一種測試高分辨率adc有效位數(shù)的新方法

1、第23卷第6期電子測量與儀器學(xué)報(bào)Vol.23No.62009年6月JOURNALOFELECTRONICMEASUREMENTINSTRUMENT57本文于2008年11月收到?；痦?xiàng)目:國家自然科學(xué)基金(編號:40876052)資助項(xiàng)目。更多電子資料請登錄賽微電子網(wǎng)一種測試高分辨率ADC有效位數(shù)的新方法王慧劉正士徐亮陸益民(合肥工業(yè)大學(xué)噪聲與振動工程研究所合肥230009)摘要:提出一種測試高分辨率AD轉(zhuǎn)換器(ADC)有效位數(shù)(ENO

2、Bs)的正弦擬合法和傳統(tǒng)的正弦擬合法不同省去了嚴(yán)格選取參數(shù)初值的步驟避免了求解非線性方程組。該方法利用希爾伯特黃變換(HHT)從ADC輸出數(shù)據(jù)中逐次擬合出基波曲線和諧波曲線的波形參數(shù)進(jìn)而求得ENOBs。仿真結(jié)果表明在信號源頻率高達(dá)1MHz、分辨率分別取7~12位、所含二、三次諧波失真分別為?72dB和?84dB的情況下運(yùn)用所述方法實(shí)現(xiàn)了對14位ADC的ENOBs的精確評價(jià)。關(guān)鍵詞:高分辨率；AD轉(zhuǎn)換器；有效位數(shù)；希爾伯特黃變換；正弦擬合

3、；諧波失真中圖分類號:TN957.52文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)科分類代碼:510.4030NewmethodftestingeffectivenumbersofbitsofhighresolutionanalogtodigitalconverterWangHuiLiuZhengshiXuLiangLuYimin(InstituteofSoundanalogtodigitalconverterseffectivenumberofbitsH

4、ilbertHuangtransfmsinefittingharmonicdisttion1引言正弦擬合法是一種非常有效和迅捷的測試AD轉(zhuǎn)換器(ADC)的有效位數(shù)(ENOBs)方法IEEE標(biāo)準(zhǔn)1057[1]和1241[2]分別提出了兩種正弦擬合法它們各自估計(jì)了一條最佳擬合采樣數(shù)據(jù)的正弦波曲線的三個(gè)參數(shù)(幅值、相位和直流分量)和四個(gè)參數(shù)(幅值、相位、直流分量和頻率)。但當(dāng)信號源含有諧波成分時(shí)傳統(tǒng)方法就是粗略的估計(jì)了采樣數(shù)據(jù)與擬合正弦曲線模

5、型對應(yīng)點(diǎn)的偏差值將會被加大擬合出的正弦曲線誤差可以出現(xiàn)于頻率、幅值和相位中[3]。隨科技的日益發(fā)展ADC轉(zhuǎn)換位數(shù)越來越高。為測試高位數(shù)ADC的性能必須選擇分辨率更高的信號源然而高分辨率信號源在一般實(shí)驗(yàn)條件下很難獲得。如何在低分辨率信號源的情況下有效測試高位數(shù)ADC成為一個(gè)亟待解決的問題。提出一種基于希爾伯特黃變換(HHT:HilbertHuangtransfm)的測試方法在信號源含有不可忽略的諧波分量的情況下以及當(dāng)信號源分辨率大大低于A

6、DC轉(zhuǎn)換位數(shù)時(shí)仍能精確擬合出基波曲線和第6期一種測試高分辨率ADC有效位數(shù)的新方法59分布選擇適當(dāng)?shù)臄M合區(qū)間擬合求得基波信號y1的波形參數(shù)。2)接著選擇與信號x?y1的幅度相對應(yīng)的通道量程將x?y1量化重復(fù)上述過程擬合求得2次諧波信號y2的波形參數(shù)。(注:擬合區(qū)間的選取十分關(guān)鍵詳見之后的仿真分析。)3)最后選擇與信號x?y1?y2幅度相對應(yīng)的通道量程將x?y1?y2量化重復(fù)上述過程擬合求得3次諧波信號y3的波形參數(shù)。4)進(jìn)而對式(1)加

7、以修正(10)??212311niiiiixyyydn????????(11)??1111cos????iitAy(12)??2222cos????iitAy(13)??3333cos????iitAy式中:d為擬合基波分量與2、3次諧波分量疊加后總的直流電平A1、A2、A3分別為擬合基波分量以及2、3次諧波分量的幅度相應(yīng)地?1、?2、?3為角頻率?1、?2、?3為初相位。5)求得??后代入(2)式即可得到ENOBs。4仿真分析為驗(yàn)證方

8、法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了如下仿真:被測ADC的分辨率是14位采用10位的正弦波信號源采樣頻率fs=40MHz采樣長度n=4096點(diǎn)信號源含有兩次諧波:2次諧波?72dB3次諧波?84dB基波分量幅度220mV頻率1MHz初相0rad。信號源采4000點(diǎn)再FFT得到的頻譜圖如圖1所示。圖1源信號x的頻譜圖Fig.1Frequencyspectrogramofsourcesignalx先取440.3mV的通道量程將源信號量化后EMD分解得到9階IM

9、F分量。第1階IMF是最先被分解出來的高頻信號對應(yīng)基波信號。HT后得到各波形參數(shù)分布分別如圖2(a)~(c)所示。圖2(a)、(b)中圖2(a)對x的IMF1進(jìn)行HT的幅值分布Fig.2(a)AmplitudedistributionofIMF1ofxafterHT圖2(b)對x的IMF1進(jìn)行HT的歸一化瞬時(shí)頻率分布Fig.2(b)NmalizedinstantfrequencydistributionofIMF1ofxafterHT圖