其它地区
其它地区
ADC（Analog-to-Digital Converter 模拟数字转换器）。通常来说，自然界产生的信号，其实都是模拟信号，像我们说话的声音，看到的图像，感受到的温度等等。但是这些模拟信号在电子产品中最终都得以数字信号的方式进行处理，存储或者传输，那如何把模拟信号转换成数字信号呢？所以，我们就需要模数转换器ADC了。
DAC（Digital-to-Analog Converter 数字模拟转换器）。与 ADC 相反，DAC 是将数字信号转换为模拟信号的器件。在电子系统中，当需要将数字处理后的信息还原为模拟形式以便人们感知或驱动模拟设备时，就需要用到 DAC。
随着数字信号处理技术和数字电路工作速度的提高，以及对于系统灵敏度等要求的不断提高，对于高速、高精度的ADC/DAC的指标都提出了很高的要求。高速 ADC（模数转换器）在当今的5G/6G基站、卫星通信载荷、地面终端、信号处理板、仪器仪表等领域中扮演着极为关键的角色。其性能在很大程度上决定了整机的性能指标，因此对ADC性能参数进行精确的测量必不可少。
为方便与大家交流，中星联华创建-中星联华ADC DAC技术交流群，大家有关于ADC/DAC的相关问题可以扫码交流。
下面对ADC的工作原理及选型、测试项目、测试方法等进行全面剖析。
ADC工作原理解析和选型
ADC转换中，输入的模拟信号在时间上是连续的，输出的数字信号在时间上是离散的，所以进行转换时只能按一定的时间间隔对输入的模拟信号进行采样，然后把采样的值转换为输出的数字量，通常A/D转换要经过采样、保持、量化、编码四个步骤，这些步骤共同构成了ADC将模拟信号转换为数字信号的完整过程。
采样和保持
采样是将时间上连续变化的信号，转换为时间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。
如果把模拟信号比作无限采样点的数字信号，那么我们就需要采取其中一些有限点才能进行真正的数字化传输。那么要采多少点？怎么采？
采样需遵循奈奎斯特（Nyquist）采样定理，当采样频率大于模拟信号中最高频率成分的两倍时，采样值才能不失真地反映原来模拟信号。模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在采样电路之后须加保持电路。
量化和编码
量化：输入的模拟信号电压经过采样保持后，得到的是阶梯波。而该阶梯波仍然是一个可以连续取值的模拟量。将采样后的样值脉冲电平归化到与之接近的离散电平之上，这个过程称为量化，而相邻两个量化电平之间的差异，即为我们所说的量化单位Δ，也即1LSB。位数越多，量化的等级就越细致，相应的Δ值也就越小，量化等级越细，量化误差越小。
编码：就是利用二进制01代码来表示量化后的量化电平。
量化编码之后ADC就将输入的模拟信号转换为数字信号输出。
ADC产品主要类型
主流ADC的类别有：积分型（如双斜率ADC）、Sigma-Delta ADC、逐次逼近型（ SAR ADC ）、流水线型（Pipeline ADC）、闪存型（Flash ADC）、时间交织型（TIADC），每种ADC的使用场景不相同，用户需要综合考虑对比ADC的速度、精度、成本、功耗等选择合适的ADC。
ADC主要技术参数
分辨率
ADC的分辨率表示ADC对输入信号的分辨能力，其根据满程电压和ADC输出二进制数的位数决定，如下所示：不同的满程电压下，分辨率不同；不同的ADC输出二进制数的位数，分辨率也不同。
转换误差
转换误差通常是以输出误差的最大值形式（即上面所述的量化误差）给出。它表示ADC实际输出的数字量和理论上的输出数字量之间的差别。例如量化误差为±Δ/2或±LSB/2，这就表明实际输出的数字量和理论上应得到的输出数字量之间的误差小于 Δ/2或LSB/2。
转换速率（采样率）
