原创 ADC静态测试全流程:以斜坡测试为例(二)

2024-6-17 17:47 171 1 1 分类: 测试测量 文集: 半导体测试

 

 

 

作者介绍


在上期文章中我们介绍了ADC静态参数测试的“测试适用性”和“硬件准备”,今天将为您介绍测试的“软件配置”以及“开始测试和查看结果”的内容。

阅读完本文,您将深入了解德思特ATX测试系统的强大功能和简便操作,确保您的ADC性能测试既准确又高效


一、软件配置

软件配置分为上位机与下位机两个部分。下位机软件已经预装在德思特ATX测试系统的嵌入式计算机内,确保了即开即用的便利性。用户仅需连接电源线和网线,按下开机按钮,系统便会自动执行程序的启动、硬件上电自检和初始化过程。

对于下位机软件的配置,通常情况下,我们只需通过触控屏调整网络设置参数。最快捷的方式是启用DHCP,让系统自动获取IP地址,用户只需记录下分配到的IP地址即可。如果需要更稳定的网络环境,也可以手动设置一个固定的IP地址。

 

至于上位机软件——ATView7006,也会作为标准交付内容之一提供给用户,无需额外进行订购。我们只需要找一台装有Windows系统的电脑,通过交付内容中配套的资料光盘进行安装即可,如果电脑缺少光驱,也可以联系德思特获取数字版安装包和其他资料。安装后,我们进入软件,在通讯配置面板中填入刚才确认到的IP地址,点击“Ok”按钮,即可完成与下位机的连接。


1.新建项目

连上设备,我们就可以在软件中执行新建项目。在创建好相关项目文件后,软件会自动弹窗让我们配置下位机有什么硬件模块,一般情况下,我们并不需要手动配置,只需要点击“Read from ATX”按钮,上位机便会跟下位机进行通讯,自动获取相关硬件信息。

 

按“OK”按钮后,软件主界面便会自动增加每个硬件模块对应的控制面板。我们也可以通过手动取消勾选的方式,来禁用部分在本次测试中不需要用到的硬件模块。比如下图中的WFD20数字化仪模块(用于DAC测试)以及AWG18模块(用于其它UUT的另一个AWG)的相关控制面板就已经被笔者禁用并折叠了。


2.测试概览设置

完成项目文件的创建后,我们首先需要确认待测ADC的输入情况,并告诉软件我们打算用哪个模块作为主要的信号输出输入模块,来开展这次测试。

前文已经提到,我们作为示例的AD7671分辨率为16位,采用单端输入,并且当前选用的输入量程档位对应的电压是-5 ~ +5 V。因此我们将相关信息填入,如下图所示。

 

其中值得一提的是,我们提供了一个1/2 LSB校正的选项,该选项适用于那些第一个LSB设计宽度只有其他LSB一半的ADC或DAC使用,开启后会自动改变理想转换曲线,并根据这种情况修正各种线性、非线性误差的计算。经过我们核实,AD7671并不属于这种情况,因此我们没有实际勾选该选项。


3.DIO模块设置

我们按前面给出的软件设置界面从上往下顺序看,第二个设置板块就是DIO模块。在ADC测试中,DIO模块扮演着关键角色:对外,它负责与ADC的通信,提供必要的时钟信号、采集触发信号、状态配置等,并接收转换后的数字码;对内,它作为时序指挥中心,控制任意波形发生器(AWG)的更新时机。德思特ATX测试系统正是利用了DIO模块的这些功能,精确满足了斜坡测试对设备间时序协调的严格需求。

 

首先,我们确认我们的UUT通讯方式和电平,这些信息我们可以从AD7671的官方数据手册中获取。这里我们按手册的要求,设置3.3V的IO电压、MSB串行通讯的IO模式,以及16bit的字长。


在I/O大类下,我们还提供了3个设置选项卡:分别是Static data bits、Masks和Data shift。其中Static data bits用来控制8个静态数字输出口;Masks用于设置位掩码,可以将某些指定位忽略或者置反,这对于某些具有特殊输出规则的情况会派上用场;Data shift则是对测试结果按位左移或右移,主要适用于在最高位或最低位有无效位输出的UUT。


