CN109120264A - 一种吉赫兹模数转换器自动测试***及方法 - Google Patents

Abstract

一种吉赫兹模数转换器自动测试***及方法，该测试***主要包括：直流电源分析仪、两个信号源、信号源、时钟源、开关滤波器组、逻辑分析仪、SPI控制模块、测试评估板、交换机、测试服务器、显示器、机柜。通过USB线将SPI控制模块连接至测试服务器，通过LAN总线将各虚拟仪器、测试服务器连接至交换机后放置于机柜中。基于TestStand和LabView编写上位机软件完成对虚拟仪器、模块的控制及转换器全参数特性评估，将测试结果保存并显示至显示器上，最终实现吉赫兹模数转换器的自动测试。本发明能够简化测试流程，增加吉赫兹模数转换器可测参数的数量，提高测试效率，减少测试***软件维护成本，同时，该测试***具有良好的兼容性和灵活性。

Description

一种吉赫兹模数转换器自动测试***及方法

技术领域

本发明涉及一种吉赫兹模数转换器自动测试***及方法，属于模数转换器技术领域。

背景技术

吉赫兹模数转换器广泛应用于导弹、卫星、航空航天、民用消费电子等领域。随着转换器产品性能指标的不断提高，对测试可靠性及测试效率提出了要求。针对这些需求，业内的许多公司采用自动化测试设备(ATE)来快速评估转换器的性能指标。

然而，ATE设备测试成本昂贵且需要为不同类别的吉赫兹模数转换器产品针对性的开发测试***软件，难以满足实际测试过程中的功能扩展、测试参数增加等需求，影响产品的测试效率。所以，需要一种扩展性较强的吉赫兹模数转换器自动测试***。

发明内容

本发明的技术解决问题为：克服现有技术的不足，提供一种吉赫兹模数转换器自动测试***及方法，可以快速完成吉赫兹转换器的全参数测试，测试效率高，可靠性好，易扩展。

本发明的技术解决方案为：

一种吉赫兹模数转换器自动测试***，包括：直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪、SPI控制模块、测试评估板以及测试服务器；

待测的吉赫兹模数转换器芯片置于测试评估板上，直流电源分析仪为测试评估板供电，时钟源为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测。

还包括开关滤波器组，设置在信号源与测试评估板信号输入之间，根据输入信号频率的调整产生反馈信号，进而调整开关滤波器组的频点，滤除掉信号中不必要的各次谐波。

还包括交换机，直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪以及测试服务器均通过交换机进行信息交互。

直流电源分析仪包含多个通道，分别提供不同电压值的模拟电源和数字电源，同时完成电压电流的监测。

信号源和时钟源频率为相干频率。

所述待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式包括DES模式、非DES模式、Demux模式以及非Demux模式。

测试评估板包括电源部分、模拟信号输入部分、时钟信号输入部分、测试座、SPI接口部分、数字信号输出部分以及温控部分；

待测的吉赫兹模数转换器芯片放置于测试座中，电源部分接收直流电源分析仪的电压信号为待测的吉赫兹模数转换器芯片提供模拟电源和数字电源；时钟部分为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟；模拟信号输入部分接收通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号通过数字信号输出部分输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

SPI控制模块通过SPI接口部分完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器的读写操作；

温控部分通过对待测的吉赫兹模数转换器芯片温度进行调节，完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片高低温控制。

所述测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测，具体为：

(1)SPI控制模块和测试服务器建立连接，选择通信端口；

(2)选择SPI控制模块和测试服务器之间通信的速率；

(3)SPI控制模块接收测试服务器的指令；

(4)接收到测试服务器指令后，SPI控制模块发送读写寄存器指令给待测的吉赫兹模数转换器芯片，通过对待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器的写操作完成对工作模式的更改；

(5)SPI控制模块通过读取待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器值实时监测待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态和内核温度，并提供给测试服务器。

逻辑分析仪采集到的数字信号，送入测试服务器进行处理，具体为：

对逻辑分析仪采集的数字信号进行FFT变换完成待测的吉赫兹模数转换器芯片动态参数测试；

对逻辑分析仪采集的数字信号进行直方图分析完成待测的吉赫兹模数转换器芯片静态参数的测试。

所述动态参数包括有效位数ENOB、信号噪声失真比SINAD、无杂散动态范围SFDR、总谐波失真THD和信噪比SNR，所述静态参数包括积分非线性误差INL以及微分非线性误差DNL。

一种吉赫兹模数转换器自动测试方法，步骤如下：

(1)初始化直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪、SPI控制模块；

(2)待测的吉赫兹模数转换器芯片置于测试评估板上，直流电源分析仪为测试评估板供电，时钟源为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

(3)测试待测的吉赫兹模数转换器芯片参考源输出电压，若电压值在预设定范围内，进入下一步骤；若不在范围内，直接退出测试；

(4)测试待测的吉赫兹模数转换器芯片的DC参数；

(5)待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

(6)对逻辑分析仪采集的数字信号进行FFT变换完成待测的吉赫兹模数转换器芯片动态参数测试；

(7)对逻辑分析仪采集的数字信号进行直方图分析完成待测的吉赫兹模数转换器芯片静态参数的测试；

(8)将待测的吉赫兹模数转换器芯片的测试结果记录至测试服务器中并将关键参数显示于显示器，完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片的测试。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明测试过程自动化，极大地提高了生产测试效率，以满足批量生产要求；

