内嵌于DDS高速DAC的动态参数测试

张凯虹 ，陈 真 ，王建超

（1. 中国电子科技集团公司第58研究所，江苏 无锡 214035；2. 江南大学物联网学院，江苏 无锡 214122）

1 引言

消费类电子的急剧增长，使混合信号电路例如直接数字频率合成（DDS）得到长足发展。目前内嵌于DDS的数字模拟转换器（DAC）已经发展到14位分辨率和高于1.2 Gsps的采样速率，并具有超低噪声、超低功耗和极佳的动态性能。这为DAC的测试提出了新的挑战。

针对如何快速并准确地输出测试值，本文对基于ATE和频谱仪的高速DAC动态测试方法进行研究并实验，搭建了一套测试平台；通过对DAC动态参数

2 DAC动态性能参数

2.1 DAC一般动态参数

DAC的一般动态参数包括信噪比（SNR）、信号与噪声谐波比（SNDR或SINAD）、总谐波失真（THD）、无杂散动态范围（SFDR）。计算公式分别为：

其中Ps为信号功率，Pn为噪声功率，Pd为由二到五次谐波引起的失调功率，Ph(1)为谐波功率（基波），Ph(2∶10)为二到九次谐波功率。

2.2 内嵌于DDS的DAC所关注的动态参数

内嵌于DDS的DAC所关注的动态参数是宽带SFDR、窄带SFDR，还有互调失真（IM）、相位噪声、增益平坦度（Gain Flatness）、噪声光谱密度（NSD）等。

2.2.1 窄带无杂散动态范围

上面提到的SFDR一般指宽带无杂散动态范围，它是指基波与最大谐波的功率比，测试带宽宽；窄带SFDR是指基波与最大杂散波的功率比，测试带宽窄。

窄带SFDR=10×log10[Ph(1)/max(Pspur)]

其中Pspur为最大杂散波功率。

2.2.2 互调失真（IMD）

由于IQ两路输出之间调制所引起的失真，在非线性条件下，不同频率的两信号自动相加减，产生出原信号中没有的额外信号。一般取三阶互调失真。额外信号公式如下：

其中fIMF_SUM、fIMF_DFF为额外信号频率，m、n为正整数且不为0，ASUM(rms)、ADFF(rms)为额外信号幅度均方根值；AFund(rms)为基频幅度均方根值。

2.2.3 相位噪声

它是短期频率稳定度的频域表征方式，指单位赫兹带宽内的噪声密度与信号总功率的比值。它是由温度过热产生的。

2.2.4 增益平坦度（Gain Flatness）

它是指在给定带宽范围内的增益“剧烈增加”和“快速下降”的数，以分贝（dB）衡量。

2.2.5 噪声谱密度（NSD）

它指单位带宽内噪声能量值，即噪声的功率谱密度。

以上参数都可以通过频谱仪完成测试。

3 DAC测试

3.1 测试方法

本文的高速DAC动态测试系统采用的测试方法是：运用ATE通过测试矢量给DAC的数字输入端加载数字合成正弦信号所对应的数字编码，作为被测DAC的无失真输入信号。同时ATE可提供时钟信号再通过芯片内部PLL倍频作为被测DAC稳定的时钟信号。这样就可以满足高频信号测试。

正弦信号的输出可通过被测芯片的不同，提供调频、调相、调幅的两路正交正余弦信号。频谱仪输入端连接到高速电路板正弦信号输出端，频谱仪对被测DAC输出模拟信号频谱分析、计算并记录测试结果。频谱仪的输出端连接到微机，通过VBT编程使测试自动化。

微机在ATE的Excel环境下通过VBT编程控制仪器启动、设置并调用测试结果，使动态测试与其他交直流参数、功能测试、静态测试等结果一起输出。

3.2 测试系统框图

本测试系统主要由ATE、频谱仪、待测DAC模块组成，如图1所示。

图1 测试系统框图

3.3 测试实现

本文实验ATE采用的是J750，实验的芯片是CETC58所研发的JDDS系列芯片，频谱仪使用的是Agilent N9020A。

图2为SFDR的LabVIEW编程流程，可通过计算机进行控制。其他参数的测试也都可以根据定义用VBT编程。

特别要注意的是测试电路板的制作，测试电路板的好坏将直接影响测试的结果。将芯片无配置的电路板通电连接到频谱仪，当频谱仪上出现杂散信号少或没有时说明电路板制作合格。

3.4 测试结果与分析

表1 J750和频谱仪宽带SFDR测试结果比较

由表1可知频谱仪的测试结果更好一点。比较结果表明在相同条件下本文的方法可得到很好的效果。

图2 SFDR的LabVIEW编程流程

图3 宽带和窄带SFDR频谱图

4 结论

如何快速精确地测试出DDS中DAC的参数并达到一定的高指标，是后续芯片应用的关键。本文基于频谱仪与ATE在同一微机上实现频域信号的测试，是一种高效高精确度的方法。

不仅如此，这种方法还有很好的通用性，对其他种类的芯片也可以使用该方法实现频域测试。若要在时钟信号比较高且内部无倍频功能的条件下测试，可在高频电路板上外接时钟源实现测试。该测试平台硬件搭建比较简单，编程方便，有很强的实用性。

[1] 杨晗. 高速D/A转换器动态参数测试方法研究[J]. 微电子学，2007，37(3)：338-340.

[2] 戴维德. ADC及DAC的发展概况[J]. 今日电子，2004，11：43-45.

[3] 陈国龙. 相位噪声及其测试技术[J]. 电子质量，2005，（2）：16-17.