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前一章詳解了傅里葉變換中信號(hào)非相干性導(dǎo)致的頻譜泄漏問題，分析不同窗函數(shù)（如Hamming、FlatTop等）對(duì)頻譜精度和分辨率的影響，并給出窗函數(shù)選擇的實(shí)用建議。

【前文回顧】技術(shù)干貨 | AD/DA動(dòng)態(tài)分析中的信號(hào)窗口處理技術(shù)-電子發(fā)燒友網(wǎng)

本章將繼續(xù)介紹ADC直方圖測(cè)試：

簡(jiǎn)介

A/D 轉(zhuǎn)換器的線性度計(jì)算以轉(zhuǎn)換點(diǎn)為基礎(chǔ)。對(duì)轉(zhuǎn)換器的輸入施加精確的斜坡信號(hào)是進(jìn)行靜態(tài)分析的一種方法。轉(zhuǎn)換點(diǎn)（或跳變點(diǎn)）計(jì)算算法需已知準(zhǔn)確的輸入電壓。直方圖（或碼密度）法是 ADC 測(cè)試的另一種常用技術(shù)。有兩種常用的直方圖方法：線性斜坡法和正弦波法。

1、線性斜坡法

線性斜坡法是向 AD 轉(zhuǎn)換器輸入一個(gè)或多個(gè)上升或下降的線性斜坡信號(hào)。每個(gè)代碼的出現(xiàn)次數(shù)（或命中次數(shù)）與該代碼對(duì)應(yīng)的電壓寬度直接成正比。如果指定代碼的代碼命中率高于平均值，則步長(zhǎng)比一個(gè) LSB 轉(zhuǎn)換器步長(zhǎng)寬。這表示正DNLE。如果指定代碼的代碼命中率小于平均值，則步長(zhǎng)小于一個(gè) LSB 轉(zhuǎn)換器步長(zhǎng)。這表示負(fù)DNLE。

代碼 0 和最后一個(gè)代碼沒有意義。這兩個(gè)代碼的代碼出現(xiàn)次數(shù)可能更少，也可能更多，因此這些代碼寬度是未定義的。在線性斜坡直方圖計(jì)算中，這兩個(gè)代碼的出現(xiàn)次數(shù)將被忽略。

由于每個(gè)代碼的出現(xiàn)代表每個(gè)步長(zhǎng)的 DNLE，因此將這些 DNL 誤差相加將得到一條 INLE 曲線。

每個(gè)代碼的應(yīng)用步數(shù)決定了測(cè)量分辨率。例如，如果每個(gè) ADC 代碼的步數(shù)為 10（如 8 位轉(zhuǎn)換器為 2560 步），則測(cè)量分辨率為 1/10 LSB。

2、正弦波法

正弦波法將一個(gè)或多個(gè)周期的正弦波信號(hào)應(yīng)用到 AD 轉(zhuǎn)換器的輸入端。

正弦直方圖測(cè)試與線性斜坡測(cè)試之間存在一些差異：

通常，產(chǎn)生純正的正弦波比產(chǎn)生精確的線性斜坡更容易。

線性測(cè)試是靜態(tài)性能測(cè)試，正弦測(cè)試是動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。

線性測(cè)試的電壓分布均勻，正弦波的電壓分布不均勻。正弦波在接近低電壓和高電壓時(shí)有更多的電壓階躍。

必須對(duì)正弦波測(cè)試中電壓分布不均的情況進(jìn)行補(bǔ)償，以重新構(gòu)建每個(gè)編碼的理想編碼發(fā)生率。要進(jìn)行這一歸一化處理，必須知道信號(hào)的偏移和振幅。直方圖中上下層代碼的命中數(shù)可用來計(jì)算輸入信號(hào)的偏移和振幅。

Nu 是上層代碼被擊中的次數(shù)，Nl 是下層代碼被擊中的次數(shù)，Ns 是樣本數(shù)（代碼出現(xiàn)的總和），N 是轉(zhuǎn)換器的分辨率（以比特為單位）。

一旦知道偏移和振幅，就可以計(jì)算出代碼命中的理想分布。

以下公式可用于確定達(dá)到所需測(cè)量分辨率時(shí)輸入信號(hào)所需的激勵(lì)步數(shù)：

其中，N 代表 ADC 位數(shù)，Zα/2 代表置信度，β 代表以 LSB 為單位的 DNLE 分辨率。

示例：10 位 ADC，所需的 DNLE 測(cè)量分辨率 (β)為 0.1 LSB，置信度為 95% (Zα/2)：

置信水平（Zα/2）的常用值為

90% : 1.645

95% : 1.96

99% : 2.576

激勵(lì)步長(zhǎng)計(jì)算器

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