較早的應用筆記“相干采樣與窗口采樣”涵蓋了相干采樣的基礎知識。它顯示了使用相干采樣和窗口采樣條件進行的測試之間的差異。以下技術討論是后續說明，涉及正確選擇測試音和儀器，以成功測試和評估高速ADC的交流性能。

如前面的應用筆記1040“相干采樣與窗口采樣”所述，可以使用多種方法來評估動態性能參數，例如高速數據轉換器的信噪比（SNR）、信噪比和失真（SINAD）、總諧波失真（THD）、互調失真（IMD）和無雜散動態范圍（SFDR）。然而，相干采樣的概念，一種基于頻率的正弦波測試，比使用窗口方法產生更準確和可重復的測試結果。

在對高速模數轉換器（ADC）進行正弦波測試時，不僅需要連續對施加的波形進行采樣以避免FFT頻譜中出現不必要的偽影，而且還必須精確選擇采樣頻率（f樣本）、輸入測試音（f在），以及數據記錄的大小 （N記錄).對于任何給定的時鐘頻率，都存在某些輸入測試音，這些音調可以隱藏ADC誤差，而其他頻率則顯示ADC誤差。這些頻率只能變化百分之幾，并產生截然不同的結果。最佳輸入測試音為1，有N記錄采樣的不同相，均勻分布在 0 到 2π弧度之間?？紤]到這些知識，相干采樣可以描述為周期信號的采樣，其中整數個周期適合預定義的采樣窗口。在數學上，這表示為

fIN = (NWINDOW/NRECORD) × fSAMPLE,

其中 f在是一個連續的正弦輸入信號，f樣本是ADC的時鐘/采樣頻率，N窗表示采樣窗口內的整數周期數，N記錄是采樣窗口或 FFT 的目標數據點數。

此外，選擇 N 很重要記錄足夠大，可以為每個頻率箱產生至少一個代表性樣本2的轉換器。鑒于輸入音的選擇如前所述，理想轉換器的傳遞曲線（不包括隨機噪聲）需要N的最小值記錄待π2N，其中N是被測數據轉換器的分辨率。

有兩種常用的方法來計算所需的輸入音。以下是這兩種基于相干采樣的方法的示例。假設ADC（如MAX1190）采用120MHz時鐘驅動，并用17點FFT記錄分析接近最佳輸入頻率的8192MHz，則以下兩個步驟為選擇合適的輸入測試音提供指導。

從 fIN = 17MHz 和 fSAMPLE = 120MHz 開始，以確定 8192 點數據記錄 NRECORD 的窗口大小 NWINDOW（請記住，根據前面的討論，NWINDOW 必須是整數奇數或互素數）。
NWINDOW = int （fIN/fSAMPLE） × NRECORD
NWINDOW = int （17MHz/120MHz） × 8192 = 1160

根據上述NWINDOW的結果，下一個最接近的互素數（奇數）是1163（1161）。使用這些數字中的任何一個來計算最終的、接近最佳的輸入測試音，如下所示
fIN = fSAMPLE × （NWINDOW/NRECORD）
fIN（MUTUALLY_PRIME） = 120MHz × （1163/8192） = 17.0361328MHz
fIN（奇數） = 120MHz × （1161/8192） = 17.0068359MHz

不幸的是，這種方法需要一個高分辨率信號合成器，能夠支持獲得輸入頻率準確讀數所需的所有數字。另一種方法，將時鐘頻率從其精確值120MHz偏移，但仍遵守相干采樣規則，可以克服如此嚴格的要求。接下來的五個步驟表明，通過在輸入和采樣頻率之間“分配”所需的位數，可以放寬對高分辨率儀器的需求。

確定適合 8192 點記錄的采樣頻率的分辨率
Δf = fSAMPLE/NRECORD
Δf = 120MHz/8192 = 14.6484375kHz

市場上一些常用的信號發生器可能無法提供足夠的分辨率來提供如此多的數字來準確捕獲輸入和采樣頻率。為了繞過此要求并仍然滿足相干采樣條件，建議根據下一個最高整數選擇Δf。
Δf = int （fSAMPLE/NRECORD） = 15kHz

