专业英语参考译文 - 图文

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这样才能体现每个同学的真正水平,告诉大家,希望以诚待人,译文的分数不重要, 不会对期末成绩有多大影响.------专业英语老师

一种新颖的测试数模转换器静态参数内建自测试方法

摘要：本文提出了一种新颖的测试数模转换器（DAC）静态参数内建自测试（BIST）方法。该方法采用斜坡信号发生器和两个参考电压计算DAC的四个主要的静态参数：失调误差（offset），增益误差（gain），积分非线性误差（INL）和微分非线性误差（DNL），大大的节省了参考源的数目；静态参数计算过程的优化以及与器件的共享使得BIST电路所占芯片面积大大的减小。仿真结果表明该方法是一种简单的测试静态误差的内建自测试结构。

1. 引言

在许多混合信号片上系统的芯片中，模数转换器（ADC）和数模转换器DAC是它们的基本模块，它们为模拟系统和数字系统之间数据的传输提供了接口。转换器的性能对系统的性能的影响相当大，因此对转换器性能的测试以及可靠性的分析是非常重要的。然而嵌入在芯片中转换器的可观察性和可控性都很差，使得转换器性能测试非常困难，利用传统的测试机测试将大大的消耗时间和提高测试成本。BIST测试方法是将测试电路集成到芯片上，用较小的电路成本取得参数测试的方法之一，可以较好的解决测试此类复杂芯片所遇到的困难。

测试ADC或者DAC，通常都要测量其静态参数和动态参数。然而，在产品测试中，测试方案要由芯片中带有ADC或DAC决定。本文提出一个简单的BIST测试DAC的静态参数的方法。由于DAC的动态测试至少需要一个微处理器或者一个处理单元，因此该方法不适宜DAC的动态测试。DAC的静态测试可以基本决定芯片的成功率，动态测试一般可在片外进行。DAC静态测试主要有四个参数：失调误差，增益误差，积分非线性误差和微分非线性误差。

将国内外有关DAC的静态测试BIST文献分类，主要有以下几种方法 [3-7]：文献[3]采用器件动态匹配的方法完成DAC的静态误差线性测试，该方法可以测试高分辨率、高速度的DAC，然后由于需要大量的电阻和开关使BIST结构很难实现；文献[4]提出了一种带有校正电路的BIST结构，该方法可以使得BIST测试的准确性很高，但是这种方法需要一些复杂的模块，例如算术逻辑单元ALU、电荷泵和施密特触发器而使成本太高；文献[5]采用大量的参考电压实现静态测试，BIST将待测DAC的输出电压和来自模拟信号选通器的参考电压进行比较，这种方式非常容易实现，但是需要过多的参考电压；文献[6]采用了新方法在测试静态参数时减少了参考电压的数量，但该方法需要许多控制信号，并且INL的计算需要大量的硬件支持；文献[7]用一个斜坡信号同时测试ADC和DAC，这种方法同样需要

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一些复杂的模块，如数字/查找存储器，并且文献没有给出计算静态参数的硬件电路。

综合以上BIST方法的优缺点，本文提出了一种新颖简单的测试DAC的静态参数的BIST结构。本文的第二部分介绍了DAC的静态参数测试理论和测试结构；第三部分分析和讨论该测试结构；第四部分给出了该结构测试四个DAC静态参数的仿真结果；第五部分给出结论。

2. 静态参数测试的理论分析

综上所述，DAC的静态参数测试要计算失调误差、增益误差、积分非线性误差和微分非线性误差。对于每个参数，BIST根据DAC的输出决定是否通过静态参数测试。DAC输出的误差范围为±1/2LSB，如果DAC实际输出与理想输出的差值大于1/2LSB或者小于-1/2LSB，那么该DAC就没有通过参数测试。

失调误差是当DAC的输入为0时，DAC的实际输出电压与DAC的理想输出电压的差。该误差值要在-1/2LSB到+1/2LSB之间才能通过失调误差的测试。式（1）是失调误差表达式：

11?LSB?Vreal(0)?LSB 22 （1）

增益误差是当失调误差为零时，数模转换器的实际传输特性曲线的斜率和理想传输特性曲线斜率的差。它可以由数模转换器输入码为全“1”的输出模拟量得到。例如，当对一个3位的DAC进行测试时，最后一个输入码是‘111’，而期望输出电压为7LSB，因此实际输出电压应该在+13/2LSB和15/2LSB之间，式（2）是增益误差表达式：