2、本发明增加参数和更换测试序列比较容易，可适应不同型号的吉赫兹模数转换器测试，减少了重复开发工作。

附图说明

图1为吉赫兹模数转换器自动测试***框图；

图2为测试方法流程图；

图3为SPI控制模块流程图；

图4为测试机柜布局图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明做进一步详细的描述：

如图1所示，本发明提出了一种吉赫兹模数转换器自动测试***，包括：直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪、SPI控制模块、测试评估板以及测试服务器；

待测的吉赫兹模数转换器芯片置于测试评估板上，直流电源分析仪为测试评估板供电，时钟源为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测。

如图1所示，本发明提出的模数转换器自动测试***还包括开关滤波器组，设置在信号源与测试评估板信号输入之间，根据输入信号频率的调整产生反馈信号，进而调整开关滤波器组的频点，滤除掉信号中不必要的各次谐波，提高信号的纯净度。

更进一步的，该***还包括交换机，直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪以及测试服务器均通过交换机进行信息交互。各设备通过LAN总线连接至交换机。

直流电源分析仪包含多个通道，分别提供不同电压值的模拟电源和数字电源，同时完成电压电流的监测，具备Sense接线端可以调整output至负载端的输出电压；同时具备高精度电压表、电流表功能。

时钟源抖动较小，可以满足吉赫兹转换器工作时钟抖动特性的要求。信号源和时钟源频率为相干频率。避免采样过程中出现频谱泄漏；信号源和时钟源的幅值和频率可以根据输入信号的频率自动调整。

待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式包括DES模式、非DES模式、Demux模式以及非Demux模式。

本发明测试***中的测试评估板包括电源部分、模拟信号输入部分、时钟信号输入部分、测试座、SPI接口部分、数字信号输出部分以及温控部分；

待测的吉赫兹模数转换器芯片放置于测试座中，电源部分接收直流电源分析仪的电压信号为待测的吉赫兹模数转换器芯片提供模拟电源和数字电源；时钟部分为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟；模拟信号输入部分接收通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号通过数字信号输出部分输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

SPI控制模块通过SPI接口部分完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器的读写操作；温控部分通过对待测的吉赫兹模数转换器芯片温度进行调节，完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片高低温控制，方便完成转换器高低温测试。

本发明的SPI控制模块可以采用如下方式实现，采用的是开源的开发板ArduinoUNO，按照USB数据传输协议与测试服务器实现双向通讯，将USB接口与测试服务器机相接，同时可为Arduino UNO***供电。将USB数据信号经由模块上的转换芯片后转换为串行接口数据，发送给转换器。

如图3所示，测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测，具体为：

(1)SPI控制模块和测试服务器建立连接，选择通信端口；

(2)选择SPI控制模块和测试服务器之间通信的速率；

(3)SPI控制模块接收测试服务器的指令；

(4)接收到测试服务器指令后，SPI控制模块发送读写寄存器指令给待测的吉赫兹模数转换器芯片，通过对待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器的写操作完成对工作模式的更改；

(5)SPI控制模块通过读取待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器值实时监测待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态和内核温度，并提供给测试服务器。

逻辑分析仪采集到的数字信号，送入测试服务器进行处理，具体为：

对逻辑分析仪采集的数字信号进行FFT变换完成待测的吉赫兹模数转换器芯片动态参数测试；

对逻辑分析仪采集的数字信号进行直方图分析完成待测的吉赫兹模数转换器芯片静态参数的测试。动态参数包括有效位数ENOB、信号噪声失真比SINAD、无杂散动态范围SFDR、总谐波失真THD和信噪比SNR，所述静态参数包括积分非线性误差INL以及微分非线性误差DNL。

如图2所示，基于上述模数转换自动测试***，本发明还提出一种吉赫兹模数转换器自动测试方法，步骤如下：

(1)初始化直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪、SPI控制模块；

(2)待测的吉赫兹模数转换器芯片置于测试评估板上，直流电源分析仪为测试评估板供电，时钟源为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

(3)测试待测的吉赫兹模数转换器芯片参考源输出电压，若电压值在预设定范围内，进入下一步骤；若不在范围内，直接退出测试；

(4)测试待测的吉赫兹模数转换器芯片的DC参数；

(5)待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

(6)对逻辑分析仪采集的数字信号进行FFT变换完成待测的吉赫兹模数转换器芯片动态参数测试；

(7)对逻辑分析仪采集的数字信号进行直方图分析完成待测的吉赫兹模数转换器芯片静态参数的测试；

(8)将待测的吉赫兹模数转换器芯片的测试结果记录至测试服务器中并将关键参数显示于显示器，完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片的测试。

