CN106992782B - 一种定时同步dac静态参数测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种定时同步DAC静态参数测试方法。该方法在数字输入模块与模拟采集模块无法共享时钟与触发信号的情况下，以运行于控制器上的软件程序依次调度数字输入模块与模拟采集模块，并控制相对时延，实现DAC静态参数测试过程中模拟采集模块的信号采集与数字输入模块的数字信号输入之间的同步。本发明在硬件设备无法共享时钟与触发信号的限制下，实现了DAC静态参数测试模拟采集与数字输入的同步，降低了DAC测试对硬件设备的功能要求，整个测试过程在控制器控制下完全自动化执行。以此测试方法可通过经济适用的小型设备实现DAC的静态参数自动化测试，为一些特殊场景的DAC静态参数测试如总剂量效应实验等提供小型化、经济适用测试方案。

Description

一种定时同步DAC静态参数测试方法

技术领域

本发明属于半导体测试领域及辐射效应研究领域，具体涉及一种定时同步DAC静态参数测试方法。

背景技术

数模转换器(Digital to Analog Converter，DAC)静态参数测试方法复杂，传统的静态参数测试方法中要求：1)数字输入模块与模拟采集模块共享同一个时钟信号2)通过数字输入模块提供的触发信号触发控制模拟采集模块采样测量的开始和结束3)模拟采集模块需在共享时钟基础上进行一定的时间延迟后测量DAC模拟输出，即每次数字输入产生的模拟输出稳定之后及下一次数字输入导致的模拟输出状态改变前执行DAC模拟输出的信号测量。

目前常用的测试方案有如下三种：

方案一：大型半导体测试机台测试。这种方案测试全面可靠效率高，但是体积大设备不可携带，价格昂贵通常达到千万级别，主要适用于半导体厂商生产测试。如泰瑞达公司的UltraFlex与爱德万公司的V93000。

方案二：手动测试或半自动测试方案方案，这种方案测试效率低，耗时长，并且只能进行部分码值测试(即只测试部分输入码值对应的模拟输出，根据这部分码值的测试结果计算静态参数)。如专利申请号200910048936.0，名称为“基于ARM核芯片的数模转换器自动测试系统及其测试方法”所述测试系统及测试方案则为一种典型的半自动测试方法，专利中数字输入自动化但是模拟采集则必须手动记录，并根据手动记录的数据做后续的计算得到参数，这种手动测试的方案只能进行部分码值测试，对于一个8位的DAC全码测试需要反复测试记录512这几乎是不可能的。

方案三：从底层硬件开始开发的一体化测试系统，由于数字输入模块与模拟采集模块可以做在通一PCB板上，使用同一时钟信号，模拟采集与数字输入的同步变得简单。这种系统成本非常低但是硬件开发开发难度很大；另外测试系统与被测器件必须紧密连接，无法应用于辐射效应在线测试等需要长线测试(测试系统与被测DAC分离，通过至少1ˉ2米长线连接)等特殊情况。如专利申请号201310669977.8，名称为“一种数模转换器的测试方法，测试系统及控制器”。

具备共享时钟与触发信号功能的硬件价格昂贵，并且体积大，不具备便携性。若能通过软件定时同步方法代替硬件同步方案，则可以极大降低对测试硬件的功能要求，在不具备共享时钟与触发信号的经济适用小型化设备上(如PXI、PCI等模块化板卡)实现DAC的静态参数的自动化测试。在一些特殊用途如DAC总剂量效应测试过程中，通常需要携带测试设备到不同实验环境开展测试，即要求设备具备一定的便携性。若测试设备能小型化，则可以方便携带到所需实验或测试环境开展测试。并且在DAC总剂量效应测试过程中，传统测试方案每次辐照到一定的剂量点需要将被测DAC芯片取出辐照间，到测试设备上执行测试，然后放回辐照间继续下一轮测试。若能以较低成本开发小型化的测试系统，则可将测试系统通过铅砖屏蔽放置在辐照间里，实现DAC总剂量效应的在线测试，在辐照的同时开展静态参数测试。在线测试方案中由于无退火效应等优点测试结果将更加准确。

根据上述介绍，总结出来针对现有DAC静态参数测试方法，主要存在以下两个方面技术缺陷：

1.传统的测试方法，对硬件设备要求高，数字输入模块与模拟采集模块必须具备共享时钟与触发信号的硬件同步功能；

2.具备共享时钟与触发信号的硬件同步功能的硬件模块价格昂贵，且体积大不具备便携性。从硬件开始自研开发的测试系统具备时钟与触发信号同步功能但是开发难度大；

3.由于不能同时兼顾三方面因素对于DAC总剂量效应研究等情况下的测试无法用于在线测试系统的开发。三方面因素包括：1)体积小便携性好2)自动化3)至少1至2米的长线连接测试。

发明内容

为了解决背景技术中所述技术问题，基于LabVIEW编程开发的一种在硬件不具备时钟与触发信号共享功能的条件下实现数字输入模块与模拟采集模块之间的同步完成测试的定时同步DAC静态参数测试方法。

