为了更有效地表征数据转换器，并具有更好的可重复性，实验室测试设置可以自动化。有三个主要优势:

• 由于软件配置测试设备，因此每次对零件进行表征时都使用相同的仪器设置。

• 当软件捕获数据时，它将其存储在文件中，自动消除由于数据输入不正确而导致的错误。当手动获取数据时，所有数据必须手工写入，然后手动输入到文件或电子表格中。这些步骤很繁琐，而且可能导致错误。

• 由于PC正在推动测量和数据收集过程，因此收集数据的速度要比手动完成的速度快得多。可以在几分钟内获得数千个数据点。人工采集同样数量的数据可能需要几天的时间。一旦数据保存在指定的文件中，就可以将其保存为文本文件，以便使用Gnuplot或Excel等软件程序轻松地对其进行评估或绘制。

由于大多数实验室仪器都有通用接口总线(GPIB)接口，几乎任何手动实验室测量都可以自动化。

GPIB的背景

GPIB最初是由惠普公司开发的HP-IB，是一种高速通信接口，允许可编程仪器的互连和控制。控制卡通常驻留在PC机中，控制各种各样的测试仪器，如逻辑分析仪、信号和数据发生器、数字电压表和电源。GPIB由IEEE标准化，现在有三个名称GPIB、HP-IB和IEEE-488总线。有关GPIB的更多信息可在(美国国家仪器公司)或。

自动设置的优点

使用自动化测试设置的一个优点是，它加快了表征零件的任务。理想情况下，应该提前编写和调试软件，这样当部件可用时，就不会花费宝贵的时间编写和调试软件代码。对于我们的测试设置，选择Visual c++作为编程语言。

通过功能自动化测试设置，一些更困难的数据转换图，如积分非线性(INL)，微分非线性(DNL)和快速傅立叶变换(FFT)图可以在几分钟内提供。

模块化软件允许重用其他程序。灵活的代码，该软件可以很容易地修改为其他转换器与不同的速度和分辨率。

自动化设置的另一个关键优势是，设计工程师不需要熟悉设备和仪器，因为软件会自动对所有仪器设置进行编程。尽管对设备的基本了解仍然是确保准确结果的必要条件。当测试运行时，工程师通常不必亲自到场。通常，监督测试和获取数据的任务被委派给实验室技术人员，从而更多地解放了工程师。

设置要求

GPIB接口卡

GPIB接口卡插入PC机扩展插槽，允许PC机与任何具有GPIB接口的测试仪器进行通信。每台仪器需要一根GPIB电缆。这些仪器使用从PC开始并在最后一个仪器结束的串行雏菊链进行互连。每个仪器需要一个唯一的GPIB地址。可用地址为0 ~ 31。可以在GPIB总线上的仪器数量取决于电缆的长度和连接方式。在实际应用中，最多可同时连接10台仪器。

模式发生器

模式生成器创建用于与被测设备(DUT)通信的所有I/O数据模式。由于在本例中，ADC具有串行输出，因此模式发生器还用于提供控制反串行化板时序的信号。反序列化板允许更有效地使用逻辑分析仪的内存。串行外设接口(SPI)信号(时钟、数据和芯片选择)来自模式发生器。对于双线I(2)C接口，产生时钟和数据信号。由于I(2)C数据线是双向的，因此需要具有开路集电极缓冲的电路。

数据模式通过GPIB接口加载。GPIB接口还控制模式生成器的设置。

逻辑分析仪

对于ADC，逻辑分析仪用于捕获转换数据并将其存储在文件中。逻辑分析仪的设置由GPIB控制，但由于GPIB的速度限制，我们的数据文件通过局域网(LAN)传输到PC上。

信号或脉冲发生器

两个信号/脉冲发生器是必要的。一个用于生成转换时钟(或采样频率)。另一个用于产生ADC输入信号(或测试频率)。来自两个单元的信号应该同步。这被称为连贯测试。注意，转换时钟生成器驱动模式生成器。