本发明给出的实施例如图4所示，所有仪器设备、模块、测试服务器、显示器通过集成后都有序放置于机柜中，保证测试***长期运行稳定可靠。

实施例：

在实验室用本发明的***和方法测试了12位1GSPS模数转换器，测试过程如下：

如图1连接测试***，待测的12位1GSPS模数转换器芯片置于测试评估板上，4路1.9V的供电电源经过测试评估板为转换器供电，时钟源为模数转换器芯片提供1GHz工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式(DES模式、非DES模式、Demux模式以及非Demux模式)，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测。

在不同工作模式下改变信号源产生模拟信号的频率(100Mz、248MHz、498MHz、998MHz),完成对动态参数(ENOB、SINAD、SFDR、THD、SNR)、静态参数(INL、DNL)、时间参数的测试，整个测试过程花费1分30秒，若采用手动测试方法，整个测试过程长达一个小时。采用自动测试***测试结果和手动测试***测试结果相当。

所以，本发明相比使用手动测试***的测试方法，在不影响测试结果的情况下，大大提升了测试效率。

以上公开的仅为本发明的一个具体实施例，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于包括：直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪、SPI控制模块、测试评估板以及测试服务器；

待测的吉赫兹模数转换器芯片置于测试评估板上，直流电源分析仪为测试评估板供电，时钟源为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测。

2.根据权利要求1所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：还包括开关滤波器组，设置在信号源与测试评估板信号输入之间，根据输入信号频率的调整产生反馈信号，进而调整开关滤波器组的频点，滤除掉信号中不必要的各次谐波。

3.根据权利要求1所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：还包括交换机，直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪以及测试服务器均通过交换机进行信息交互。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：直流电源分析仪包含多个通道，分别提供不同电压值的模拟电源和数字电源，同时完成电压电流的监测。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：信号源和时钟源频率为相干频率。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：所述待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式包括DES模式、非DES模式、Demux模式以及非Demux模式。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：测试评估板包括电源部分、模拟信号输入部分、时钟信号输入部分、测试座、SPI接口部分、数字信号输出部分以及温控部分；

待测的吉赫兹模数转换器芯片放置于测试座中，电源部分接收直流电源分析仪的电压信号为待测的吉赫兹模数转换器芯片提供模拟电源和数字电源；时钟部分为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟；模拟信号输入部分接收通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号通过数字信号输出部分输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

SPI控制模块通过SPI接口部分完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器的读写操作；

温控部分通过对待测的吉赫兹模数转换器芯片温度进行调节，完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片高低温控制。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：所述测试服务器通过SPI控制模块控制待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作模式，并对待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态进行监测，具体为：

(1)SPI控制模块和测试服务器建立连接，选择通信端口；

(2)选择SPI控制模块和测试服务器之间通信的速率；

(3)SPI控制模块接收测试服务器的指令；

(4)接收到测试服务器指令后，SPI控制模块发送读写寄存器指令给待测的吉赫兹模数转换器芯片，通过对待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器的写操作完成对工作模式的更改；

(5)SPI控制模块通过读取待测的吉赫兹模数转换器芯片寄存器值实时监测待测的吉赫兹模数转换器芯片的工作状态和内核温度，并提供给测试服务器。

9.根据权利要求1～3中任一项所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：逻辑分析仪采集到的数字信号，送入测试服务器进行处理，具体为：

对逻辑分析仪采集的数字信号进行FFT变换完成待测的吉赫兹模数转换器芯片动态参数测试；

对逻辑分析仪采集的数字信号进行直方图分析完成待测的吉赫兹模数转换器芯片静态参数的测试。

10.根据权利要求9所述的一种吉赫兹模数转换器自动测试***，其特征在于：所述动态参数包括有效位数ENOB、信号噪声失真比SINAD、无杂散动态范围SFDR、总谐波失真THD和信噪比SNR，所述静态参数包括积分非线性误差INL以及微分非线性误差DNL。

11.一种基于权利要求1所述测试***实现的吉赫兹模数转换器自动测试方法，其特征在于步骤如下：

(1)初始化直流电源分析仪、信号源、时钟源、逻辑分析仪、SPI控制模块；

(2)待测的吉赫兹模数转换器芯片置于测试评估板上，直流电源分析仪为测试评估板供电，时钟源为所述吉赫兹模数转换器芯片提供工作时钟，信号源产生模拟信号，通过开关滤波器组滤波后作为待测的吉赫兹模数转换器芯片的输入信号；

(3)测试待测的吉赫兹模数转换器芯片参考源输出电压，若电压值在预设定范围内，进入下一步骤；若不在范围内，直接退出测试；

(4)测试待测的吉赫兹模数转换器芯片的DC参数；

(5)待测的吉赫兹模数转换器芯片对所述输入信号进行模数转换，形成数字信号并输出给逻辑分析仪进行采集，送入测试服务器对所述数字信号进行处理；

(6)对逻辑分析仪采集的数字信号进行FFT变换完成待测的吉赫兹模数转换器芯片动态参数测试；

(7)对逻辑分析仪采集的数字信号进行直方图分析完成待测的吉赫兹模数转换器芯片静态参数的测试；

(8)将待测的吉赫兹模数转换器芯片的测试结果记录至测试服务器中并将关键参数显示于显示器，完成对待测的吉赫兹模数转换器芯片的测试。