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， 
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， 
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
图 1 测试设备
等效计算
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：
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
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
图 4 Mahoney的齿轮系比喻
原始频率 Primitive Frequency
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 
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
图 6 A / D转换器的频谱测试
示例多频测试激励
图 7 多音测试激励
不良的A / D转换器测试
图 8 不良的A / D转换器测试
良好的A / D转换器测试
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
达到0.1％的精度
基于频谱DSP的测试组件
图10 基于频谱DSP的测试组件
相关性
t =可编程延迟
- B是函数
R = 相干相关
G = 增益或比例因子
P = 波形周期
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
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
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
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
图14 两种形式的傅立叶电压表
模拟傅立叶等值电压表
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
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
图16 离散傅立叶电压表
傅立叶电压表扫频响应
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
图18 A / D转换器频谱
非相干测试
语音非相干采样
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
图 20 SIN x / x（sinc）调整
正弦调整的硬件
图 21 正弦调整的硬件
多音测试
测试设置
图 22 多音测试设置
相干多音测试
图 23 相干多音测试
单音测试示例
图 24 单音测试示例
多音测试示例
图 25 多音测试示例
多音相位响应
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
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
图 27 编解码器示例
数字化信号重构
图 28 数字化信号重构
u定律或浮点编码（扩展）
图 29 u定律或浮点编码
全通道增益测试
图 30 全通道增益测试
测试频率选择的影响
图 31测试频率选择的影响
半通道测试设置
图 32 半通道测试设置
信号总失真测试
图 33信号总失真测试
互调失真测试波形
图 34 互调失真测试波形
增益跟踪特性测试
图 35 增益跟踪特性测试
信号到总失真的表征
图 36 信号到总失真的表征
事件数字化 Event Digitization
图 37 事件数字化
自动测试设备ATE事件数字化仪框图
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
