2602型数字源表数模转换器的测试实例讲解

　　为了说明2602型数字源表在多通道、多功能测试应用中的源表能力和灵活性，让我们看一下8-位乘法数模转换器（DAC）的测试序列。图1给出这个应用的测试设置。通过TSP-Link连接的每个仪器都被分配一个唯一的节点编号，类似于GPIB地址。DAC实例使用两个节点（节点1和节点2），每个节点都有两个源-测量单元SMU（SMU A和SMU B）。节点1是“主”节点，节点2是“从”节点。控制器通过GPIB （或RS-232）发送命令或下载完整的测试脚本至主设备，主设备则通过TSP-Link向从设备发送命令。
　　DAC需要直流电源和基准电压。
　　节点2的SMU A将向DAC提供+15VDC。当所有数字输入设置为低电平时，它将测量DAC的实际供电电压和电流，所有数字输入设置为高电平时，再次进行测量。节点2的SMU B将向VREF提供+10VDC。当所有数字输入设置在高电平时，它将测量这个端口的输入电阻。
　　DAC拥有两个互补的电流输出。
　　当一个电流源与终端电阻连接后进行输出时，可以将电流转换为可测量的电压，数字源表便可以直接对电流进行测量。在这些输出端测得的电平与VREF成正比，其系数取决于数字输入值。当数字输入均处于高位时，IOUT1是最大值，IOUT2是最小值。反之，当数字输入都处于低位时，IOUT1是最小值，IOUT2是最大值。数字输入将作为输出测量函数的变量，并对其线性特性进行评估。
　　对DAC的线性测量通常在静态情况下进行。
　　在DAC的数字输入端加入输入代码，而且如有必要，可以选通被测DAC将测试数据传入该DAC。在我们实例中的DAC不需要进行选通（只有一个DAC）。节点1的数字I/O（1～8位）为DAC提供数字输入。节点1 DIO的剩余6位以及节点2的所有14位都可以用作触发或数字控制。如图1所示，节点1的数字端口可能与组件分拣机进行交互，以控制分类装箱操作。在输入测试代码之后DAC将生相应输出信号，然后进行若干次测量，以避免噪声的出现，并对平均输出电流或平均输出电压进行记录。经过适当的建立时间后，节点1的SMU A将对IOUT1进行测量，节点1的SMU B将对IOUT2进行测量。数字源表的内置数字滤波器将自动对每个输出读数的5个测量结果进行平均。
　　
　　图1. 利用2602型数字源表对8位乘法数模转换器进行测试的设置
　　可以对以下几个线性参数进行评估：
　　最低有效位（LSB）的大小就是输入增加1时，输出变化的数量。
　　
　　其中，FSR是转换器的满量程范围，n是位数（分辨率）。
　　偏移误差是当数字输入为零时额定偏移点与实际偏移点之间的差异。额定偏移是零，因此偏移只不过是当数字输入为零时测得的电流或电压输出。偏移误差对所有测量读数都带来相同误差，它以LSB单位或者满量程范围百分率表示。作为INL测量的一部分，偏移误差等于计算的截距值。
　　增益误差是当数字输入为满量程且偏移误差已被校正到零时，有关传输函数的额定增益值与实际增益值之间的差异。增益误差表示实际传输函数与理想传输函数斜率之间存在的差异，因此每一步进的误差百分比都是相同的，它以LSB单位或者满量程范围百分率表示。
　　积分非线性（INL）描述了DAC实际传输函数与理想直线之间的差值。对于DAC来说，这个差异要在每个阶跃进行测量。理想直线可以是实际传输函数的最佳配适直线，通过这种方式算得的误差最小；也可以是传输函数两个端点之间的连线。它以LSB单位或者满量程范围百分率表示。
　　利用下面的公式可以计算INL，单位为LSB：
　　
　　其中，CODE是施加的数字输入，ICODE是对给定CODE的输出电流（或电压），SLOPE是基准直线的斜率，INTERCEPT是基准直线在Y轴的截距，计算出的INL以LSB为单位。如果使用最佳适配基准线，则通过线性回归来计算斜率和截距。如果使用基于端点的基准线，那么斜率的计算方法如同LSB（FSR = IMAXCODE
　　– IMINCODE），而且得到同样数值；在这种情况下，截距是当数字输入为零时，也就是CODE =0时，测得的转换器偏移电流（或电压）。
　　微分非线性（DNL）是实际阶跃高度与1LSB理想值之间的差异。因此，如果实际阶跃高度恰好是1LSB，那么DNL误差为零。DNL的目标值（≤1LSB）确保DAC的单调性。这意味着没有数据丢失，因为输出始终随着数字输入而变化；它随着数字输入的增加而增加，并随着数字输入的减少而减少。它以LSB单位或者满量程范围百分率表示。利用下面的公式可以计算DNL，单位为LSB：
　　
　　其中，ICODE是对给定CODE的输出电流（或电压），ICODE-1是前一次代码输入时测得的电流（或电压）。
　　对于我们的DAC测试实例，偏移、增益误差以及INL与DNL将由测量完成后的输出确定。对于IOUT1，将利用最佳适配直线方法对INL进行估值，对于IOUT2，将利用端点直线方法进行估值。