内嵌于DDS的DAC线性参数测试

张凯虹，武新郑，武乾文

（中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035）

1 引言

由于DDS（direct digital synthesis）的多个优点使其被广泛应用于雷达、通信、电子对抗和仪器仪表等领域，目前国内DDS得到突飞猛进的发展。内嵌于DDS的DAC（digital-to-analog converter）已经发展到14位分辨率和高于1.2Gbps的采样速度。由于该类DAC是内嵌于DDS的，其数字端在一些芯片中可通过可测性设计进行操作，在一些芯片中没有提供这样的通路对其进行直接操作。这样的芯片结构对DAC的动态参数的测试未造成影响，但是对DAC的线性测试提出了挑战。

针对如何快速并准确测试DAC的线性参数，本文基于LabView软件、示波器与NI板卡对DAC的静态参数进行了研究并试验；搭建了一套测试平台，通过对DAC的静态参数的实际测试，达到了很好的效果，证明了其实用性。

2 DAC的静态参数

静态特性就是在静态测量情况下，描述实际测量装置与理想线性时不变系统的接近程度。DAC的静态参数包括最小刻度即分辨率、满幅范围、最低有效位、输出失调即电压失调率、增益失调电压即增益误差、积分非线性、微分非线性、单调性等。

2.1 满幅范围（FSR）

满幅范围是指DAC输出信号幅度的最大范围，对DAC数字输入全“1”信号时，输出端测出满幅电压（VFS），再对DAC的数字输入全“0”信号时，输出端测出零幅电压（VZS），就有：

2.2 增益误差（Gain Error）

增益误差是DAC输出电压与输入码的关系曲线的斜率与理想直线斜率的偏差。

2.3 微分非线性误差（DNL）

DNL定义为相邻数字输入对应的模拟输出之差的实际值与对应的理想1LSB间的最大偏差。它反映了DAC输出电压的变化是否均匀。

式中：VD是对应于数字输出码D的输入模拟量；N是DAC的分辨率，VLSB[IDEAL]是2个相邻输出码之间的理想间隔。

2.4 积分非线性误差（INL）

INL表示实际传输函数偏离直线的程度，以LSB或满量程的百分比（FSR）来度量。

微分非线性和积分非线性是指代码转换与理想状态之间的差异。微分非线性主要是代码步距与理论步距之差，而积分非线性则关注所有代码非线性误差的累计效应。

3 DAC的测试

3.1 测试方法

DAC测试方法有位扫描测量法、逐点测试法[1]、主要代码测试法[2]、间接电压测试法[3]等。本文测试方法的主要理论如下：使DAC以足够低的频率输出，DAC输出的波形是正弦波且是具有阶梯的正弦波（见图1）。该波形包括了所有数字码对应电压值的信息。通过对波形的采集得到所有电压值信息后进行相应计算，得到测试结果。其中需要注意的是采集设备的精度必须满足分辨率要求，保证测试的准确性。测试一般采集到1/4周期的信号即可。

3.2 测试系统框图

本测试系统主要由DUT、NI卡板/ATE、NI卡板/示波器和微机组成，如图1。其中微机完成所有仪器与设备的控制、测试结果计算、流程控制等；NI卡板/ATE主要完成对被测芯片的配置；DUT是被测芯片与其余部分通信的载体；NI卡板/示波器实现信号的采集。

图1 测试系统框图

3.3 测试实现

该实验使用两种方式进行，一种使用NI卡板进行数据采集，另一种使用示波器进行数据采集，图2与图3是LabVIEW软件的程序实现过程。

图2 基于NI板卡的LabVIEW软件程序实现

图3 基于示波器的LabVIEW软件程序实现

图4是程序实现的一般流程。

图4 程序实现的一般流程

3.4 测试结果与分析

图5是静态参数的测试结果，INL是0.344 726LSB，DNL是0.218 202LSB，增益误差为0.376 463%FS，其余还有输出失调电流、满刻度输出电流都满足芯片的测试要求。

图5 静态参数测试结果

图6是测试细节图，包括每个电平输出的波形情况。

4 结论

使用文中所述的方法完成了内嵌于DDS的DAC的一般静态参数测试，得到的测试指标满足规范要求。该方法的测试成本随着测试位数的增加，相对DAC测试的基本方法降低得越来越明显。

该方法可通过多种方式实现，除NI板卡、示波器外，只要测试仪器的指标满足要求均可使用该方法。目前该方法已经用于多个类似电路的测试。

图6 测试细节图与中间测试值

[1]陈辉，焦慧芳.用并口实现D/A转换器的快速测试[J].电子质量，2005，测试技术卷（9）：3-4.

[2]谢力.D/A转换芯片的静态参数测试[J].电子质量，2006，测试技术卷（10）：8-11.

[3]蒋安平，冯建华，王新安.超大规模集成电路测试——数字、存储器和混合信号系统[M].北京：电子工业出版社，2005.247-248.