算，得到运算结果并在人机界面中显示；步骤8，根据运算结果绘制多个静态参数图表和噪声直方图。

其中，所述步骤5具体包括：电平转换模块4将ADC数据的电平幅度转换为与主控模块2的电平幅度一致。

其中，所述高精度DAC单元5输出的电压信号为高精度、低温漂、积分非线性失真误差和微分非线性失真误差均<±1％和逐bit可编程。

其中，所述步骤6具体包括：静态参数采集与运算时上位机对一个12bit的ADC获取Code转换数据的次数为2^16。

其中，所述步骤7具体包括：根据静态参数指标定义对ADC数据进行统计、分析与运算，得到静态参数运算结果，根据静态参数运算结果绘制各个静态参数的可视化图表。

其中，所述静态参数指标包括失调误差、增益误差、满幅度误差、微分非线性失真误差、积分非线性失真误差、总未调整误差、总绝对误差和丢码。

其中，所述步骤8具体包括：一个12bit的ADC静态参数的绘制点个数为2^12。

其中，所述步骤7和所述步骤8还包括：噪声指标运算对ADC固定电压输入点进行1000次～100000次的ADC转换采样；对ADC转换采样后的值进行最小值、最大值、平均值、众数、偏差和标准差的统计分析，得到噪声运算结果；根据噪声运算结果绘制噪声直方图。

本发明的上述实施例所述的ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，静态参数指标包括：失调误差、增益误差、满幅度误差、微分非线性误差DNL、积分非线性误差INL、总未调整误差、总绝对误差和丢码等多种参数，它需要逐bit获取到ADC所有输入电压点的转换Code后再按指标定义进行运算，比如一个12bit的ADC数据，需要获取的转换Code次数＝2^16次方；运算完成后还要对各个指标绘制出可视化图表，一个12bit的ADC数据静态参数指标的绘制深度为2^12次方，绘制深度指绘制点个数。噪声指标则需要对固定的ADC数据输入电压点进行1000次～100000次的ADC转换采样，再对获取到的值进行最小值、最大值、平均值、众数、偏差、标准差统计分析，运算完成后再绘制噪声直方图表。

本发明的上述实施例所述的ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，将所述主控模块2接入电源，通过USB线与所述上位机1通讯，测试平台有多档基准电压和电源电压可选，选择与所述ADC待测单元7所需一致的基准电压和电源电压。所述主控模块2接收所述上位机1发送的控制信号，输出符合高精度DAC通讯协议的控制信号；所述高精度DAC单元5接收来自所述主控模块2的高精度DAC通讯协议的控制信号，所述高精度DAC单元5输出高精度、低温漂、微分非线性误差DNL和积分非线性误差INL均<±1％、逐bit可编程的电压输出信号给所述ADC待测单元7，所述多路精密基准电压源6提供高精度、低温漂的基准电压源给所述高精度DAC单元5和所述ADC待测单元7，所述ADC待测单元7的输入分别为所述电源转换模式输出的电源电压、所述多路精密基准电压源6输出的基准电压和所述高精度DAC单元5的输出。所述ADC待测单元7工作后输出符合所述主控模块2协议格式的ADC数据到所述电平转换模块4，所述电平转换模块4将输入的ADC数据的电平幅度转换为与主控模块2的电平幅度一致并输入所述主控模块2，所述主控模块2中的ADC数据的协议格式与上位机1软件界面中选择的“通讯协议”一致，所述主控模块2才能与所述上位机1进行正确通讯，人机界面根据待测ADC数据特征选择“ADC位数”、“测试模式”和“通讯协议”，点击“开始”即可进行测试，其中，“测试模式”中包括静态参数测试和噪声测试两种。当“测试模式”选择“静态参数测试”时，所述上位机1经USB口与所述主控模块2进行通讯，实时控制所述主控模块2的主控输出控制信号，使所述高精度DAC单元5逐bit输出电压信号，同时所述主控模块2接收通过所述电平转换模块4电平转换后的所述ADC待测单元7输出的Code转换数据，并上传到所述上位机1，一次完整的数据采集过程需要DAC从0输出至满幅(2^n次方，n为DAC位数)。所述上位机1接收完所有数据后，按照静态参数计算方法完成失调误差、增益误差、满幅度误差、微分非线性失真误差、积分非线性失真误差、总未调整误差、总绝对误差和丢码等多种参数的计算，并显示图表及统计各参数的最小值、最大值和Code所在位置。当“测试模式”选择“噪声测试”时，所述上位机1需配置所述高精度DAC单元5的输出电压值和测试次数，所述上位机1经USB口与所述主控模块2进行通讯并控制所述主控模块2的输出控制信号，使所述高精度DAC单元5输出固定电压，同时所述主控模块2接收通过所述电平转换模块4电平幅度转换后的所述ADC待测单元7输出的Code转换的ADC数据，并上传到所述上位机1，达到测试次数即完成一次数据采集。所述上位机1接收完所有数据后，统计所有数据的最小值、最大值、平均值，众数、偏差和标准差，并绘制和显示噪声直方图表。

本发明的上述实施例所述的ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台及方法，所述ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试平台简单易用，只需连接所述上位机1和电源，无需外加其它信号发生器设备，通过人机界面进行操作，快速且便捷，适用多种ADC传输协议，且可扩展，具有可编程的高精度DAC输出，支持最高的ADC分辨率为DAC分辨率减4，提供有稳定可靠的高精度基准参考电源，且有多种电压档位可选，便于快速切换ADC的参考电压级别，所述ADC静态参数和噪声指标的数据采集与分析测试方法简单，ADC测量时不易受电源电压、参考电源和输入连接端子的影响，测量的ADC数据精度高，指标偏差小。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。