模拟技术中的高速模数转换器的INL和DNL特性测试
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2020-12-09
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模拟技术中的高速模数转换器的模拟技术中的高速模数转换器的INL和和DNL特性测试特性测试
近来，具有出色静态和动态特性的高性能模数转换器（ADC）层出不穷。本文将聚焦于有关ADC两个重要的精
度参数的测量技术：积分非线性（INL）和微分非线性（DNL）。对应用于通信和高速数据采集的高性能数据转
换器来讲，尽管INL和DNL还不算是最重要的电特性参数，但在高分辨率成像应用中却具有重要意义。 一、INL
和DNL的定义 DNL误差定义为实际量化台阶与对应于一个LSB的理想值之间的差异。对于一个理想ADC，其微
分非线性为DNL = 0LSB，也就是说每个模拟量化台阶等于1LSB（1LSB = VFSR/2N，其中VFSR为满量程电
压，N是ADC的分辨率），跳变值之间的间隔为精确的1
近来，具有出色静态和动态特性的高性能模数转换器（ADC）层出不
穷。本文将聚焦于有关ADC两个重要的精度参数的测量技术：积分非线
性（INL）和微分非线性（DNL）。对应用于通信和高速数据采集的高
性能数据转换器来讲，尽管INL和DNL还不算是最重要的电特性参数，
但在高分辨率成像应用中却具有重要意义。
一、一、INL和和DNL的定义的定义
DNL误差定义为实际量化台阶与对应于一个LSB的理想值之间的差异。
对于一个理想ADC，其微分非线性为DNL = 0LSB，也就是说每个模拟
量化台阶等于1LSB（1LSB = VFSR/2N，其中VFSR为满量程电压，N
是ADC的分辨率），跳变值之间的间隔为精确的1LSB。若DNL误差指
标≤1LSB，就意味着传输函数具有保证的单调性，没有丢码。当一个
ADC的数字量输出随着模拟输入信号的增加而增加时（或保持不变），
就称其具有单调性，相应传输函数曲线的斜率没有变号。DNL指标是在
消除了静态增益误差的影响后得到的,具体定义如下：
DNL = |[(VD+1 - VD)/VLSB-IDEAL - 1]|，其中，0<2N-2、VD是对应于
数字输出代码D的输入模拟量，N是ADC分辨率，VLSB-IDEAL是两个
相邻代码的理想间隔。较高数值的DNL增加了量化结果中的噪声和寄生
成分，限制了ADC的动态性能，表现为有限的信号-噪声比指标
（SNR）和无寄生动态范围指标（FSDR）。INL误差表示实际传输函
数偏离直线的程度，以LSB或满量程（FSR）的百分比来度量。这
样，INL误差直接依赖于与之相比较的直线的选取。INL是在扣除了静态
失调和增益误差后的测量结果，可用下式表示：
INL = |[(VD-VZERO)/VLSB-IDEAL]-D|
其中0<2N-1。VD是数字输出码D对应的模拟输入，N是ADC的分辨
率，VZERO是对应于全零输出码的最低模拟输入，VLSB-IDEAL是两个
相邻代码的理想间隔。
二、测试静态二、测试静态INL和和DNL的一般装置的一般装置
INL和DNL可以利用准直流的斜坡电压或低频正弦波作为输入来进行测
量。一个简单的直流（斜坡）测试可能需要一个逻辑分析仪，一个高精
度DAC（可选），一个可以扫描待测器件（DUT）输入范围的高精密直
流源，和一个可连接PC或X-Y绘图仪的控制接口。如果设备中包含有高
精度DAC（精度比待测器件高得多），逻辑分析仪能直接处理ADC的输
出数据来监测失调和增益误差。精密信号源产生一个测试电压供给待测
器件，并使测试电压从零刻度到满刻度缓慢扫过ADC的输入范围。经由
DAC重建后，从ADC输入测试电压中减去对应的DAC输出电平，就产
生一个小的电压差（VDIFF），这个电压可以用X-Y绘图仪显示出来，
并且和INL、DNL误差联系起来。量化电平的改变反映了微分非线性，
而VDIFF与零的偏移代表积分非线性。
三、积分型模拟伺服环三、积分型模拟伺服环
资源评论
泡泡SOHO2023-07-25：这个文件很详尽地介绍了模拟技术中高速模数转换器的INL和DNL特性测试，让人对这一领域有了更深刻的理解。
王佛伟2023-07-25：这篇文件的语言质朴实在，没有过多的修饰词，更容易让读者理解和接受其中的知识。
设计师马丁2023-07-25：作者通过清晰的论述和示例，使得读者能够清楚地掌握高速模数转换器的INL和DNL特性测试方法，是一份很实用的资料。
空城大大叔2023-07-25：读过这个文件后，我对高速模数转换器的INL和DNL特性有了更深入的认识，感觉对于相关研究有了更好的起点。
滚菩提哦呢2023-07-25：文件内容丰富，有助于读者对高速模数转换器的INL和DNL特性进行全面的了解，非常实用。
