專利名稱：一種開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及ー種開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試方法。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)是ー個(gè)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)即對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化(digitize)的元件。開關(guān)電容型采樣保持器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器常用的一種采樣保持接ロ，如流水線型(pipelined)模數(shù)轉(zhuǎn)換器等均采用這種結(jié) 構(gòu)。圖I是ー個(gè)采用開關(guān)電容結(jié)構(gòu)的流水線型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣保持器結(jié)構(gòu)示意圖。該采樣保持器100主要由放大器101、兩個(gè)輸入采樣電容102-103、兩個(gè)輸入開關(guān)104-105、兩個(gè)反饋開關(guān)106-107和兩個(gè)采樣開關(guān)108-109組成。兩個(gè)輸入開關(guān)104-105兩端分別連接模擬輸入信號(hào)AIN+/AIN-和兩個(gè)輸入采樣電容102-103。兩個(gè)反饋開關(guān)106-107兩端分別連接輸出信號(hào)Α0+/Α0-和兩個(gè)輸入采樣電容102-103。采樣保持器100有跟蹤模式和保持模式兩種工作方式。當(dāng)兩個(gè)輸入開關(guān)104-105和兩個(gè)采樣開關(guān)108-109導(dǎo)通，兩個(gè)反饋開關(guān)106-107關(guān)閉時(shí)，模擬輸入信號(hào)AIN+/AIN-連接兩個(gè)輸入采樣電容102-103，模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入跟蹤模式。在跟蹤模式結(jié)束時(shí)，模擬輸入信號(hào)AIN+/AIN-的值被兩個(gè)輸入采樣電容102-103采集。當(dāng)兩個(gè)輸入開關(guān)104-105和兩個(gè)采樣開關(guān)108-109關(guān)閉,兩個(gè)反饋開關(guān)106-107導(dǎo)通時(shí),模擬輸入信號(hào)AIN+/AIN-同兩個(gè)輸入采樣電容102-103隔離，輸出信號(hào)Α0+/Α0-連接兩個(gè)輸入采樣電容102-103，模數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)入保持模式。一般情況下，跟蹤模式和保持模式的周期近似相等。為了設(shè)計(jì)開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入接ロ電路，需要知道采樣保持前端的頻率響應(yīng)，也就需要知道模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻杭。但是，由于兩個(gè)輸入開關(guān)104-105的導(dǎo)通和關(guān)閉，在跟蹤模式和保持模式期間，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗值是不同的，所以無(wú)法做到同輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)全周期的阻抗匹配。由于只是在跟蹤模式期間模擬輸入信號(hào)同采樣保持器100的兩個(gè)輸入采樣電容102-103相連，所以應(yīng)該是跟蹤模式期間模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗同輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路做到阻抗匹配。而由于開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器有采樣和保持兩種エ作模式，導(dǎo)致兩個(gè)輸入開關(guān)104-105不能始終導(dǎo)通，所以如何精確地測(cè)試跟蹤模式期間的輸入阻抗值就成了一個(gè)技術(shù)上的難點(diǎn)。目前關(guān)于這方面的研究文獻(xiàn)還比較少。文獻(xiàn)[I]給出了一種測(cè)試開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的方法，其系統(tǒng)示意圖如圖2所示。該測(cè)試方法需要兩塊電路板，一塊是包含待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203、輸入信號(hào)電路204、時(shí)鐘信號(hào)電路205、數(shù)字輸出電路206、電源電路207的評(píng)估板201，另ー塊是僅包含輸入信號(hào)電路208的小電路板202。小電路板202上的輸入信號(hào)電路208同評(píng)估板201上的輸入信號(hào)電路204的電路和物理結(jié)構(gòu)完全相同。直流電源209為評(píng)估板201提供電源。一臺(tái)兩通道函數(shù)/波形發(fā)生器212提供兩路頻率為IMHz的脈沖時(shí)鐘信號(hào)。一臺(tái)需要提供外部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)分析儀210用來(lái)測(cè)試評(píng)估板201包含輸入信號(hào)電路204在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗和小電路板202的輸入信號(hào)電路208的阻杭。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀210吋，需要用到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀接ロ校正套件211進(jìn)行測(cè)試前的校正。一臺(tái)示波器213進(jìn)行觀察和調(diào)整提供給時(shí)鐘信號(hào)電路205和網(wǎng)絡(luò)分析儀210的兩路時(shí)鐘信號(hào)的相位關(guān)系。假設(shè)待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203在接收到上升沿時(shí)鐘信號(hào)后，輸入開關(guān)104-105由導(dǎo)通變成關(guān)閉；網(wǎng)絡(luò)分析儀210在接收到外部下降沿時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)后，開始進(jìn)行頻率掃描，測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的值。