?N3??N1?N2?LSB?V(2?1)?real???2??LSB （2）

2?2???积分非线性误差是理想转移特性曲线和实际输出曲线的线性误差。图1是DAC的理想输出和实际输出曲线，其中实线为DAC理想转移特性曲线；虚线为DAC实际输出曲线。对于DAC的每组输入码，理想输出和实际输出的差值必须在一定的误差范围才能通过INL测试。图2是DAC微分非线性误差测试示意图。其中，圆点是DAC的理想输出点，各点构成的直线为DAC的理想输出曲线；棱形点为实际DAC的输出点。

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微分非线性（DNL）是DAC实际的阶梯高度和理想的1LSB 阶梯高度的差，如果实际的阶梯高度是1LSB ，则微分非线性误差为零；否则误差要小于±1/2LSB。式（3）是微分非线性误差表达式，式（4）是积分非线性误差表达式，这组表达式中也包含了失调误差表达式、增益误差表达式和积分非线性误差表达式的通式。

?13LSB?Vreal(i)?Vreal(i?1)??LSB 22 （3）

11LSB?Vreal(0)??LSB?offset2213?LSB?Vreal(1)??LSB2235 ?2LSB?Vreal(2)??2LSB （4）

???????????????????????11i?LSB?LSB?Vreal(i)?i?LSB?LSB?第i项表达式22????????????????????????N3??N1?N?2??LSB?Vreal(2?1)??2??LSB?gain2?2???四个静态参数的误差表达式由公式（3）和（4）给出，其中i是DAC的从0到2N-1组

输入码中第i组输入的序列号，在公式（4）中的通式中，用(i+1)倍的LSB减掉式中的每一项，且Videal(i)=iLSB则我们可以用(5)式表示积分非线性误差：

?13LSB?Videal(i?1)?Vreal(i)??LSB (5) 22 比较式（3）和式（5）可知，无论是积分非线性误差还是

微分非线性误差其参考电压源都是+1/2LSB和+3/2LSB，所以

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我们只需要两个参考源就可完成四个参数的测试。

3. BIST电路的设计

下面将根据式（3）和（5）分别实现DAC积分非线性误差和微分非线性误差的BIST结构，积分非线性误差BIST结构也包括了失调误差和增益误差的测试，然后再将其合并为总的DAC四个静态参数的BIST结构。

3.1 积分非线性误差测试电路

积分非线性误差测试需要一个斜坡信号发生器产生斜波信号Videal（i），再将该斜坡波信号向正的方向平移1LSB，即实现了Videal（i+1）的斜波信号。图3分别给出Videal（i）和经1LSB平移后的Videal（i+1）斜波信号。

图4是积分非线性误差的测试电路。其中，DAC模块是待测数模转换器；1LSB shifted ramp模块是平移1LSB的斜波信号发生器；amp模块是开环放大倍数为K的误差放大器；comp模块是两个比较器；S/H模块是由时钟控制的采样-保持电路；K/2LSB和3K/2LSB是带隙电压源提供的电压参考源。积分非线性误差测试电路的工作原理为：DAC在i组输入码激励下产生模拟信号加到误差放大器的反相输入端；斜波信号发生器产生相应的i点输入的模拟输出；斜波信号发生器产生（i+1）LSB的理想DAC输出信号加到误差放大器的同相输入端；误差放大器的输出为DAC的积分非线性误差并放大K倍，如果该信号介于K/2LSB和2K/3LSB之间，则DAC满足积分非线性误差的要求。由于积分非线性误差被放大了K倍，所以1/2LSB和3/2LSB同样也要放大K倍，由于LSB数值很小，所以放大K倍有利于带隙电压源减小输出电压的误差。

在放大和比较期间，斜波信号发生器的输出Videal（i+1）继续增加，但是DAC的输出Vreal（i）在一个周期内处于保持状态，放大器的输出电压Vout将随着斜波信号发生器的输出变化而变化。图5分别给出Videal（i+1）、Vreal（i）的输出曲线。其中，Videal（i+1）为斜波；Vreal（i）为锯齿波。所以在测试积分非线性误差INL时，应该在Vreal（i）产生跳变瞬间，即控制时钟的上升沿进行测试，图5圆圈表示时钟的上升沿所代表的时刻，因此在图4的两个比较器的输出分别接一个和前面DAC转换时钟同步控制的采样-保持电路，采

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