林 楠，丁 寧

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器測(cè)試

林 楠，丁 寧

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032）

介紹了通過(guò)對(duì)LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器測(cè)試，構(gòu)建簡(jiǎn)單可靠，通用性好的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，提出了一種軟硬件結(jié)合的A／D測(cè)試方法，給出了測(cè)試系統(tǒng)原理圖，并詳細(xì)描述了軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

LC2294處理器；A／D轉(zhuǎn)換器測(cè)試；A／D測(cè)試方法

1 引 言

作為連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁，A／D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域中不可缺少的重要組成部分，LC2294處理器內(nèi)嵌了10位A／D轉(zhuǎn)換器。對(duì)于A／D轉(zhuǎn)換器而言，其主要的靜態(tài)性能指標(biāo)是積分非線性誤差（INL）和微分非線性誤差（DNL）。利用D／A、A／D轉(zhuǎn)換的可逆性及LC2294處理器自身強(qiáng)大的運(yùn)算和控制能力，可以很方便的構(gòu)造出簡(jiǎn)單實(shí)用的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。

2 LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器

LC2294處理器片內(nèi)集成了8路10位逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，由逐次寄存器、比較器、同精度的D／A、基準(zhǔn)電壓組成［1］。從MSB開(kāi)始，順序地對(duì)每一位輸入電壓與內(nèi)置D／A轉(zhuǎn)換器輸出進(jìn)行比較，經(jīng)n次比較而輸出數(shù)字值，測(cè)量范圍0～3.3V。A／D轉(zhuǎn)換器的基址是0xE0034000，A／D轉(zhuǎn)換器包含2個(gè)寄存器，分別是：A／D控制寄存器ADCR（地址：0xE0034000）；A／D數(shù)據(jù)寄存器ADDR（地址：0xE0034004）［2］。

3 INL、DNL

LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)性能參數(shù)指標(biāo)測(cè)試，主要考慮的是相對(duì)應(yīng)于引起相鄰兩個(gè)輸出數(shù)碼改變的輸出轉(zhuǎn)換點(diǎn)的模擬輸入值測(cè)試。對(duì)于A／D轉(zhuǎn)換器而言，一個(gè)LSB（Last Scale Bit）范圍內(nèi)的無(wú)數(shù)個(gè)模擬輸入值將產(chǎn)生同一個(gè)輸出數(shù)碼，也就是說(shuō)一個(gè)輸出數(shù)碼對(duì)應(yīng)一個(gè)模擬輸入范圍。只有通過(guò)這些值的測(cè)試才能確定LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的靜態(tài)性能。

INL（Integral Non Linearity）積分非線性誤差，定義為A／D器件在所有的數(shù)值點(diǎn)上，對(duì)應(yīng)的模擬值和真實(shí)值之間誤差最大的那一點(diǎn)的誤差值［3］。即輸出數(shù)值偏離線性最大的距離。單位是LSB。

DNL（Differential Non Linearity）微分非線性誤差，定義為相鄰兩個(gè)輸出轉(zhuǎn)換點(diǎn)間的模擬輸入值之差與A／D一個(gè)理想平均LSB之間的實(shí)際偏差［3］。理論上說(shuō)，A／D器件相鄰兩個(gè)數(shù)字量之間，模擬量的差值都是一樣的，但實(shí)際并不如此，那么A／D相鄰刻度之間最大的差異就叫微分非線性誤差。當(dāng)DNL小于一個(gè)LSB時(shí)就保證了A／D在轉(zhuǎn)換過(guò)程中無(wú)丟碼現(xiàn)象。

4 測(cè)試方法

測(cè)試過(guò)程中，由PC機(jī)首先啟動(dòng)待測(cè)的LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器，通過(guò)串行總線和串行接口電路，把數(shù)據(jù)依次發(fā)送給參考D／A轉(zhuǎn)換器，為了提高整個(gè)測(cè)試結(jié)果的精度，測(cè)試中選用了16位高精度的D／A轉(zhuǎn)換器作為參考D／A轉(zhuǎn)換器。參考D／A轉(zhuǎn)換器將接收到的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，并送給待測(cè)的片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器中。待測(cè)的片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器再經(jīng)過(guò)逆向變換，把相應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。轉(zhuǎn)換完成后，再由LC2294處理器通知PC機(jī)讀取數(shù)字量數(shù)據(jù)，PC機(jī)將其與原始數(shù)字量數(shù)據(jù)比較，得出誤差值。上述A／D測(cè)試系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