转速速率是指ADC从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间的倒数。ADC的转换速率与转换电路的类型有关，不同类型的转换器转换速度相差甚远。
ADC主要测试项目
ADC 测试可分为静态测试和动态测试两部分。
静态测试主要关注稳定的模拟输入与对应的数字输出编码之间的关系，包括ADC的增益误差、失调误差、失码、积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）等；
动态测试主要关注ADC在交流条件情况下的性能表现，常规测量参数有信纳比（SINAD）、信噪比（SNR）、有效位（ENOB）、总谐波失真（THD）、无杂散动态范围（SFDR）、互调失真（IMD）等；
除此之外，针对具体应用如5G或卫星等可能还会拿实际信号进行进一步测试，以5G为例，测试项目包括EVM等参数。静态性能参数的测试相对简单，使用的测试方法也比较成熟，这篇文档我们主要讨论动态测试相关内容。
根据动态测试信号种类的不同，又可分类为单音、双音和实际信号三种，不同测试信号支持的测试项目如下：
单音测试 ： SFDR、SINAD、SNR、THD、ENOB；
1. 信噪比（SNR） ：Signal-to-noise ratio，指信号均方根振幅与除去前六个谐波和直流之外的所有频谱分量均方根和之比，随着输入电平的降低， SNR往往按分贝线性递减，单位：dB。
2. 信纳比 (SINAD) ：Signal-to-noise plus distortion，信号均方根振幅与所有频谱分量（包括谐波但不含直流）均方根和之比，SNR与SINAD之间的差异即 是前六个谐波所含能量，单位：dB。
3. 无杂散动态范围（SFDR）：Spurious free dynamic range，SFDR是基频功率与最高的杂散功率之比，SFDR为ADC输入信号的一种谐波，单位： dBc 。
4. 总谐波失真（THD）：Total harmonic distortion，一般来说，THD是信号均方根能量与前六个谐波之和的均方根值之比，单位：dBc。
5. 有效位数（ENOB)：Effective Number of Bits，ENOB可以根据SINAD直接推导，ENOB = (SINAD – 1.76) / 6.02， 单位：Bits
双音测试 : IMD
如果多音信号通过一个存在非线性度的转换器，就会产生交调失真（IMD），一般利用双音测试IMD。
实际信号测试
如果ADC用于特定的应用场景，可能需要用对应场景的实际信号来测试ADC性能，例如：用于通信领域，一般利用数字调制信号来测试EVM值，来评估ADC的性能。
ADC动态测试方法
ADC动态测试方案包括了模拟信号输入、采样时钟信号、ADC评估板以及PC端分析软件。ADC动态参数测试结果不仅包括ADC自身噪声和杂散，还包括模拟信号输入带来的谐波、非谐波和宽带噪声，以及采样时钟信号带来的抖动等各种外部因素。为了能准确测量ADC的各个性能指标，必须把各类测量仪表引入的误差尽可能降至最低。
ADC动态测试
1.动态测试挑战
随着ADC的速度越来越快，精度越来越高10bit，12bit，14bit，16bit。为了精确测试ADC的SFDR/ENOB/SNR/SINAD/THD等参数，需要给ADC提供超低相噪时钟信号输入和模拟信号输入，对输入信号质量有非常苛刻的要求，才能保证测试准确，第二就是需要多路信号同时输入，一路给ADC模拟信号输入，一路是ADC时钟信号输入
故而，ADC动态参数测试面临三个严峻的问题：多通道、极低的宽带噪声和抖动、更低的谐波。
l 多通道：模拟信号输入和时钟输入；
l 极低的宽带噪声和抖动：确保ADC测试的ENOB/SNR/SINAD指标要求；
l 更低的谐波：无需外加滤波器，直接就能得到ADC真实的THD性能。
2.ADC动态测试传统测试方案
