模數轉換器即A/D轉換器，或簡稱ADC，通常是指一個將模擬信號轉變為數字信號的電子元件。通常的模數轉換器是將一個輸入電壓信號轉換為一個輸出的數字信號。由于數字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。它廣泛地應用在信號采集和處理、通信、自動檢測和多媒體技術等領域。本文介紹AD靜態參數和動態參數的測試方法。

模數轉換器的性能參數

靜態參數的定義

圖1，差分非線性DNL定義為實際轉移的臺階電壓與理想臺階之差。

式中，N為轉換器位數，D為轉換器輸出的數字碼，VD為輸出數字碼D對應的最小輸入電壓，VLSB-IDEAL為理想情況下使AD的輸出變化一位的最小輸入電壓。通常（1）式中的最大值被定義為整個模數轉換器的差分非線性誤差，即：

積分非線性INL：定義為模數轉換器的實際轉移曲線與理想轉移曲線的偏差，公式表達為：

失調：

增益誤差：定義為V2N-1與理想值的偏差，

動態參數的定義

模數轉換器的動態參數的定義如表1所示。

測試原理

靜態參數的測試原理

模數轉換的靜態測試通常有兩種方法——斜波電壓測試和碼密度測試［2～4］（柱狀圖測試）。

斜波電壓測試是在AD輸入端加一緩變的斜波，直接記錄AD的轉移特性曲線，再利用（1）～（6）式計算AD的靜態參數。這是以前比較傳統的方案，其優點是原理簡單，但是有一些不足：

（1）引入其它誤差。由于緩變的斜波是通過一個數字電壓計（DVM）產生，盡管這個數字電壓計可以做的很精密，噪聲很小，但還是會給電路中引入DAC誤差，因此16bit以上的ADC很少能用該方法測試。

（2）精度有限。DVM和測量ADC輸入轉折電壓的數字電壓表的精度制約測試方案的精度。

（3）效率低。由于要依次測出每個數字碼對應的輸入電壓，因此測一個AD需要很長時間，所以該方案只適合小規模和中等精度ADC的測試。

碼密度測試是在AD的輸入端加一幅度略大于AD輸入范圍的低頻正弦信號，采集輸出數據，統計每個數字碼的出現次數N（i），通過數學計算可以得到AD的轉移曲線，即數字輸出碼i對應的輸入電壓

最后由將（7）式代入（1）～（6）式確定NL、DNL等。

該方案注意以下幾點：

（1）輸入信號幅度略大于AD輸入范圍。因為考慮到實際中存在失調，所以只有輸入信號大于滿量程才能保證全0和全1的數字碼都能出現，而且還能減小誤差的主要來源——正弦峰值附近的誤差。過驅動電壓滿足：

式中：δ=噪聲功率的均方根，B=誤差容限。

（2）輸入信號的頻率與數據采集儀的采樣頻率成互質關系，這樣才能符合統計的隨機分布性。

（3）采樣的總點數應滿足公式（9）：

式中：Nt=采樣點數，n=AD精度α=NL、DNL，所需精確度60

由于碼密度測試精度高，速度快，所需儀器簡便，故采用該方法測試靜態特性。

動態參數測試原理

測量模數轉換器動態參數的方法是快速傅立葉分析。輸入加正弦信號，對輸出數據做快速傅立葉變換（FFT），得到輸出頻域功率譜，依次用表1中的公式計算各項動態參數。

該方法需注意三點：

（1）正弦信號頻率與采樣頻率必須互質;

（2）采樣點數必須為2的整數次冪，且采樣點恰好覆蓋整數個周期，否則會引起頻譜泄漏;

（3）為了減小頻譜泄漏的影響，采樣數據加窗，可選擇blackman、hamming、hanning窗等。本方案最終選擇blackman窗。

測試流程圖

圖2是測試的流程圖。信號發生器產生正弦信號，儀器選用AgilentE4436B，它輸出的信號頻率范圍為0～50kHz和250k～3GHz，信號經過濾波器濾波，濾波器選用集成芯片MAX274，再經過單雙端轉換電路得到差分信號，轉換電路選用集成芯片AD8138，模數轉換器TH0307將差分信號變為數字信號，送入邏輯分析儀進行數據采集，邏輯分析儀選用Agilent16702，最后用MATLAB軟件處理數據，計算得到模數轉換器的靜態和動態參數。時鐘發生器選用HP8116A，它可以產生最高50MHz的時鐘，參考電壓通過一些集成芯片產生。