高速ADC电源设计的测试测量方法

高速ADC(模数转换器)在现代电子系统中扮演着至关重要的角色，尤其在高速信号采集和数字化方面。为了确保高速ADC的性能达到最优，电源设计及其测试测量方法显得尤为重要。

一、高速ADC的主要参数及测试指标

高速ADC的主要参数分为静态指标和动态指标两大类。

静态指标：

微分非线性(DNL)：衡量ADC每个量化台阶之间的非线性度。

积分非线性(INL)：衡量ADC在整个输入范围内的非线性度。

偏移误差(Offset Error)：ADC实际零点与理想零点之间的偏差。

满量程增益误差(Full Scale Gain Error)：ADC实际满量程输出与理想满量程输出之间的偏差。

动态指标：

总谐波失真(THD)：信号中所有谐波分量功率之和与基波功率之比。

信噪比加失真(SINAD)：信号功率与噪声加失真功率之比。

有效位数(ENOB)：通过测量信噪比(SNR)和无杂散动态范围(SFDR)计算得到的ADC实际有效位数。

信噪比(SNR)：信号功率与噪声功率之比。

无杂散动态范围(SFDR)：信号功率与最大杂散信号功率之比。

二、高速ADC电源设计的测试方案

高速ADC电源设计的测试方案需要确保电源的低纹波噪声和低电压偏差，以保证ADC的性能。以下是详细的测试方案：

供电方案：

使用低压差(LDO)稳压器提高电压的稳定性。

要求电源具有低纹波噪声和低电压偏差，以避免影响ADC性能。

电源完整性测试：

使用示波器和电源轨探头测量电源的完整性。

示波器应具备高灵敏度、高偏置和强大的FFT多域测量能力。

例如，罗德与施瓦茨(R&S)公司的RTO、RTE系列示波器和RT-ZPR电源轨探头可以提供高带宽(4GHz)、高精度直流电压表和超高灵敏度的测量能力。

时钟性能测试：

时钟性能对ADC非常关键，要求时钟替代品具有卓越的相位噪声和抖动性能，频谱纯度高，功率高。

使用R&S公司的SMA100B和SMB100A信号源提供不同性能范围的时钟替代品。

SMA100B频率可达20GHz，具有最佳抖动/相噪性能;SMB100A频率可达40GHz，在超低时钟频率下具有出色的性能。

时钟验证：

时钟抖动和频谱纯度会直接影响ADC的动态范围。

使用R&S公司的相位噪声分析仪(如FSWP)和频谱分析仪(如FSW、FSVA、FSV和FPS)进行时钟验证。

这些设备具有市场领先的互相关相位噪声和抖动性能灵敏度，超快相位噪声测量能力。

三、高速ADC电源设计的测试方法

高速ADC电源设计的测试方法包括输入信号质量测试和输出信号质量测试。

输入信号质量测试：

使用示波器对输入信号进行FFT分析，了解信号在不同阶段的性能，包括噪声电平、谐波性能/杂散和干扰源等。

RTO示波器的优势在于高动态范围、低噪声和硬件准实时FFT测量分析能力。

输出信号质量测试：

将ADC输出通过探头连接到示波器数字输入通道，配置各通道的总线定义，测量并验证输出数据的正确性，分析信号质量。

RTO示波器具有16通道、最高400MHz开关速率、5GSa/s采样率和200Msa/CH存储能力，可以使用Analog Bus显示分析输出信号质量。

ADC性能测试：

给ADC输入端口一个理想模拟信号，给时钟端口一个理想采样信号，以及相应的直流电源、滤波器等附件。

使用高精度、高纯净度的信号源(如R&S的SMA100B)作为产生正弦波信号的源输入。

ADC在另一台信号源提供的采样时钟的控制下对此正弦波进行采样，变换后的结果用软件或示波器逻辑分析仪采集下来。

两台信号源把参考频率同步起来，以确保相位噪声在环路带宽内具有相关性，不会影响测试结果。

数据分析和调试：

使用MATLAB等工具对采集到的数据进行FFT和频谱测量，分析输入和输出信号的性能。

通过SPI接口和SPI协议解码，测量SPI指令下达到ADC工作的延迟时间，使用示波器数字通道连接SPI接口进行时间相关测量。

四、关键测试设备及配置方案

进行高速ADC电源设计的测试时，需要以下关键测试设备和配置方案：

正弦信号源：如R&S的E8257D with UNX option，用于产生高精度、高纯净度的正弦波信号。

正弦时钟源：如R&S的E4438C with UNJ option，用于产生高质量的采样时钟。

逻辑分析仪：如R&S的16900系列逻辑分析仪，配合高性能采集模块和探头，用于采集和分析ADC转换后的数据。

电源：如R&S的E3631A，用于提供高质量的线性电源供电。

软件：ADC测试软件，用于对整个测试系统进行控制和测试结果分析。

五、结论

高速ADC电源设计的测试测量方法是确保ADC性能达到最优的关键步骤。通过合理的测试方案、先进的测试设备和科学的测试方法，可以全面评估电源设计的性能，确保高速ADC在各种应用场景中表现出色。在进行测试时，需要特别注意电源完整性、时钟性能和信号质量，以确保测试结果的准确性和可靠性。