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Sigma-Delta调制器是Sigma-Delta ADC核心功能原件,采用过采样技术和噪声整形技术提高了转换精度和有效量化位数,应用十分广泛。工业测试Sigma-Delta ADC需要借助高精度的测试设备,测试时间长,成本高。针对Sigma-Delta调制器的自建内测试和可测性设计的理论研究成果十分有限,前者主要受到高精度模拟测试激励的限制,后者大多基于检测灾难故障的故障模型,覆盖率有限。
本文从测试仪测试Sigma-Delta调制器的一般模型出发,首先论证了模拟激励源利用Sigma-Delta数字位流经一位DAC来生成的可靠性,只需保证产生数字位流的调制器阶数和精度比待测调制器高,那么数字位流中包含的低频传递噪声造成的影响就可以忽略不计,噪声来源主要来自待测器件本身。通过数学推导可以发现,测试过程中数字位流和待测调制器本身的输出反馈信号分别经过一位DAC转换然后在输入端做减法,这一过程可以转化为二者先做数字减法再经过一位DAC转换进入积分器输入端,这样的转化过程只需要用到一个一位DAC,并且数字位流可以直接作为测试激励加入到测试端口中,然后捕获数字输出,利用测试仪或片上DSP单元处理就可以得到待测调制器的参数,从而实现了Sigma-Delta调制器的全数字测试。
接下来介绍了实现全数字测试需要对调制器进行的可测型设计修改,包括重配反馈DAC,添加输入选择电路和数字控制电路等。还详细介绍了作为数字激励源的高阶理想调制器的结构、生成方法和取舍原则。进而利用Matlab工具构建2-1级联MASH调制器添加DFT电路后的实际模型,包括各种非理想因素。通过仿真说明全数字测试流程,与传统测试方法对比说明数字测试方法的优点和局限性,并分析了数字测试方法对调制器精度造成的影响以及各种噪声对数字测试精度所造成的影响。仿真表明数字测试所得动态参数误差小于6dB,准确度高,适用于绝大多数调制器,并且对原电路影响很小。
最后构建了2-2MASH调制器的数字激励测试模型,基于数字测试方法讨论了级联结构调制器的设计参数优化方法。并进一步修改DFT电路,加入分开测试两级单环调制器的测试模式,利用该模式可以在调制器发生参数故障时定位故障位置,仿真结果显示对于大多数器件参数,分级测试都能以100％的准确率检测并定位故障。