本发明的具体技术方案是：

本发明所述测试方案所需硬件包括数字输入模块、模拟采集模块、电源模块及控制器；

所述数字输入模块提供被测DAC所需控制信号和数字信号输入；

所述模拟采集模块用于采集测量被测DAC模拟输出；

所述电源模块用于为被测DAC供电；

所述控制器用于控制数字输入模块、模拟采集模块；并执行数据处理，根据模拟采集模块采集的原始数据计算相关静态参数，静态参数包括：转移特性曲线、增益、偏移、微分非线性、积分非线性、满量程输出。控制器可以选用PC计算机或ARM等。控制器所有功能通过开发测试程序运行于控制器之上实现。

在测试过程中数字输入模块必须设置成静态输出工作模式，每次接收到控制器命令只输出并维持在一个码值；

另外还需注意的一点是：模拟采集模块的分辨率≥待测试DAC分辨率+4Bit。

通过测试模块，该设备的测试过程按照以下步骤进行：

1)电源模块给被测DAC供电；

2)向控制器输入待测试码的个数；

3)控制器向数字输入模块发送命令控制其将被测DAC的控制信号置为有效，并输出第一个测试码值；

4)控制器延时控制，延迟一个设定的时间T后控制器向模拟采集模块发送命令控制模拟采集模块采集DAC模拟输出端电压，并读回数据缓存；

其中：T≥TPD+TSET；

TPD为DAC的传输延迟时间，TSET为DAC建立时间；

5)控制器向数字输入模块发送命令控制输出下一个测试码值；

6)重复执行步骤3至步骤5)，直到完成所有设定的测试码值的测试；

7)控制器根据缓存的所有测试数据计算DAC静态参数。

本发明的有益效果是：

1.降低了DAC静态参数测试对硬件的要求，在硬件不具备时钟与触发信号共享功能的条件下实现数字输入模块与模拟采集模块之间的同步，完成测试。

2.测试设备得以小型化，同时降低设备费用投资。不需要时钟与触发信号共享功能的情况下可以选用小型化经济型的测试设备，如PCI、PXI等经济适用的小型模块化测试设备。

3.选用经济小型化的PCI与PXI等设备、自动化、并且可以通过线缆连接实现长线测试，使得DAC总剂量效应在线测试成为可能。

附图说明

图1DAC静态参数测试时序示意图；

图2软件定时方案DAC静态参数测试硬件模块电气互连图；

图3软件定时同步DAC静态参数测试流程图；

图4DAC7621测试结果：转移特性曲线Transfer Curve、微分非线性

误差DNL、积分非线性误差INL；

具体实施方式

以下结合附图对本发明做详细说明。

如图1所示为DAC静态参数测试时序示意图。时钟为数字输入模块码型发生的时钟源信号；TPD为DAC的传输延迟时间，及数字输入后经过TPD时间后DAC模拟输出端开始产生响应；TSET为DAC建立时间，及从DAC开始响应数字输入需要经过TSET时间后DAC输出端才能达到稳定状态；TSTABLE为对应于码值N的DAC输出端稳定模拟输出时间段，在经过时间TSET之后的TSTABLE加TPD时间段内DAC的模拟输出代表了数字码值N所对应的稳定模拟输出，DAC静态参数测试的模拟采集必须要发生在这段时间之内才能有效表征DAC的静态指标。

传统的硬件同步方案中要求模拟采集模块共享使用数字输入模块的时钟信号，并在此时钟信号的基础上进行一定时间的延迟T之后采集模拟输出，其中要求TPD+TSET≤T≤2TPD+TSET+TSTABLE。通过共享时钟，码值连续输入，模拟采集模块则在此时钟上延迟T之后连续采集，采集到的信号按先后顺序依次对应相应的数字输入，在此基础上计算出DAC的静态参数(计算方法见IEEE Std 1658^TM-2011：IEEE Standard for Terminology and TestMethods of Digital-to-Analog Converter Devices)。

测试开始时通过数字输入模块的第一个码值发生同时产生一个触发信号，触发模拟采集模块开始进入采样状态。通过控制模拟采集卡的采样长度或通过数字输入模块产生最后一个测试码值的同时产生一个触发信号触发模拟采集卡停止采样。

很显然，这种测试方法的关键就是共享时钟和触发信号，否则无法完成测试。但是具备共享时钟和触发信号的硬件设备通常价格昂贵并且体积较大，不适合随时搬动。

本专利所提供的软件定时同步数模转换器静态参数测试方法在不需要共享时钟与触发信号的条件下实现了DAC的静态参数测试。这样一来便可以选用一些小型化经济适用的模块化设备完成DAC的静态参数测试。

如图2所示为软件定时方案DAC静态参数测试硬件模块电气互连图：包括数字输入模块、模拟采集模块、电源模块及控制器；

数字输入模块提供被测DAC所需控制信号和数字信号输入，可以选用单片机、数字IO；

所述模拟采集模块用于采集测量被测DAC模拟输出，可以选用万用表或PXI、PCI的模块化高精模拟采集卡作为模拟采集模块，这些设备通常都不具备共享时钟的功能，只能按照固定的采样率采样。另外选择模拟采集模块的选用需注意，通常测试一个nBit分辨率的DAC要求模拟采集设备的分辨率至少为(n+4)Bit；

