LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器測試

林 楠，丁 寧

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器測試

林 楠，丁 寧

（中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032）

介紹了通過對LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器測試，構(gòu)建簡單可靠，通用性好的自動測試系統(tǒng)，提出了一種軟硬件結(jié)合的A／D測試方法，給出了測試系統(tǒng)原理圖，并詳細描述了軟件實現(xiàn)過程。

LC2294處理器；A／D轉(zhuǎn)換器測試；A／D測試方法

1 引 言

作為連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁，A／D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集和實時控制領(lǐng)域中不可缺少的重要組成部分，LC2294處理器內(nèi)嵌了10位A／D轉(zhuǎn)換器。對于A／D轉(zhuǎn)換器而言，其主要的靜態(tài)性能指標是積分非線性誤差（INL）和微分非線性誤差（DNL）。利用D／A、A／D轉(zhuǎn)換的可逆性及LC2294處理器自身強大的運算和控制能力，可以很方便的構(gòu)造出簡單實用的自動測試系統(tǒng)。

2 LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器

LC2294處理器片內(nèi)集成了8路10位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，由逐次寄存器、比較器、同精度的D／A、基準電壓組成［1］。從MSB開始，順序地對每一位輸入電壓與內(nèi)置D／A轉(zhuǎn)換器輸出進行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值，測量范圍0～3.3V。A／D轉(zhuǎn)換器的基址是0xE0034000，A／D轉(zhuǎn)換器包含2個寄存器，分別是：A／D控制寄存器ADCR（地址：0xE0034000）；A／D數(shù)據(jù)寄存器ADDR（地址：0xE0034004）［2］。

3 INL、DNL

LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)性能參數(shù)指標測試，主要考慮的是相對應(yīng)于引起相鄰兩個輸出數(shù)碼改變的輸出轉(zhuǎn)換點的模擬輸入值測試。對于A／D轉(zhuǎn)換器而言，一個LSB（Last Scale Bit）范圍內(nèi)的無數(shù)個模擬輸入值將產(chǎn)生同一個輸出數(shù)碼，也就是說一個輸出數(shù)碼對應(yīng)一個模擬輸入范圍。只有通過這些值的測試才能確定LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)性能。

INL（Integral Non Linearity）積分非線性誤差，定義為A／D器件在所有的數(shù)值點上，對應(yīng)的模擬值和真實值之間誤差最大的那一點的誤差值［3］。即輸出數(shù)值偏離線性最大的距離。單位是LSB。

DNL（Differential Non Linearity）微分非線性誤差，定義為相鄰兩個輸出轉(zhuǎn)換點間的模擬輸入值之差與A／D一個理想平均LSB之間的實際偏差［3］。理論上說，A／D器件相鄰兩個數(shù)字量之間，模擬量的差值都是一樣的，但實際并不如此，那么A／D相鄰刻度之間最大的差異就叫微分非線性誤差。當(dāng)DNL小于一個LSB時就保證了A／D在轉(zhuǎn)換過程中無丟碼現(xiàn)象。

4 測試方法

測試過程中，由PC機首先啟動待測的LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器，通過串行總線和串行接口電路，把數(shù)據(jù)依次發(fā)送給參考D／A轉(zhuǎn)換器，為了提高整個測試結(jié)果的精度，測試中選用了16位高精度的D／A轉(zhuǎn)換器作為參考D／A轉(zhuǎn)換器。參考D／A轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，并送給待測的片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器中。待測的片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器再經(jīng)過逆向變換，把相應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。轉(zhuǎn)換完成后，再由LC2294處理器通知PC機讀取數(shù)字量數(shù)據(jù)，PC機將其與原始數(shù)字量數(shù)據(jù)比較，得出誤差值。上述A／D測試系統(tǒng)總體設(shè)計如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計

5 硬件測試電路

參考D／A轉(zhuǎn)換器選用AD5541型16位D／A轉(zhuǎn)換器，基準源選用AD680型帶隙基準電壓源，運放選用OP200型雙通道、低失調(diào)、低功耗運算放大器，接口芯片選用MAX232型RS-232標準串口。

測試系統(tǒng)工作時，由AD680為AD5541提供2.5V基準電壓，LC2294對AD5541發(fā)送原始數(shù)字量，參考D／A轉(zhuǎn)換器AD5541將接收到的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，通過OP200運算放大器放大后，發(fā)送給待測的LC2294片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器。待測的LC2294片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器再經(jīng)過逆向變換，把相應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，經(jīng)由MAX232將測試結(jié)果送給PC機。整個系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計如圖2所示。

圖2 硬件電路設(shè)計

6 測試系統(tǒng)算法

微分非線性誤差（DNL）由公式：DNL［n］＝（V［n］in2-V［n］in1）-LSBaverage計算得出，其中V［n］in2是某輸出數(shù)碼n的后一轉(zhuǎn)換點對應(yīng)的模擬輸入值，V［n］in1是該輸出數(shù)碼n的前一轉(zhuǎn)換點對應(yīng)的模擬輸入值。LSBaverage是實際測試的ADC一個理想平均LSB。DNL［n］為正時稱為寬碼，其模擬輸入范圍大于理想平均LSB；DNL［n］為負時稱為窄碼，其模擬輸入范圍小于理想平均LSB。

積分非線性誤差（INL）由公式：INL［n］＝INL［n-1］＋（DNL［n-1］＋DNL［n］）／2計算得出。DNL和INL通常用所有輸出數(shù)碼中最差的DNL［n］和INL［n］表示。

微分非線性誤差（DNL）和積分非線性誤差（INL）的測試具有以下特點：需要在零點和滿量程點之間進行多點測量。一個10位的A／D，進行全碼測試有1024個點需要測試，本設(shè)計中參考D／A選用16位AD5541，因此，測試時可以對LC2294片內(nèi)A／D提供多達65536個點的精確覆蓋，大大提高了測試精準度。

7 測試系統(tǒng)軟件設(shè)計

使用LC2294處理器的AIN0和AIN1測量兩路參考D／A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓值［4］，以此作為LC2294處理器片內(nèi)待測A／D轉(zhuǎn)換器的輸入，并將測量結(jié)果通過UART0向PC機發(fā)送。軟件設(shè)計采用C語言進行編程。

參考D／A轉(zhuǎn)換器AD5541程序設(shè)計。

8 結(jié)束語

由于國內(nèi)工業(yè)企業(yè)對LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的廣泛應(yīng)用，為器件測試提出了更高要求，同時也促進了測試技術(shù)的發(fā)展。LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的INL、DNL測試要準確理解參數(shù)的定義，在理解的基礎(chǔ)上，再積極探索新的高效測試方法。該測試技術(shù)均已實際運用，有很好的測試效果。

［1］劉洪濤，鄒南.ARM處理器開發(fā)詳解：基于ARM Cortex-A8處理器的開發(fā)設(shè)計［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［2］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（第2版）［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［3］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［4］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)實驗教程（二）［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

Parameters Test Technology of A／D Converter of LC2294 Microcontroller

LIN Nan，DING Ning
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

This paper introduces the auto-test system of the A／D converter test of LC2294 microcontroller with simple reliable implementation，puts forward a testing method combining with software and hardware，and gives an implementation principle diagram.The procedure of implementation of the software is described in detail.

LC2294 Microcontroller；A／D Converter Test；Testing Method of A／D Converter

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.04.002

TN4

：B

：1002-2279（2014）04-0005-03

林楠（1982-），男，遼寧莊河市人，學(xué)士，工程師，主研方向：微電子。

2014-02-20