如今，有大量應用都依賴于數模轉換器（DAC）和模數轉換器（ADC）。它們在信號處理中非常重要，因為它們構建了數字系統和模擬系統之間的橋梁。通過使數字電路能夠與模擬組件交互，ADC和DAC在音頻處理、電信、數據采集系統等領域發揮著關鍵作用。

DAC與ADC的作用

模數轉換器是現代數據采集系統（DAQ或DAS系統）中的基本構建模塊。它們將調節后的模擬信號轉換為數字數據流，使數據采集系統能夠處理、顯示、存儲和分析這些信息。該轉換過程中的高精度非常重要，因為即使是細微的誤差也可能影響下游的分析和處理。

另一方面，數模轉換器是數字音頻存儲、流媒體傳輸和傳輸等應用不可缺少的部分。DAC將數字數據轉換為模擬信號，確保音頻再現和其他模擬輸出應用中的高保真度。ADC和DAC都需要進行測試以確保最佳性能，特別關注最大采樣率、位分辨率、總諧波失真（THD）、噪聲、信噪比（SNR）、積分非線性（INL）、微分非線性（DNL）、有效位數（ENOB）和抖動等參數。

ADC的關鍵測試方法

測試ADC和DAC設備涉及多種技術，具體方法針是對每個轉換器的獨特功能進行定制。主要的測試根據目標應用的不同而有所變化，無論是視頻處理、成像、電信、控制系統還是音頻處理。下表匯總了不同應用最常見的測試：

ADC靜態測試

積分非線性INL及微分非線性DNL

ADC測試通常涉及測量關鍵性能指標，通常包括：

偏移誤差

增益誤差

微分非線性

積分非線性

失碼

為了測試DNL和INL，向ADC的輸入端施加一個信號，并分析輸出碼的出現情況。與DAC測試不同，在DAC測試中，數字碼被施加，并且使用精密電壓表測量相應的模擬輸出；而在ADC測試中，需要確認“決策層”——即碼邊界處的精確輸入電壓。

線性斜坡的直方圖測試

在這種情況下，施加一個線性斜坡信號，并分析每個輸出碼的出現次數（或命中數）。理想情況下，每個碼應該出現得同樣頻繁。如果一個碼出現得比其他碼更頻繁，則表示該步長更寬，DNL為正。相反，如果一個碼出現得較少，則表示該步長較小，DNL為負。一旦 DNL 被確定，INL 就由 DNL 值的累積和得出。

線性斜坡直方圖測試也稱為碼密度測試，是測試ADC靜態參數最常用的方法。

正弦波輸入直方圖測試

直方圖方法使用正弦波信號作為ADC的輸入。與其他信號形式（如線性斜坡）相比，生成純正弦波通常更簡單。然而，正弦波的電壓分布不均勻，更多的電壓階躍集中在較低和較高的電壓范圍內。

在此方法中，分析 ADC 的輸出以評估轉換器在不同電壓下的性能。對于 DAC，高精度數字通道與低噪聲正弦波發生器相結合，可評估這些電壓范圍內的性能，從而確保最小的失真和噪聲。

ADC動態測試ADC測試中的噪聲源

準確的ADC測試必須考慮各種噪聲源，因為噪聲會顯著降低數據轉換器的性能。三個主要的噪聲源包括：

數字信號上的抖動：抖動會在采集瞬間引入誤差，導致采集信號不準確。減小抖動可以改善信噪比（SNR）。

波形發生器噪聲：用于測試目的的信號質量直接影響測試結果。測試設備的SNR必須高于被測設備（DUT），以確保可靠的結果。

1. 電壓基準和電源中的噪聲：ADC的電壓基準（Vref）或電源中的噪聲會轉化為輸出噪聲以及偏移和增益誤差。為了更準確的測試，建議使用外部電壓基準，并且必須通過參數（如電源抑制比（PSRR））精準控制電源噪聲。

DAC測試相對簡單，但仍需精確

與ADC測試相比，DAC測試通常要求較低。該過程涉及向DAC施加一系列數字碼，并使用高精度數字電壓表（DVM）測量相應的模擬輸出。這可以直接進行DNL（微分非線性）和INL（積分非線性）測量。雖然DAC測試不那么復雜，但仍然需要高精度數字化儀以確保準確結果。

在數字化儀精度不足的情況下，可以采用額外的測試策略來提高測量精度：

基座測試：這種方法涉及從DAC輸出中減去一個已知的基座電壓，以提高小信號測量的準確性。

補償源差分放大器：此技術使用差分放大器來抵消噪聲或不需要的信號分量，進一步提高DNL和INL測量的準確性。

這些方法允許進行更精確的測量，確保檢測到并校正DAC性能中的最小不準確之處。

基座測試

當需要更高精度時，基座測試可以增強DAC測試的精度。數字處理儀器的斜坡發生器可以通過內部連接用作數字化儀的基座，而不是僅僅依賴數字化儀。首先使用高精度系統電壓表對斜坡進行預表征，確保充分了解其特性。這種方法允許數字化儀在較小的范圍內工作，顯著提高其測量分辨率，并能夠更精確地測試DAC輸出。
補償源差分放大器

對于基座配置也無法提供所需精度的情況，可以采用補償源差分放大器技術。在這種方法中，一個高穩定性電壓源作為“補償”電壓施加到被測DAC上。補償源的輸出點由高精度系統電壓表（如HP3458A）進行預表征，以確保獲得精確的參考值。

補償源和DAC形成差分輸入給高穩定性、低漂移的可編程增益放大器（PGA）。PGA放大DAC輸出與補償源之間的差值。這種方法隔離了預期輸出和實際輸出之間的小差異，從而能夠高度準確地測量DAC的性能。通過逐點差異測量最小有效位（LSB）步長來計算DNL（微分非線性），然后對這些結果進行積分以確定INL（積分非線性）。

SPEA 的 ADC 和 DAC 測試解決方案

測試ADC和DAC設備需要能夠提供高質量數字信號和精確模擬源的復雜設備。SPEA的DOT 系列測試儀提供了準確性和性能的完美結合。SPEA設備的高精度數字通道、高信噪比和低總諧波失真使其成為ADC和DAC全面測試的理想選擇。

對于DAC測試，SPEA儀器提供高精度的模擬測量，從而實現精確的性能評估。對于ADC測試，SPEA的測試儀提供低抖動的高質量數字信號，以及具有高光譜純度和信噪比的模擬源，這對于進行線性測試和噪聲分析至關重要。