所述电源模块用于为被测DAC供电；

所述控制器用于控制数字输入模块、模拟采集模块；并执行数据处理，根据模拟采集模块采集的原始数据计算相关静态参数，选用普通PC计算机即可，也可使用Arm等微机系统开发。根据具体情况控制器与数字输入模块、模拟采集模块之间采用合适的总线连接用于控制和传输数据，如图2所示。如数字输入模块为PCI板卡则通过PCI总线连接，PXI板卡则通过PXI总线连接。

通过开发测控软件运行于控制器上控制和调度数字输入模块和模拟采集模块，并控制两个模块之间的相对顺序和相对时延，实现数字输入与模拟采集的同步。测试执行结束后软件将测试所得的原始数据通过计算得到DAC的静态参数(计算方法见IEEE Std1658^TM-2011：IEEE Standard for Terminology and Test Methods of Digital-to-Analog Converter Devices)。

其详细步骤如图3所示：

1)电源模块给被测DAC供电；

2)向控制器输入待测试码的个数；

3)控制器向数字输入模块发送命令控制其将被测DAC的控制信号置为有效，并输出第一个测试码值；

4)控制器延时控制，延迟一个设定的时间T后控制器向模拟采集模块发送命令控制模拟采集模块采集DAC模拟输出端电压，并读回数据缓存；

其中：T≥TPD+TSET；

TPD为DAC的传输延迟时间，TSET为DAC建立时间；

5)控制器向数字输入模块发送命令控制输出下一个测试码值；

6)重复执行步骤3至步骤5)，直到完成所有设定的测试码值的测试；

7)控制器根据缓存的所有测试数据计算DAC静态参数(计算方法见IEEE Std1658^TM-2011：IEEE Standard for Terminology and Test Methods of Digital-to-Analog Converter Devices)；

在开发测试程序时按照图3所示流程编写即可，运行于控制器之上调度各个模块协调工作实现DAC测试的完全自动化。

现根据具体实例对该测试方法实施做进一步展示：

1)该实例硬件选型：

控制器：PXI控制器Agilent 9036A

数字输入模块：PXI数字IO Agilent 9187A

模拟采集模块：PXI高精模拟采集卡Agilent 9216A

电源模块：Interlock3303SLU

各个硬件模块电气互连如图2所示

2)通过LabVIEW编程开发测试程序，实现图3所示流程，运行于控制器之上，完成测试。

图4所示为DAC7621测试的转移特性曲线(Transfer Curve)，微分非线性曲线(DNL),积分非线性曲线(INL)，表1所示为所有测试指标与器件手册上参考指标(MIN、TYP、MAX)对比，测试结果非常理想。

表1 DAC7621静态参数测试结果与手册参考指标对比

参数	MIN	TYP	MAX	测试结果
					DNLmax/LSB	-2	±1/2	+2	0.15
INLmax/LSB	-1	±1/2	+1	0.24
					偏移/LSB	-1	+1	+3	0.92
满量程输出/V	*	4.096	*	4.095
					增益	*	1	*	0.9996

Claims (3)

1.一种定时同步DAC静态参数测试方法，所述测试方法的测试模块包括数字输入模块、模拟采集模块及电源模块；

所述数字输入模块提供被测DAC所需控制信号和数字信号输入；

所述模拟采集模块用于采集测量被测DAC模拟输出；

所述电源模块用于为被测DAC供电；

其特征在于：还包括控制器

所述控制器用于控制数字输入模块、模拟采集模块，并执行数据处理，根据模拟采集模块采集的原始数据计算相关静态参数；

控制器采用PC计算机或Arm微机系统开发；

数字输入模块采用单片机或数字IO；

模拟采集模块采用PXI、PCI的模块化高精模拟采集卡

采用上述测试模块的测试方法，包括以下步骤：

1)电源模块给被测DAC供电；

2)向控制器输入待测试码的个数；

3)控制器向数字输入模块发送命令控制其将被测DAC的控制信号置为有效，并输出第一个测试码值；数字输入模块在控制器指令控制下以静态输出模式输出数字信号，每次接收到控制器命令只输出并维持在一个码值；

4)控制器延时控制，延迟一个设定的时间T后控制器向模拟采集模块发送命令控制模拟采集模块采集DAC模拟输出端电压，并读回数据缓存；

其中：T≥TPD+TSET；

TPD为DAC的传输延迟时间，TSET为DAC建立时间；

5)控制器向数字输入模块发送命令控制输出下一个测试码值；

6)重复执行步骤3至步骤5，直到完成所有设定的测试码值的测试；

7)控制器根据缓存的所有测试数据计算DAC静态参数。

2.根据权利要求1所述定时同步DAC静态参数测试方法，其特征在于，静态参数包括转移特性曲线、增益、偏移、微分非线性、积分非线性、满量程输出。

3.根据权利要求2所述定时同步DAC静态参数测试方法，其特征在于：所述模拟采集模块的分辨率≥待测试DAC分辨率+4Bit。

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