电力供应

电源电压需要为被测设备和反串行器板提供电源。如果需要，这些电源可以编程，以进一步自动化测试设置。

直流电源

需要一个干净的直流电源为ADC或DAC提供参考电压。在我们的设置中使用了Datel校准器。

部分董事会

该电路用于将ADC的串行数据输出转换为并行格式，从而使逻辑分析仪能够更有效地捕获数据。虽然代码可以对数据进行反序列化，但并行格式可以更好地利用逻辑分析器的内存。

图1说明了这些仪器是如何连接到PC和彼此之间的。对于并行接口adc，不需要反串行化板。

软件

本软件采用Visual c++开发，兼容Win95/98或Windows NT操作系统，程序全部在Windows环境下编写，采用GUI界面，操作方便。

该软件的关键功能之一是初始化功能，称为INIT或SETUP(见图3)。当操作员单击该功能时，它在模式生成器中设置正确的模式，并设置逻辑分析器，以便准备捕获数据。操作人员无需触摸仪器，只需确保它们已通电并正确连接即可。

该软件允许操作员选择转换器采样率和设备的分辨率。它还允许控制采样的数量。当转换发生时，数据被写入一个文件。

使用了两个程序，一个用于控制和数据采集，另一个用于数据分析。控制和采集程序控制数据发生器并从逻辑分析仪获取数据。分析软件计算INL、DNL和fft。

软件也可以开发其他测试，如零标度误差，满量程误差和增益误差。然而，这需要一个软件伺服回路，是另一个应用笔记的主题。

分析软件是一个通用程序，可用于分析任何ADC的数据。下面是该软件的示例屏幕。

操作

要对INL或DNL进行FFT或测试，必须正确选择测试频率和采样频率，以确保:(1)执行转换器中的所有数字代码，(2)信噪比和谐波失真测量不受测试方法的影响。使用素数方法，可以获得素数个测试音调循环，从而使数据端点之间没有不连续。这种方法产生频谱纯净的结果，其中测试音调和谐波都包含在一个频率bin中。也就是说，FFT具有有限带宽的离散频率箱。正确选择的样本和测试音调频率会导致测试音调的所有能量出现在单个频率仓中。对于相干测试来说，转换时钟发生器和测试音调发生器的同步是很重要的。

例如，给定采样频率f(sample)=100ksps，测试音调频率f(TEST)= 1kHz，以及获取的点数N=4096，我们可以确定应该使用什么频率。每个频率仓的带宽由f(SAMPLE)/N=24.41给出。将结果四舍五入到25Hz。现在重新计算采样频率得到25 × N=102.4ksps。要确定测试音频率，从f(TEST)/25=40开始。选择最接近40的质数，也就是41。这产生了重新计算的41 × 25=1025Hz的测试音调频率。注意，f(TEST)是一个有理数，可以加载到大多数信号发生器中。一个无理数会导致FFT泄漏，导致错误的信噪比。单面FFT将有2048 (N/2)个箱子。假设每个bin是25Hz宽，FFT应该扩展到51.2kHz，正好是f(SAMPLE)/2。所有测试音能量应在第41箱或在25 × 41=1025Hz。

用于测试频率的函数发生器应具有低失真。如果没有低失真信号发生器，可以使用滤波器来减少谐波。

使用以下步骤完成数据收集过程:

• 单击INIT按钮，以便可以设置逻辑分析器和模式生成器。

• 输入存储转换数据的文件名。

• 如有必要，选择要测试的转换器的分辨率。这通常被设置为默认值。

• 选择FFT中的点数或转换次数。

• 点击“RUN”按钮。此时，程序将设置转换器，开始转换并捕获所需的转换数据量。然后将数据保存在所需的文件中。

保存数据之后，可以将文件加载到Test81或任何其他从原始转换数据中计算所需信息的程序中。

FFT结果可以绘制出与测量相关的各种谐波或杂散。此外，动态性能数字显示在控制窗口和绘图上。包括SFDR、SNR、SINAD、THD和ENOB。每一个谐波(直到第五次)与频率和相对电平一起表示。

INL和DNL可以在ADC输入处使用线性斜坡信号或使用正弦直方图方法计算。正弦直方图方法的优点是使用一个干净的正弦波，而不必产生一个高度线性的斜坡。对于交流输入信号的应用，正弦直方图方法是ADC性能的更好的晴雨表，因为它提供了交流输入的测试数据，而不像一些转换器只测试直流输入信号。

要设置正弦直方图INL/DNL测试，请运行素数周期计算。这确保了所有的代码箱都将被执行，并且整个直方图将具有正弦概率分布(1)。转换器应该稍微过度驱动。这将过度填充直方图的第一个和最后一个箱子，但这些数据将被丢弃。自动计算偏移量和增益，并生成DNL和INL图。

下面是使用Gnuplot绘制的示例图。

(1)李志强，李志强，“A/D转换器的高速测试”，电子工程学报，vol. 19, no. 5。6，第820-827页，十二月1984。