LC2294处理器片内A／D转换器测试

林 楠，丁 宁

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

LC2294处理器片内A／D转换器测试

林 楠，丁 宁

（中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032）

介绍了通过对LC2294处理器片内A／D转换器测试，构建简单可靠，通用性好的自动测试系统，提出了一种软硬件结合的A／D测试方法，给出了测试系统原理图，并详细描述了软件实现过程。

LC2294处理器；A／D转换器测试；A／D测试方法

1 引 言

作为连接模拟世界和数字世界的桥梁，A／D转换器是数据采集和实时控制领域中不可缺少的重要组成部分，LC2294处理器内嵌了10位A／D转换器。对于A／D转换器而言，其主要的静态性能指标是积分非线性误差（INL）和微分非线性误差（DNL）。利用D／A、A／D转换的可逆性及LC2294处理器自身强大的运算和控制能力，可以很方便的构造出简单实用的自动测试系统。

2 LC2294处理器片内A／D转换器

LC2294处理器片内集成了8路10位逐次逼近式A／D转换器，由逐次寄存器、比较器、同精度的D／A、基准电压组成［1］。从MSB开始，顺序地对每一位输入电压与内置D／A转换器输出进行比较，经n次比较而输出数字值，测量范围0～3.3V。A／D转换器的基址是0xE0034000，A／D转换器包含2个寄存器，分别是：A／D控制寄存器ADCR（地址：0xE0034000）；A／D数据寄存器ADDR（地址：0xE0034004）［2］。

3 INL、DNL

LC2294处理器片内A／D转换器的静态性能参数指标测试，主要考虑的是相对应于引起相邻两个输出数码改变的输出转换点的模拟输入值测试。对于A／D转换器而言，一个LSB（Last Scale Bit）范围内的无数个模拟输入值将产生同一个输出数码，也就是说一个输出数码对应一个模拟输入范围。只有通过这些值的测试才能确定LC2294处理器片内A／D转换器的静态性能。

INL（Integral Non Linearity）积分非线性误差，定义为A／D器件在所有的数值点上，对应的模拟值和真实值之间误差最大的那一点的误差值［3］。即输出数值偏离线性最大的距离。单位是LSB。

DNL（Differential Non Linearity）微分非线性误差，定义为相邻两个输出转换点间的模拟输入值之差与A／D一个理想平均LSB之间的实际偏差［3］。理论上说，A／D器件相邻两个数字量之间，模拟量的差值都是一样的，但实际并不如此，那么A／D相邻刻度之间最大的差异就叫微分非线性误差。当DNL小于一个LSB时就保证了A／D在转换过程中无丢码现象。

4 测试方法

测试过程中，由PC机首先启动待测的LC2294处理器片内A／D转换器，通过串行总线和串行接口电路，把数据依次发送给参考D／A转换器，为了提高整个测试结果的精度，测试中选用了16位高精度的D／A转换器作为参考D／A转换器。参考D／A转换器将接收到的数字量转换成相应的模拟量，并送给待测的片内10位A／D转换器中。待测的片内10位A／D转换器再经过逆向变换，把相应的模拟量转换为数字量。转换完成后，再由LC2294处理器通知PC机读取数字量数据，PC机将其与原始数字量数据比较，得出误差值。上述A／D测试系统总体设计如图1所示。

图1 系统总体设计

5 硬件测试电路

参考D／A转换器选用AD5541型16位D／A转换器，基准源选用AD680型带隙基准电压源，运放选用OP200型双通道、低失调、低功耗运算放大器，接口芯片选用MAX232型RS-232标准串口。

测试系统工作时，由AD680为AD5541提供2.5V基准电压，LC2294对AD5541发送原始数字量，参考D／A转换器AD5541将接收到的数字量转换成相应的模拟量，通过OP200运算放大器放大后，发送给待测的LC2294片内10位A／D转换器。待测的LC2294片内10位A／D转换器再经过逆向变换，把相应的模拟量转换为数字量后，经由MAX232将测试结果送给PC机。整个系统的硬件电路设计如图2所示。

图2 硬件电路设计

6 测试系统算法

微分非线性误差（DNL）由公式：DNL［n］＝（V［n］in2-V［n］in1）-LSBaverage计算得出，其中V［n］in2是某输出数码n的后一转换点对应的模拟输入值，V［n］in1是该输出数码n的前一转换点对应的模拟输入值。LSBaverage是实际测试的ADC一个理想平均LSB。DNL［n］为正时称为宽码，其模拟输入范围大于理想平均LSB；DNL［n］为负时称为窄码，其模拟输入范围小于理想平均LSB。

积分非线性误差（INL）由公式：INL［n］＝INL［n-1］＋（DNL［n-1］＋DNL［n］）／2计算得出。DNL和INL通常用所有输出数码中最差的DNL［n］和INL［n］表示。

微分非线性误差（DNL）和积分非线性误差（INL）的测试具有以下特点：需要在零点和满量程点之间进行多点测量。一个10位的A／D，进行全码测试有1024个点需要测试，本设计中参考D／A选用16位AD5541，因此，测试时可以对LC2294片内A／D提供多达65536个点的精确覆盖，大大提高了测试精准度。

7 测试系统软件设计

使用LC2294处理器的AIN0和AIN1测量两路参考D／A转换器输出的模拟电压值［4］，以此作为LC2294处理器片内待测A／D转换器的输入，并将测量结果通过UART0向PC机发送。软件设计采用C语言进行编程。

参考D／A转换器AD5541程序设计。

8 结束语

由于国内工业企业对LC2294处理器片内A／D转换器的广泛应用，为器件测试提出了更高要求，同时也促进了测试技术的发展。LC2294处理器片内A／D转换器的INL、DNL测试要准确理解参数的定义，在理解的基础上，再积极探索新的高效测试方法。该测试技术均已实际运用，有很好的测试效果。

［1］刘洪涛，邹南.ARM处理器开发详解：基于ARM Cortex-A8处理器的开发设计［M］.北京：电子工业出版社，2012.

［2］周立功.ARM嵌入式系统基础教程（第2版）［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2008.

［3］阎石.数字电子技术基础［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［4］周立功.ARM嵌入式系统实验教程（二）［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2005.

Parameters Test Technology of A／D Converter of LC2294 Microcontroller

LIN Nan，DING Ning
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

This paper introduces the auto-test system of the A／D converter test of LC2294 microcontroller with simple reliable implementation，puts forward a testing method combining with software and hardware，and gives an implementation principle diagram.The procedure of implementation of the software is described in detail.

LC2294 Microcontroller；A／D Converter Test；Testing Method of A／D Converter

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.04.002

TN4

：B

：1002-2279（2014）04-0005-03

林楠（1982-），男，辽宁庄河市人，学士，工程师，主研方向：微电子。

2014-02-20