CER測試 - 高速模數(shù)轉換器的轉換誤碼率解密

　　歷史上測量的GSPS ADC轉換誤碼率一般不會低于1e-14。對于1e-12的誤碼率，這意味著轉換器在1e-12（1萬億）個樣本內(nèi)不應出現(xiàn)轉換錯誤。1e-15的誤碼率意味著轉換器在1e-15（1百萬的四次方）個樣本范圍內(nèi)不應出現(xiàn)轉換錯誤。雖然這些數(shù)字看起來很大，但憑借當今先進轉換器技術的高采樣速率，對于CER測試仍然可以實現(xiàn)。但是，對于具有8 ns采樣速率的125 MSPS轉換器，1萬億次采樣將占用800秒（1e-12 × 8 ns），約十三分鐘。1百萬的四次方次采樣將占用800，000秒（1e-15 ×8 ns），也即9.24天。要在這些誤碼率中實現(xiàn)95%的置信度，則需要分別將這些采樣持續(xù)時間的每一個均乘以2.996。

圖5. CER與誤差幅度閾值的關系曲線。針對測試設定的誤差閾值限值（在ADC代碼中）會對給定置信度下的CER產(chǎn)生影響。

　　CER測試

　　下面的簡化功能框圖給出了如何測試內(nèi)部ADC內(nèi)核的CER。在或接近ADC最大編碼速率下采樣時，可使用頻率相對較慢的正弦波作為模擬輸入。應對模擬輸入信號進行規(guī)劃，以便在忽視系統(tǒng)噪聲的情況下，兩個相鄰樣本之間的預期絕對差不大于1 LSB代碼。理想情況下，模擬輸入信號比滿量程稍大，以便運用ADC的所有代碼。應計算模擬輸入和編碼采樣速率，以便建立較長的一致性周期，而ADC不在同一代碼級別進行一致采樣。

　　圖6. 圖中所示為CER測試的兩種采樣情形。頂部的情形是以比Fs/2稍快的速率對模擬信號進行采樣，其中僅每隔一個樣本比較一次。理想情況下，兩個連續(xù)樣本的不同之處不超過一個LSB代碼。下面的情形是對相對較慢的模擬輸入進行過采樣，以便兩個相鄰樣本的不同之處也不超過一個LSB代碼。

　　系統(tǒng)使用一個計數(shù)器來跟蹤兩個相鄰樣本之間的幅度差值超過閾值限值的情況，并將這種情況計數(shù)為轉換錯誤。該計數(shù)器必須保留整個測試過程中錯誤的累加總數(shù)。為了保證系統(tǒng)按預期工作，還應記錄誤差幅度與理想情況之間的關系。測試需要的時間將基于采樣速率、所需的測試轉換誤碼率和所需的置信度。

圖7. CER測試比較兩個連續(xù)ADC樣本和預定誤差閾值。計數(shù)器記錄錯誤發(fā)生次數(shù)、幅值和采樣位置標識符。

　　測量與仿真

　　在選擇具有較低CER的ADC時，系統(tǒng)工程師應該能夠區(qū)分列出的實際可測規(guī)格與僅基于設計仿真例子的規(guī)格。例如，1 GSPS ADC在置信度為95%且無錯誤條件下CER為1e-18的表述要么必須僅基于電路仿真，要么必須進行近一個世紀長的連續(xù)測量。要將1e-18的CER精確到95% CL，即使使用相對較快的1 GSPS ADC且采樣速率為1 ns，也將消耗29.96億秒（2.996 × 1e18 × 1ns），約95年。您希望自己的系統(tǒng)ADC轉換誤碼率單獨通過仿真的外推評估，還是根據(jù)實驗室中實際測量的結果進行指定？

　　小結

　　與數(shù)字比特誤碼測試概念不同，即便是GSPS ADC轉換誤碼率測試，也需要很長時間才能得到精確測量結果。需要將CER測試的置信度設為小于100%，因為無法無限期地進行測量。ADC采樣必須與閾值進行比較，然后才能確定其作為真正轉換誤差的重要性。實時測試系統(tǒng)會比較相鄰樣本，以獲取超出閾值的嚴重偏離。

　　典型轉換器架構可實現(xiàn)一些系統(tǒng)可接受的測量轉換誤碼率，新的設計和錯誤檢測算法正推動限值實現(xiàn)更佳的性能。ADI的12位2.5 GSPS ADC AD9625分級比較型流水線內(nèi)核使用專有技術檢測流水線處理前期的ADC轉換錯誤，然后處理和糾正后期的錯誤。這在12位GSPS ADC上實現(xiàn)了優(yōu)于1e-15、CL為95%的行業(yè)一流測量CER。