基于新的 Δf，精確的采樣頻率計算為
fSAMPLE = Δf × NRECORD
fSAMPLE = 15kHz × 8192 = 122.880MHz

Δf 還有助于確定 NWINDOW 的大小。同樣，使用下一個最高的整數奇數（或互素數），由所需的輸入測試音和 Δf 確定。
NWINDOW = int （fIN/Δf）
NWINDOW = 17MHz/15kHz = 1133

基于這些發現，接近最優的輸入測試音fIN計算如下
fIN = fSAMPLE × （NWINDOW/NRECORD）
fIN = 122.88MHz （1133/8192） = 16.995MHz

成功進行高速ADC測試的設備和設置建議

表1列出了一些推薦的硬件儀器和軟件產品，這些產品已被證明對于高速ADC動態性能參數的數據采集和分析非常有價值。

在這種測試設置（圖1）中，最關鍵的元件可能是合成信號發生器，用于生成時鐘和輸入頻率的波形。合適的信號發生器必須具有低相位噪聲;因為測得的動態參數（如SNR）會隨著相位噪聲的增加而急劇下降 “定義和測試高速ADC中的動態參數，第1部分?！贝送?，這些信號合成器必須提供足夠的輸出功率，必須具有鎖相能力，頻率分辨率為0.1Hz或更高，以確保精確的相干性。

圖1.

盡管惠普/安捷倫的HP8662A系列等發生器相當昂貴，并且輸出幅度范圍有限，為-139dBm至+13dBm（0.025μV）有效值至 1V有效值進入50Ω負載），它們滿足所有其他測試要求，最適合高速轉換器的動態測試。

為了進一步降低頻率合成器輸出頻率的諧波失真成分，建議通過在發生器和ADC輸入驅動之間應用高質量帶通來濾除所需的測試音。

快速ADC的時鐘和信號輸入通常配備真差分輸入架構，這需要將信號發生器的單端輸出轉換為差分信號。這可以通過使用外部巴倫或具有中心抽頭和直流隔離的現成變壓器來實現。通常，后者是表面貼裝元件，應集成在特性板上，用于測試ADC。Maxim的大多數高速數據轉換器評估套件都采用此類變壓器，強調阻抗匹配的I/O線，以將不需要的信號偏斜和相位失配降至最低。

為了捕獲高速ADC并行輸出端口上的數字數據，需要快速邏輯分析儀?；萜?安捷倫 HP16500 邏輯分析儀大型機是一個絕佳的選擇。對于大于100MHz的轉換器采樣/時鐘速度，該系統接受高速數據采集卡，如HP16517A。該系統的大型機具有GPIB/HPIB總線，能夠與基于PC的GPIB接口，將數據從邏輯分析儀快速傳輸到PC。當然，可以使用儀器內置的軟盤驅動器來存儲數據，但是根據數據記錄的大?。‵FT中的點數），這可能比僅使用分析儀的GPIB接口花費更長的時間。將數據發送到PC后，可以使用MATLAB等信號處理軟件來分析來自邏輯分析儀的數據記錄。以下 MATLAB 示例代碼可用于計算任何高速 ADC 的基本交流規格。

結論

本應用筆記提供了一種快速、精確地建立高速ADC動態性能參數的方法。數字數據也可以使用高動態性能、高分辨率DAC以及輸出濾波器和頻譜分析儀進行分析。但是，這種方法需要仔細選擇和設計重建信號路徑，以避免偽造ADC的真實動態性能。一些應用甚至可能更喜歡內置數字失真分析儀的測試系統。即使是邏輯分析儀也可以對數字輸出信號進行快速但不準確的分析。請記?。簽闇y試設置選擇合適的配置完全取決于應用程序類型、可用的硬件和軟件資源、設計時間以及應用程序所需的動態性能結果的質量。