接下来是DIO模块设置的重头戏——时序设置部分。我们只需要点击右下角的“Pattern Bits…”按钮即可打开一个新的时序设置面板窗口。在这里,可以通过手动调节窗口内的时序图,控制DIO模块对内对外的各个信息。在本示例当中,这些信号包括了提供给ADC的SCLK时钟信号、CS#使能信号以及CONVST#转换开始信号;也包括了采集侧的串行位移信号SerClk、采集锁存信号CaptClk、AWG输出时钟信号SimClk。此外,我们还能通过调节PLL频率以及分频系数决定时序图中每一格对应的时间长度。


其中,输出到ADC的信号波形和PLL时钟参数,可以由UUT数据手册中关于时序部分的要求决定;而对内的各种触发信号,则需要依据所选用AWG模块对应的手册说明内容决定。由于篇幅限制,此处不展开说明,相关手册可向德思特索取。

 

有部分细心的读者可能发现了:控制AWG刷新的StimClk信号时序位置晚于控制ADC开始转换的CONVST#信号,这样不会导致ADC本次转换得到的是AWG的上一个输出值对应的结果吗?关于这个问题,我们实际上可以通过设置DIO模块参数的“Latency counts”来解决,该参数设为1即表示,DIO需要提前多获取一个周期的数据并将其丢弃,从第二个周期开始的数据才采用,并且后续软件处理中,采回的数据会自动对应回AWG第一个周期的电压。这个功能也适用于一些具有流水级或其他原因导致输出具有周期延迟的ADC。


还有读者可能会疑惑,StimClk信号是处于串行读出阶段的,这样不会有相互冲突吗?实际上这个也是一个优化的小技巧,根据UUT数据手册的描述,ADC转换实际上只在CONVST#信号到达之后的一段时间内进行,在其之后的串行数据读出阶段到下一次CONVST#信号到来之前,输入电压改变实际上并不会有任何影响,因此把StimClk信号放在串行读出阶段,可以显著缩短整个时序周期的长度,从而提升最高测试采样率和测试效率。


4.AWG设置

AWG部分的配置允许用户定义测试激励信号的具体形式和参数,并提供了调整信号前端处理工作参数的选项。配置界面的左半部分采用了简化的原理图形式,直观展示了AWG的结构,这不仅帮助用户理解其硬件功能,还清晰地指示了各个参数的实际影响,有效降低了用户的学习门槛。

 

在这次示例当中,我们首先把左上角的连接方式,选为“Connected, with GND Sense”,从原理图中的线路闭合情况就可以看出,该选项短路了50Ω输出负载电阻,并且在反馈回路中,断开了与输出近端地的连接。换句话说,这种配置适用于UUT输入电阻为高阻的情况,同时,将GND反馈线延伸至待测芯片附近,能够更有效地针对实际的浮地问题进行补偿反馈,从而提高测试的精度。这些配置确保了测试环境与UUT的实际工作条件相匹配,增强了测试结果的可信度。


此外,我们还可以从原理图得知,AWG内部有两个DAC:主DAC负责波形的产生,信号随后会通过一个滤波器和一个调整幅值的放大器;而次DAC主要负责生成高精度的DC偏置信号,这两种信号会相加到输出信号当中。由于我们待测芯片的量程是-5 ~ +5 V,因此偏置DAC输出值保持为0即可。关于放大器的设置,选项中的5.12 Vp指的是峰-峰值的一半,这意味着其输出的最高电压距离直流基线最多可以高出5.12 V,配合0V的DC偏置,实际可以产生-5.12 V到+5.12 V电压。