圖3、4為測(cè)試跟蹤模式下輸入阻抗值時(shí)兩路時(shí)鐘信號(hào)的相位關(guān)系圖。一路占空比為90%，經(jīng)過(guò)時(shí)鐘信號(hào)電路205后作為待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入時(shí)鐘信號(hào)；另一路占空比為50%，作為網(wǎng)絡(luò)分析儀210的外部觸發(fā)信號(hào)。調(diào)節(jié)這兩路時(shí)鐘信號(hào)的相位關(guān)系，并通過(guò)示波器213進(jìn)行觀察和調(diào)整，使提供給網(wǎng)絡(luò)分析儀210的觸發(fā)信號(hào)的下降沿位于待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的跟蹤模式期間，即可測(cè)試跟蹤模式期間待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗值。首先用網(wǎng)絡(luò)分析儀210測(cè)試跟蹤模式期間評(píng)估板201包含輸入信號(hào)電路204在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗，再用網(wǎng)絡(luò)分析儀210測(cè)試小電路板202的輸入信號(hào)電路208的阻抗，通過(guò)解嵌算法，計(jì)算出待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻杭。要求網(wǎng)絡(luò)分析儀210從接收到外部時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)至跟蹤模式結(jié)束期間內(nèi)完成一次頻率掃描。如果要測(cè)試在保持模式下的輸入阻抗值，則圖3中提供給待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入時(shí)鐘信號(hào)相位則要完全相反，如圖4所示。其它操作步驟和跟蹤模式相同。這種測(cè)試方法有幾個(gè)方面的缺點(diǎn)。ー是需要一臺(tái)兩通道函數(shù)/波形發(fā)生器212，且產(chǎn)生的兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)之間的相位關(guān)系要精確可調(diào)，一般的信號(hào)發(fā)生器沒有這方面的功能；ニ是需要用示波器213對(duì)兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行觀察和調(diào)整，操作上比較復(fù)雜；三是這種方法要求網(wǎng)絡(luò)分析儀210在從接收到外部時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)開始到跟蹤模式結(jié)束期間內(nèi)，就要完成一次頻率掃描工作。例如如果時(shí)鐘信號(hào)為1MHz，則要求網(wǎng)絡(luò)分析儀210完成一次掃描工作最高不超過(guò)O. 9微秒，目前幾乎沒有網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠達(dá)到這么高的工作速度?？梢姡墨I(xiàn)[I]提供的這種方法需要的儀器設(shè)備多，對(duì)儀器的配置要求高，而且操作也比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供ー種需要儀器設(shè)備少，對(duì)儀器的配置要求低，而且操作比較簡(jiǎn)單的開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試方法。本發(fā)明是基于這樣的發(fā)現(xiàn)。在圖2中，網(wǎng)絡(luò)分析儀210在阻抗測(cè)試期間，如果被測(cè)阻抗的值是周期性快速變化的，則網(wǎng)絡(luò)分析儀210的測(cè)試結(jié)果為測(cè)試阻抗值的平均值。而待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203只工作在跟蹤模式和采樣模式兩種模式下，所以隨著圖3中提供給待 測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的時(shí)鐘信號(hào)占空比的變化，網(wǎng)絡(luò)分析儀210測(cè)試所得的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗值做相應(yīng)的線性變化。實(shí)際測(cè)試結(jié)果也已經(jīng)證實(shí)，網(wǎng)絡(luò)分析儀210測(cè)試所得的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗值隨著時(shí)鐘信號(hào)占空比的變化作相應(yīng)的線性變化。基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出的測(cè)試方法，首先對(duì)測(cè)試系統(tǒng)加以改進(jìn)，本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)示意圖如圖5所示。該測(cè)試系統(tǒng)也需要兩塊電路板，ー塊是包含待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203、輸入信號(hào)電路204、時(shí)鐘信號(hào)電路205、數(shù)字輸出電路206、電源電路207的評(píng)估板201，另ー塊是僅包含輸入信號(hào)電路208的小電路板202。小電路板202上的輸入信號(hào)電路208同評(píng)估板201上的輸入信號(hào)電路204的電路和物理結(jié)構(gòu)完全相同。直流電源209為評(píng)估板201提供電源。一臺(tái)可提供一路占空比可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)的函數(shù)/波形發(fā)生器512提供時(shí)鐘信號(hào)給時(shí)鐘信號(hào)電路205。一臺(tái)不需要提供外部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)分析儀510用來(lái)測(cè)試評(píng)估板201包含輸入信號(hào)電路204在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗和小電路板202的輸入信號(hào)電路208的阻杭。使用網(wǎng)絡(luò)分析儀510時(shí)，需要用到相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀接ロ校正套件511進(jìn)行測(cè)試前的校正。