5 硬件測(cè)試電路

參考D／A轉(zhuǎn)換器選用AD5541型16位D／A轉(zhuǎn)換器，基準(zhǔn)源選用AD680型帶隙基準(zhǔn)電壓源，運(yùn)放選用OP200型雙通道、低失調(diào)、低功耗運(yùn)算放大器，接口芯片選用MAX232型RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口。

測(cè)試系統(tǒng)工作時(shí)，由AD680為AD5541提供2.5V基準(zhǔn)電壓，LC2294對(duì)AD5541發(fā)送原始數(shù)字量，參考D／A轉(zhuǎn)換器AD5541將接收到的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，通過(guò)OP200運(yùn)算放大器放大后，發(fā)送給待測(cè)的LC2294片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器。待測(cè)的LC2294片內(nèi)10位A／D轉(zhuǎn)換器再經(jīng)過(guò)逆向變換，把相應(yīng)的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量后，經(jīng)由MAX232將測(cè)試結(jié)果送給PC機(jī)。整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 硬件電路設(shè)計(jì)

6 測(cè)試系統(tǒng)算法

微分非線性誤差（DNL）由公式：DNL［n］＝（V［n］in2-V［n］in1）-LSBaverage計(jì)算得出，其中V［n］in2是某輸出數(shù)碼n的后一轉(zhuǎn)換點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模擬輸入值，V［n］in1是該輸出數(shù)碼n的前一轉(zhuǎn)換點(diǎn)對(duì)應(yīng)的模擬輸入值。LSBaverage是實(shí)際測(cè)試的ADC一個(gè)理想平均LSB。DNL［n］為正時(shí)稱為寬碼，其模擬輸入范圍大于理想平均LSB；DNL［n］為負(fù)時(shí)稱為窄碼，其模擬輸入范圍小于理想平均LSB。

積分非線性誤差（INL）由公式：INL［n］＝INL［n-1］＋（DNL［n-1］＋DNL［n］）／2計(jì)算得出。DNL和INL通常用所有輸出數(shù)碼中最差的DNL［n］和INL［n］表示。

微分非線性誤差（DNL）和積分非線性誤差（INL）的測(cè)試具有以下特點(diǎn)：需要在零點(diǎn)和滿量程點(diǎn)之間進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)量。一個(gè)10位的A／D，進(jìn)行全碼測(cè)試有1024個(gè)點(diǎn)需要測(cè)試，本設(shè)計(jì)中參考D／A選用16位AD5541，因此，測(cè)試時(shí)可以對(duì)LC2294片內(nèi)A／D提供多達(dá)65536個(gè)點(diǎn)的精確覆蓋，大大提高了測(cè)試精準(zhǔn)度。

7 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

使用LC2294處理器的AIN0和AIN1測(cè)量?jī)陕穮⒖糄／A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬電壓值［4］，以此作為L(zhǎng)C2294處理器片內(nèi)待測(cè)A／D轉(zhuǎn)換器的輸入，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)UART0向PC機(jī)發(fā)送。軟件設(shè)計(jì)采用C語(yǔ)言進(jìn)行編程。

參考D／A轉(zhuǎn)換器AD5541程序設(shè)計(jì)。

8 結(jié)束語(yǔ)

由于國(guó)內(nèi)工業(yè)企業(yè)對(duì)LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的廣泛應(yīng)用，為器件測(cè)試提出了更高要求，同時(shí)也促進(jìn)了測(cè)試技術(shù)的發(fā)展。LC2294處理器片內(nèi)A／D轉(zhuǎn)換器的INL、DNL測(cè)試要準(zhǔn)確理解參數(shù)的定義，在理解的基礎(chǔ)上，再積極探索新的高效測(cè)試方法。該測(cè)試技術(shù)均已實(shí)際運(yùn)用，有很好的測(cè)試效果。

［1］劉洪濤，鄒南.ARM處理器開(kāi)發(fā)詳解：基于ARM Cortex-A8處理器的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012.

［2］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程（第2版）［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.

［3］閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.北京：高等教育出版社，1998.

［4］周立功.ARM嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教程（二）［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2005.

Parameters Test Technology of A／D Converter of LC2294 Microcontroller

LIN Nan，DING Ning
（The 47th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation，Shenyang 110032，China）

This paper introduces the auto-test system of the A／D converter test of LC2294 microcontroller with simple reliable implementation，puts forward a testing method combining with software and hardware，and gives an implementation principle diagram.The procedure of implementation of the software is described in detail.

LC2294 Microcontroller；A／D Converter Test；Testing Method of A／D Converter

10.3969／j.issn.1002-2279.2014.04.002

TN4

：B

：1002-2279（2014）04-0005-03

林楠（1982-），男，遼寧莊河市人，學(xué)士，工程師，主研方向：微電子。

2014-02-20