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基于数字信号处理DSP的模拟电路测试

模拟测试 – 2

基于数字信号处理DSP的模拟电路测试

定义

单位测试周期(Unit Test Period UTP)

相关性

傅里叶电压表

非相干采样

多频测试

编解码器测试

事件数字化

总结

 

定义

互调– 被测器件DUT的非线性响应会在模拟测试频率的和或差处产生一条谱线

固有参数- 定义DUT规范

原始频带, %title插图%num 包含所有采样的波形信息

多频测试– 用多频率复合正弦模拟波形激励被测器件

原始频率, %title插图%num

量化误差– 通过离散采样引入到测量信号中

量子电压– 对应于转换器LSB的翻转

单频测试- 仅使用一种正弦波频测试被测器件

音调 – f,A和f相位的纯正弦波

传输(Performance)参数- 指具有嵌入式模拟电路的通道如何影响多频测试信号

Unit Test Period UTP – 单位测试周期:模拟激励和响应的联合采样时间

 

具有傅立叶变换的仿真仪器

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图 1 测试设备

 

等效计算

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图 2 等效计算

 

相干测试

 

相干测量方法

单位测试周期为积分间隔P

具有激励周期的整数M

具有DUT输出周期的整数N

激励和采样是锁相的

为了从采样中获取最大信息,M和N是相对质数

Ft–音频频率

Fs–采样率

 

编解码器测试示例 

数字电话交换系统中的串行ADC

采样率8000 s / s

音频范围300 – 3400 Hz

Ft = 1000 Hz Fs = 8000 s /秒 P = 50毫秒 M = 50个周期 N = 400个样本

问题:M和N不是相对质数

所有样本在某些相位上都落在波形上– 仅采样8/255个CODEC步长

 

编解码器测试解决方案

设置Fs = 400 ks / s – 不可能很快

更好– 稍微调整Ft,在不同点采样信号

必要的关系:

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良好的CODEC参数 

Ft = 1020 Hz Fs = 8000 s /秒 P = UTP = 50毫秒 Delta = 20 Hz

M = 51个周期 N = 400个样本

M和N现在是相对质数

所有采样都落在不同相位的波形上– 采样所有CODEC步骤

 

单位测试周期

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样本序列会在相干测试中定期重复

单位测试周期包含样本和M个信号周期

这里有3个信号周期,所以M = 3, 有16个采样间隔,因此N = 16。

在此,原始周期为16,因为这是周期的最短数

给出波形周期的整数位, M和N必须是相对质数

图 3 单位测试周期

 

Mahoney的齿轮系比喻

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图 4 Mahoney的齿轮系比喻

 

原始频率 Primitive Frequency

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图 5 原始频率

 

样本集的频谱不必与原始波形的频谱相同。 样品光谱中有N / 2 + 1个离散仓。

每个频率仓都为A的倍数,即原始频率 %title插图%num

从0到N A/2的原始带包含所有信息,除了两个端仓,所有的仓具有幅度和相位信息,NA / 2为奈奎斯特 Nyquist频率。 奈奎斯特仓一定不能用作为测试频率,因为它包含误导性信息

A / D转换器的频谱测试

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图 6  A / D转换器的频谱测试

 

示例多频测试激励

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\mahon10.11.tif

图 7 多音测试激励

 

不良的A / D转换器测试

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmahpl4.9.tif

图 8 不良的A / D转换器测试

 

良好的A / D转换器测试

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmahpl4.10.tif

图 9 良好的A / D转换器测试

 

相干滤波

消除了滤波器的建立时间和非线性模拟电路–大幅度提高了速度

切勿在DUT和数字化仪之间放置滤波器- 引入建立时间长于信号周期

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达到0.1%的精度

基于频谱DSP的测试组件

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图10 基于频谱DSP的测试组件

 

相关性

t =可编程延迟

  1. B是函数

R = 相干相关

G = 增益或比例因子

P = 波形周期

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相关模型

互相关– 比较2个不同的信号

自相关– 将1个信号与其自身进行比较

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.6.tif

图11 相关模型

 