假設(shè)待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203在接收到上升沿時(shí)鐘信號(hào)后，輸入開關(guān)104-105由導(dǎo)通變成關(guān)閉。由函數(shù)/波形發(fā)生器512產(chǎn)生一路時(shí)鐘信號(hào)，占空比設(shè)為(Γ100%之間某個(gè)值，經(jīng)過(guò)時(shí)鐘信號(hào)電路205后作為待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入時(shí)鐘信號(hào)。首先，用網(wǎng)絡(luò)分析儀510測(cè)試評(píng)估板201包含輸入信號(hào)電路204在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗，再用網(wǎng)絡(luò)分析儀510測(cè)試小電路板202的輸入信號(hào)電路208的阻抗，通過(guò)解嵌算法(為已有算法)，計(jì)算出待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻杭。對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀510的工作速度沒有要求。然后，取一系列占空比值(例如為10、20、30、…80、90%等)，在各占空比值下，再分別測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗的值，并通過(guò)直線擬合和延伸，得到占空比分別為O和100%時(shí)輸入阻抗的值。而占空比為O對(duì)應(yīng)的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的保持模式，占空比為100%對(duì)應(yīng)的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的跟蹤模式。本發(fā)明不需要用示波器213對(duì)兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行觀察和調(diào)整，即可完成對(duì)開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試，所以需要的儀器設(shè)備少。本發(fā)明中的函數(shù)/波形發(fā)生器512只需提供一路占空比可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)給時(shí)鐘信號(hào)電路205即可，不要求能夠產(chǎn)生兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)且信號(hào)之間的相位關(guān)系要精確可調(diào)；網(wǎng)絡(luò)分析儀510也不需要提供外部時(shí)鐘觸發(fā)信號(hào)，而且對(duì)網(wǎng)絡(luò)分析儀510的工作速度也沒有要求，所以對(duì)儀器的配置要求低。由于沒有了圖2中的兩路時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)而也無(wú)需示波器213對(duì)兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行觀察和調(diào)整，所以操作上也比較簡(jiǎn)単。


圖I是開關(guān)電容型采樣保持器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是文獻(xiàn)[I]測(cè)試方法說(shuō)明示意圖。圖3是跟蹤模式下時(shí)鐘時(shí)序圖。圖4是保持模式下時(shí)鐘時(shí)序圖。圖5是依據(jù)本發(fā)明方案的測(cè)試方法說(shuō)明示意圖。
圖6是依據(jù)本發(fā)明方案的測(cè)試數(shù)據(jù)處理示意圖。
具體實(shí)施例方式基于本發(fā)明的測(cè)試方法的系統(tǒng)示意圖如圖5所示，同圖2傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，不需要使用示波器213對(duì)兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行觀察和調(diào)整，即可完成對(duì)開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試。
在實(shí)施測(cè)試時(shí)，直流電源209為評(píng)估板201提供電源，函數(shù)/波形發(fā)生器512產(chǎn)生一路占空比可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)提供給時(shí)鐘信號(hào)電路205，使用網(wǎng)絡(luò)分析儀510測(cè)試評(píng)估板201包含輸入信號(hào)電路204在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻抗，再用網(wǎng)絡(luò)分析儀510測(cè)試小電路板202的輸入信號(hào)電路208的阻抗，通過(guò)解嵌算法，計(jì)算出待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器203的輸入阻杭。用同樣的方法，取一系列的占空比的值，分別測(cè)試其相應(yīng)的輸入阻抗值。對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理如圖6所示，橫坐標(biāo)為時(shí)鐘信號(hào)占空比的值，縱坐標(biāo)為測(cè)試所得的輸入電容的值。根據(jù)測(cè)試所得到的一系列點(diǎn)，通過(guò)擬合畫出一條直線。開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器正常工作吋，占空比不能取到O或者100%。而保持模式所對(duì)應(yīng)的占空比為0，跟蹤模式所對(duì)應(yīng)的占空比為100%?？梢詫M合得到的直線，向兩端作直線延伸，如圖6中虛線所示。延伸線同占空比為O的直線的交點(diǎn)A 即為保持模式下輸入電容的值；同占空比為100%的直線的交點(diǎn)B即為跟蹤模式下輸入電容的值。圖6中給出的是輸入電容的測(cè)試值，輸入電阻的測(cè)試值也可以用同樣的方法測(cè)試得到。網(wǎng)絡(luò)分析儀510采用阻抗分析儀等任何能夠測(cè)試輸入阻抗的儀器替代，均屬本發(fā)明中附帶的權(quán)利要求規(guī)定的精神或涵蓋范圍。函數(shù)/波形發(fā)生器512采用其它任何能夠提供一路占空比可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)的信號(hào)源替代，均屬本發(fā)明中附帯的權(quán)利要求規(guī)定的精神或涵蓋范圍。直流電源209采用任何能夠提供評(píng)估板正常工作所需電源的方式替代，均屬本發(fā)明中附帶的權(quán)利要求規(guī)定的精神或涵蓋范圍。總之，本發(fā)明的實(shí)施方案僅是示范性的，進(jìn)行的詳細(xì)闡述目的是讓有相當(dāng)經(jīng)驗(yàn)的從業(yè)者能夠加以實(shí)現(xiàn)。毫無(wú)疑問(wèn)，對(duì)方案進(jìn)行實(shí)質(zhì)上等效的大量修改、變動(dòng)和調(diào)整，皆應(yīng)屬本發(fā)明中附帯的權(quán)利要求規(guī)定的精神或涵蓋范圍。參考文獻(xiàn)