在配置面板的右侧区域,我们可以找到一组专门用于描述信号波形的关键参数。正如我们往期文章所讨论的,进行斜坡测试时,我们必须考虑到实际待测芯片的转换范围可能与标称范围存在细微差异。为了解决这个问题,我们设置的斜坡信号起始电压应该稍低于待测芯片的最低标称转换电压,而斜坡信号的终止电压则应稍高于其最高标称转换电压。基于这一考虑,我们将斜坡的起始电压设定为-5.01 V,终止电压设定为+5.01 V。这样的参数配置使得对UUT实际转换范围偏差的测量成为可能,同时也能适应更多实际测量场景。


值得一提的是,在设计信号前端放大器时,我们选择5.12Vp作为其中一个档位,而不是直接采用常见的5Vp范围值,正是出于同样的考量。我们的设计目标之一便是在尽可能不影响输出精度的前提下,允许波形的幅值略微超出标准ADC的转换范围,从而提供更大的灵活性和更高的测量精度。


此外,在配置面板的波形参数设置区域顶部,我们贴心地提供了一个预览功能按钮。用户只需轻轻一点,即可快速查看预计输出的波形图样。这一功能极大地帮助用户确认幅值、周期等关键参数是否正确设置,从而有效预防由于配置失误导致的UUT损坏。


5.电源设置

电源部分的设置相对简单。在本次示例中,DPS16模块为UUT提供5 V供电,而同时DRS20模块则负责输出2.5 V参考电源,在操作上,用户只需将这两个电压值分别输入到对应模块的输出电压设置栏即可。为了实现更高的电压输出精度,我们使用了4线制连接方式。如果条件允许,我们也强烈建议用户同样采用这种连接方式,以确保测试结果的准确性

 

 

二、开始测试和查看结果

在设置好上述各种参数后,别忘了保存项目文件,这样下次只需要导入本次的项目文件,即可快速完成配置,而无需重复以上步骤。完成配置后点击最上方“ATX7006 general measurement setup”面板中的“Start !”按钮即可开始自动化测试和分析流程。待到测试和分析过程结束,相关结果就会以弹窗形式呈现给用户。


用户可以点击弹窗工具栏中的各个不同视图按钮,就可以轻松切换并获取多种分析结果,比如点击“B.FIT”视图按钮即可获得最佳拟合直线下的INL、TUE、DNL等参数。从结果中,我们可以直接读出该UUT测得INL为1.355 LSB,该数据符合官方数据手册中标称的±2.5 LSB Max (±0.0038% of Full Scale)。

 

同时还可以利用放大镜、光标等内置工具,观察数据图的细节部分,从而进行更加深入的研究和问题定位。此外,不论是结果图、计算结果还是原始采集数据,该软件都提供了相应的导出功能,允许用户工程师利用这些数据进行其他运算和处理分析工作。


总结

通过本文的介绍,我们深入了解了德思特ATX测试系统以及斜坡测试方法在ADC静态参数测试中的应用这一流程在显著简化传统测试步骤的同时,确保了测试结果的精确性和可靠性。使用德思特ATX测试系统,工程师们可以轻松地完成从硬件准备到软件配置的全过程,无需担心仪器间的联动问题,也无需进行复杂的编程和调试工作。


斜坡测试方法以其高效性和直观性,被认为是获取UUT静态参数的理想选择。通过德思特ATX测试系统的高度自动化和集成化,工程师可以快速地配置和执行测试,在直接获取关键数据结果之余,也允许用户导出数据进行额外处理。这种测试方法不仅提高了测试效率,还降低了人为错误的可能性,从而提高了整体测试质量。


总体而言,德思特ATX测试系统结合斜坡测试方法,为ADC静态参数测试提供了一种高效、精确且用户友好的解决方案。这种一体化的测试装备和创新的测试流程,无疑将帮助工程师们更加专注于产品设计开发的核心环节,加快产品上市时间,同时确保产品的高质量和性能。对于想要深入了解德思特ATX测试系统或相关的ADC测试方法,以及寻求更多相关资料和技术支持的读者,我们诚挚邀请您联系德思特。我们的专业团队将为您提供详细的产品信息、个性化的咨询以及全方位的技术支持,确保您能够充分利用我们的解决方案,提升您的测试效率和产品质量。

 

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作者: 虹科测试测量TM, 来源:面包板社区

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