1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2018-23-1-32-39681.3.01Элементы интегральной электроникиHistogram Measurement of ADC Nonlinearities Using Incomplete Scale SinewavesИзмерение нелинейности АЦП при входном сигнале неполной шкалы3239http://ivuz-e.ru/en/issues/1-_2018/izmerenie_nelineynosti_atsp_pri_vkhodnom_signale_nepolnoy_shkaly/http://ivuz-e.ru/en/download/1_2018_2132_en.pdf

To calculate the nonlinearities, usually a commonly used histogram method is applied, in which the input sinusoidal signal has a range exceeding the full scale. But in some cases it is required to determine the characteristics of the analog-digital system for the incomplete scale input signal. The method of measuring the ADC static errors for an input sinusoidal incomplete scale signal, which is a histogram measurement method modification for a signal exceeding the full scale, has been developed. In the standard histogram method the overlapping of the range of input voltages, corresponding to the full scale, is necessary to ensure the fall out of all possible codes at the ADC output in presence of errors in amplification and zero bias. The magnitude of the offset in the standard method has been determined by the number of the samples that are overhead working range of ADC. In the proposed method a conditional overlap of the range, which permits to determine the static errors of the analog-to-digital conversion, has been used. The calculation of static errors in the ADC conversion has been reduced to calculating the amplitude of the output signal according to the histogram of the advantageous ADC codes. The transition levels have been calculated and the offset and gain errors have been determined. The proposed method has been tested by modeling in the MATLAB package. The accuracy of the method is consistent with the expected values of the input errors. The proposed method allows calculating the errors of conversion of analog to digital systems, in which there are blocks that limiting the ADC input signal.

Для вычисления нелинейностей обычно применяется широко распространенный гистограммный метод, в котором входной синусоидальный сигнал имеет размах, превышающий полную шкалу. Но в некоторых случаях требуется определить характеристики аналого-цифровой системы для входного сигнала неполной шкалы. Разработан метод измерения статических погрешностей преобразования аналого-цифровых преобразователей (АЦП) для входного синусоидального сигнала неполной шкалы, который является модификацией гистограммного метода измерения для сигнала, превышающего полную шкалу. В стандартном гистограммном методе перекрытие диапазона входных напряжений, соответствующих полной шкале, необходимо для обеспечения выпадения всех возможных кодов на выходе АЦП при наличии ошибок усиления и смещения нуля. Величина напряжения смещения нуля в стандартном методе определяется по количеству выборок, не попавших в рабочий диапазон АЦП. В предложенном методе использовано условное перекрытие диапазона, что позволяет определить статические погрешности преобразования АЦП. Расчет статических погрешностей преобразования АЦП сводится к расчету амплитуды выходного сигнала по гистограмме выгодных кодов АЦП. Рассчитаны уровни межкодового перехода и определены напряжения смещения нуля и ошибки усиления. Предложенный метод проверен результатами моделирования в пакете Matlab и позволяет рассчитать уровни межкодового перехода, напряжения смещения нуля и ошибку усиления. Точность метода совпадает с ожидаемыми значениями введенных ошибок. Предлагаемый метод позволяет рассчитать погрешности преобразования аналого-цифровых систем с блоками, ограничивающими амплитуду сигнала, который поступает на вход АЦП.

 1241-2010 – IEEE Standard for Terminology and Test Methods for Analog-to-Digital Converters / 31.200 – Integrated circuits. Microelectronics. – 2011, Jaunuary. – URL: http://ieeexplore.ieee.org/servlet/opac?punumber=5692954 (дата обращения: 01.06.2017).Gamad R.S., Mishra D.K. Gain error, offset error and ENOB estimation of an A/D converter using histogram technique // Measurement. – 2009. – Vol. 42. – No. 4. – P. 570–576.Gamad R.S., Mishra D.K. Computation of error in estimation of nonlinearity in ADC using histogram technique // Engineering. – 2011. – Vol. 3. – No. 6. – P. 583–587.Ting H-W., Liu B-D., Chang S-J. A histogram - based testing method for estimating A/D converter performance // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2008. – Vol. 57. – No. 2. – P. 420–427.Alegria F.A.C. Effective ADC linearity testing using sinewaves // IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. – 2005. – Vol. 52. – No. 7. – P. 1267–1275.Kester W. Understand SINAD, ENOB, SNR, THD,THD + N, and SFDR so you don’t get lost in the noise floor // Analog Devices. – 2009, jaunuary. – URL: http://www.analog.com/static/importedfiles/tutorials/MT-003.pdfKester W. Mixed-signal and DSP design techniques / Ed. by Walt Kester. –Newnes/Elsevier, 2003. – 368 p.Blair J. Histogramm measurement of ADC nonlinearities using sinewaves // IEEE Trans. Instrum. Meas. – 1994. – Vol. 43. – No. 3. – P. 373–383.