传统的ADC动态测试方案，利用多台单通道模拟信号源，一台是模拟信号输入，一台是ADC采样时钟信号输入，有时候还需要第三台给FPGA提供参考时钟信号输入。
三台信号源ADC测试
3.中星联华ADC动态测试方案
为解决ADC测试痛点，中星联华提供Pro系列信号源具有超低相位噪声，可输出非常纯净的信号，而且支持多通道相参信号输出，一台仪器同时为ADC测试提供模拟信号输入和时钟信号输入，一台顶多台，保证了ADC测试的SFDR/ENOB/SNR/THD/SINAD等参数的精确测量，是目前业内唯二能够满足上述苛刻条件的信号源厂家，有效解决“卡脖子”难题。
ADC的IMD互调失真测试
中星联华的多通道超低相噪信号源支持直接输出双音信号来验证IMD指标。
ADC的EVM测试
中星联华的矢量信号源支持输出各种数字调制信号、OFDM信号、5G-NR信号来验证ADC的EVM指标。
多路ADC测试
在很多电子系统（如雷达、通信接收机等）中，由于相控阵/阵列天线以及 MIMO等技术的使用，接收机通常需要多个通道，因此需要多通道ADC电路来对数据进行采样。然而，由于采样电路的路数很多，当存在多片ADC芯片并行工作时，会出现不同的通道差异。这些差异会增大后期信号处理的误差，降低整个系统的性能，因此需要对多路ADC通道进行一致性评估与测试。
传统多路ADC测试方案——功分器分成多路信号：
传统多路ADC测试方案——多台信号源：
前者利用分路进行测试，输出信号经过多次衰减，信号功率低，可能无法满足测试的要求，后者需要多台信号源，搭建系统复杂且成本高昂。
使用中星联华科技多通道信号源，可以解决上述问题。由于设备里多个通道之间是严格相参的，因此可以精确控制进行多路ADC测试。
中星联华多路ADC测试方案：
多通道信号源多个通道之间是严格相参的，可以精确控制进行测试。一台顶多台，将测试时间和成本省下来。
DAC测试
DAC是把一串数字信号转成模拟信号，在DAC的测试中也需要超低相噪的时钟信号输入。
中星联华Pro系列信号源为DAC测试提供业内领先的超低相噪的时钟输入信号，保证了DAC验证的精确测量。
测试结果：
JESD204B在高速ADC/DAC中的测试
JESD204B是几种常见的ADC到FPGA的接口，采用高速串行接口方式，极大减少物理连接数；使用8b/10b编码，提升数据传输稳定性；单Lane速率可达16Gbps，远超LVDS，是现代ADC到FPGA连接的主流方案。
JESD204B 的核心概念
JESD204B面向高速、高分辨率数据转换器的16Gbps串行接口标准，对JESD204B接口进行测试是非常必要的。
抖动、眼图模板、幅度，上升时间、下降时间等参数是用于评估JESD204B链路信号质量的重要指标。利用实时示波器对这些指标进行测试，利用误码仪对其Rx接收端的抖动容限进行测试。
JESD204B Tx/Rx测试框图：
中星联华产品特色
超低相噪多通道微波信号源
SLFS-Pro系列超低相噪微波信号源具有低相噪、多通道、功率准、频谱纯、宽频率、广兼容的特点，为ADC/DAC用户带来全球尖端测试测量仪器新选择！
高性能误码仪
产品特色：
l 模块化：多通道灵活配置，单机支持32发32收；
l 高速率：1G-120Gbps，数据速率灵活可调；
l 压力眼：注抖加噪，让信号拥有72般变化；
l UDP：最大可支持16Gbit超长用户自定义码型。
中星联华高性能误码分析仪具有模块化设计、灵活的通道配置、高速率、注抖加噪创建压力眼信号、超长用户自定义码型等业内领先的核心技术，可满足高速JESD204B/C Rx接收端抖动容限测试的苛刻测试需求。
总结
高速ADC作为自动驾驶汽车、5G基站、卫星、雷达等设备中接收机链路的关键部件，其性能很大程度决定了整机性能指标，因此ADC性能参数的精确测量必不可少。中星联华的SLFSP超低相噪信号源以其优异的谐波/非谐波/相噪/宽带底噪性能以及独一无二的多通道输出，助力高性能ADC的精确测试和性能提升。
|扫一扫关注我们| 