傅立叶电压表

第一定律

对于信号A和B,如果P是无限的,则R =0。如果P是有限的,并且包含A和B的整数#个周期,则互相关R = 0,而与相位或幅度无关

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.7.tif

图12 第一定律

 

傅立叶电压表

第二定律

如果相同f的信号A和B异相90o,并且P包含整数J个信号周期,则互相关R = 0,而不管振幅或起始点如何

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.8.tif

图13 第二定律

 

两种形式的傅立叶电压表

P =单位测试时间 J =信号周期数

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.9.tif

图14 两种形式的傅立叶电压表

 

模拟傅立叶等值电压表

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.10.tif

图15  模拟傅立叶等值电压表

 

点积和功率 Dot Product and Power

 

软件傅立叶电压表–点积

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正交信号– 相干的好处

当两个或多个正弦波在电路响应中时,它们在统计上是正交的 – 互相关为0

数字域定义:按索引乘积之和 = 0时为正交

统计独立

每个信号都有单独的,唯一的信息

线性加总时,得出的功率是各个分量功率的算术和

 

概念性的离散傅立叶电压表

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.11.tif

图16 离散傅立叶电压表

 

傅立叶电压表扫频响应

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.12.tif

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图17 傅立叶电压表扫频响应

 

A / D转换器频谱

1076 Hz的音频源以44.1 kHz采样

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah2.14.tif

图18 A / D转换器频谱

 

非相干测试

语音非相干采样

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图19 语音非相干采样

 

非相干采样的通用规则 

如果所有信号频谱能量都在宽度W = fH – fL的频谱中,

选择Fs,使[fL,fH]落在Fs / 2的两个相邻谐波之内:

如果fL>,则> fH

这两个不等式给出了非相干采样的通用规则:

n=图像区域编号, 0 =低通,1为带通

fL,fH低频,高频

 

SIN x / x(sinc)调整

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah3.4.tif

图 20 SIN x / x(sinc)调整

 

正弦调整的硬件

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图 21 正弦调整的硬件

 

多音测试

测试设置

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图 22 多音测试设置

 

相干多音测试

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图 23 相干多音测试

 

单音测试示例

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah5.2.tif

图 24 单音测试示例

 

多音测试示例

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah5.3.tif

图 25 多音测试示例

 

多音相位响应

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah5.4.tif

图 26 多音相位响应

 

总谐波失真(Total Harmonic Distortion THD) 

测量在基频H1的谐波(H2,H3,…)中出现的能量,以响应频谱中基频中能量的百分比表示

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误差来源和准确性

多音波形

音调振幅必须小,以防止峰峰值振幅烧坏DUT(导致较小的信噪比)

当DUT没有量化或数字滤波时,同样准确 编解码器

编解码器 Coder-Decoder CODECs

不连续时间采样,不连续幅度功能

与测试信号和测量过程互动

不确定性–同步干扰,功能不连续

本书有测试调整以减少错误

 

编解码器测试

编解码器示例

SLIC –用户环路接口电路 PCM– 脉冲编码调制

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图 27 编解码器示例

 

数字化信号重构

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图 28 数字化信号重构

u定律或浮点编码(扩展)

C:\WINNT\Profiles\bushnell\bookfoils\foilme\bookmah12.3.tif

图 29 u定律或浮点编码

 

全通道增益测试

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图 30 全通道增益测试

 

测试频率选择的影响

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图 31测试频率选择的影响

 

半通道测试设置

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图 32 半通道测试设置

 

信号总失真测试

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图 33信号总失真测试

 

互调失真测试波形

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图 34 互调失真测试波形

 

增益跟踪特性测试

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图 35 增益跟踪特性测试

 

信号到总失真的表征

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图 36 信号到总失真的表征

 

事件数字化 Event Digitization

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图 37 事件数字化

 

自动测试设备ATE事件数字化仪框图

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图 39 ATE事件数字化仪框图

 

DSP测试小结

模拟测试的重要性大大增加

片上系统

无线

个人电脑多媒体

汽车电子

医学

互联网电话

CD播放器和音频电子设备

模拟测试无法像数字一样确定

统计测试过程,电气噪声

 

Posted in CMOS模拟集成电路, 数字集成电路

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