1R. Reeaer. Application Note AN-742: Frequency Domain Response ofSwitched-Capacitor ADCs [R]. Analog Devices。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試方法，其特征在于改進(jìn)相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)包括兩塊電路板，一塊是包含待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(203)、輸入信號(hào)電路(204)、時(shí)鐘信號(hào)電路(205)、數(shù)字輸出電路(206)、電源電路(207)的評(píng)估板(201)，另一塊是僅包含輸入信號(hào)電路(208 )的小電路板(202 );小電路板(202 )上的輸入信號(hào)電路(208 )同評(píng)估板(201)上的輸入信號(hào)電路(204)的電路和物理結(jié)構(gòu)完全相同；評(píng)估板(201)由直流電源(209)提供電源；時(shí)鐘信號(hào)電路(205)由一臺(tái)可提供一路占空比可調(diào)的時(shí)鐘信號(hào)的函數(shù)/波形發(fā)生器(512)提供時(shí)鐘信號(hào)；由一臺(tái)不需要提供外部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行觸發(fā)的網(wǎng)絡(luò)分析儀(510)來(lái)測(cè)試評(píng)估板(201)包含輸入信號(hào)電路(204)在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(203)的輸入阻抗和小電路板(202)的輸入信號(hào)電路(208)的阻抗；使用網(wǎng)絡(luò)分析儀(510)時(shí)，用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)分析儀接口校正套件(511)進(jìn)行測(cè)試前的校正； 假設(shè)待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(203)在接收到上升沿時(shí)鐘信號(hào)后，兩個(gè)輸入開關(guān)(104-105)由導(dǎo)通變成關(guān)閉；由函數(shù)/波形發(fā)生器(512)產(chǎn)生一路時(shí)鐘信號(hào)，占空比設(shè)為(Γ100%之間某個(gè)值，經(jīng)過(guò)時(shí)鐘信號(hào)電路(205)后作為待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(203)的輸入時(shí)鐘信號(hào)； 首先，用網(wǎng)絡(luò)分析儀(510)測(cè)試評(píng)估板(201)包含輸入信號(hào)電路(204)在內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(203)的輸入阻抗，再用網(wǎng)絡(luò)分析儀(510)測(cè)試小電路板(202)的輸入信號(hào)電路(208)的阻抗，通過(guò)解嵌算法，計(jì)算出待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器(203)的輸入阻抗； 然后，取一系列占空比值，在各占空比值下，再分別測(cè)試模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗的值，并通過(guò)直線擬合和延伸，得到占空比分別為O和100%時(shí)輸入阻抗的值；其中，占空比為O對(duì)應(yīng)的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的保持模式，占空比為100%對(duì)應(yīng)的是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的跟蹤模式。
全文摘要
本發(fā)明屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換器性能測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試方法。首先改進(jìn)相應(yīng)的測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)包括兩塊電路板，一塊是包含待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器、輸入信號(hào)電路、時(shí)鐘信號(hào)電路等的評(píng)估板，另一塊是僅包含輸入信號(hào)電路的小電路板；時(shí)鐘信號(hào)電路由一臺(tái)函數(shù)/波形發(fā)生器提供時(shí)鐘信號(hào)；由一網(wǎng)絡(luò)分析儀來(lái)測(cè)試評(píng)估板內(nèi)的待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗和小電路板的輸入信號(hào)電路的阻抗；通過(guò)解嵌算法，計(jì)算出待測(cè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入阻抗。本發(fā)明方法同傳統(tǒng)的測(cè)試方法相比，不需要用示波器對(duì)兩路脈沖時(shí)鐘信號(hào)的時(shí)序關(guān)系進(jìn)行觀察和調(diào)整，即可完成對(duì)開關(guān)電容型模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入阻抗的測(cè)試，所需的儀器設(shè)備少，對(duì)儀器的配置要求低，操作上也更簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)H03M1/10GK102636696SQ20121013699
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月7日
發(fā)明者任璞, 朱凱, 朱瑜 申請(qǐng)人:上海萌芯電子科技有限公司