一種通用模數轉換器的性能評估系統的制作方法
1.本發明實施例涉及嵌入式控制技術領域，尤其涉及一種通用模數轉換器的性能評估系統。
背景技術：
2.模數轉換，即analog-to-digital converter，簡稱adc，它是模擬信號和數字信號的連接橋梁。它的主要作用是將連續的模擬信號轉換為數字形式的離散信號，即將模擬信號轉換為與電壓值成比例的數字離散信號。
3.目前，研究模數轉換器的性能評估的專利很多，比如專利號為cn202122690591.8的《一種高速adc采集及信號處理電路》、專利號為cn202110827886.7的《一種adc按鍵電路校準方法、系統、存儲介質及按鍵電路》、專利號為cn202210141282.1的《一種基于fpga的adc芯片的動態指標測量系統及方法》、專利號為cn202020838663.1的《一種adc性能測試電路、芯片和設備》、專利號為cn201710468092.x的《一種提高sar-adc電路性能的方法》、專利號為cn201910626216.1的《一種用于高速adc性能測試的數據緩存傳輸裝置》等，又如王特等編寫的論文《小型模塊化adc性能評估系統設計與實現——以ad976和ad9230為例》、范微等編寫的論文《高速adc性能測試系統研究與實現》等。
4.上述現有技術對adc性能的評估基本上都是單項平臺，不能同時支持對獨立adc芯片以及基于soc的片上adc的評估，通用性較差，可移植難度大。
技術實現要素：
5.本發明提供一種通用模數轉換器的性能評估系統，以提高對adc性能評估的效率。
6.本發明實施例提供了一種通用模數轉換器的性能評估系統，其特征在于，包括：
7.主控芯片、數模轉換芯片、待評估器件、高精度電源芯片、以及pc端；
8.其中，所述主控芯片分別與所述數模轉換芯片和待評估器件相連，用于控制所述數模轉換芯片的數據轉換，以及用于控制所述待評估器件進行模數轉換的速率；
9.所述數模轉換芯片與所述待評估器件相連，用于將轉換后的數據發送至所述待評估器件；
10.所述高精度電源芯片分別與所述主控芯片、數模轉換芯片以及待評估器件相連，用于為所述主控芯片、數模轉換芯片以及待評估器件供電；
11.所述pc端與所述待評估器件相連，用于接收并保存所述待評估器件進行模數轉換后的數據，并通過內置的性能評估算法對所述數模轉換后的數據進行性能評估，以得到待評估器件的性能評估結果。
12.可選的，所述待評估器件包括：微處理器或者專用adc芯片。
13.可選的，所述待評估器件通過usb或者串口將模數轉換后的數據輸出到pc端。
14.可選的，所述pc端內置的性能評估算法評估的性能包括：誤差、采樣率、積分非線性、微分非線性、信噪比、諧波失真、分辨率。
15.本發明通過軟件和硬件結合的方式，不僅能夠實現對大多數高速、低速的模數轉換器(adc)性能進行評估，也能夠實現對不同位數的adc進行性能評估，有效地改善了傳統的專用adc芯片以及嵌入式芯片中的adc的性能評估方法，提高了應用開發的效率。
附圖說明
16.圖1為本發明實施例提供的一種通用模數轉換器的性能評估系統的硬件結構圖；
17.圖2為本發明實施例提供的一種通用模數轉換器的軟件邏輯示意圖。
具體實施方式
18.下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本發明，而非對本發明的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本發明相關的部分而非全部結構。
19.實施例
20.圖1為本發明實施例提供的一種通用模數轉換器的性能評估系統的硬件結構圖，本實施例可適用于對通用模數轉換器的性能進行評估的情況。
21.具體的，該系統包括：主控芯片、數模轉換芯片、待評估器件、高精度電源芯片以及pc端。
22.其中，所述主控芯片分別與所述數模轉換芯片和待評估器件相連，用于控制所述數模轉換芯片的數據轉換，以及用于通過自定義的通信協議控制所述待評估器件進行模數轉換的速率；
23.所述數模轉換芯片與所述待評估器件相連，用于將轉換后的數據發送至所述待評估器件；
24.分別與所述主控芯片、數模轉換芯片以及待評估器件連接的高精度電源芯片，所述高精度電源芯片用于為所述主控芯片、數模轉換芯片以及待評估器件供電。
25.所述pc端與所述待評估器件相連，用于接收并保存所述待評估器件進行模數轉換后的數據，并通過內置的性能評估算法對所述數模轉換后的數據進行性能評估，以得到待評估器件的性能評估結果。
26.其中，主控芯片可以是mcu、fpga、dsp等，數模轉換芯片為24bit的數模轉換芯片，即digital-to-analog converter，簡稱dac，該dac芯片受主控芯片控制，作為待評估器件adc的輸入源。待評估器件可以是微處理器，也可以是專用adc芯片，通過主控芯片和待評估器件之間定義的通信協議，完成待評估器件的adc數據采集。
27.pc端具有串口和usb數據接收的功能，可以接收待評估器件adc的轉換值，當完成adc數據轉換后，保存數據。
28.同時由于上位機軟件在設計的時候添加了對adc數據的算法處理功能，并將不同的算法映射到上位機界面的按鈕上，可以通過單擊不同的按鈕，對數據進行不同的算法處理。進一步參見圖2，所述pc端內置的性能評估算法評估的性能包括：誤差、采樣率、積分非線性、微分非線性、信噪比、諧波失真、分辨率。
29.為了方便理解，接下來對上述的一些性能指標進行介紹：
30.(1)分辨率：在模數轉換器中，分辨率通常是指在輸入模擬信號范圍內可以輸出的
離散數字信號值的數量。這些輸出的數字信號值一般用0和1來表示。因此，分辨率往往以位為單位，這些離散值的個數是2的冪。例如，一個8位分辨率的模數轉換器可以將模擬信號編碼成256個不同的離散值(離散梯度)，范圍可以從-128到127(即有符號整數)或者從0到255(即無符號整數)。兩種編碼格式的選取是由模數轉換器的生產商所決定的。
31.分辨率也可以用電學特性來描述。通常我們見到的是用伏特(v)，使輸出離散信號產生變化所需的最小輸入電壓之差叫做最低有效位(lsb電壓)。模數轉換器的分辨率(q)就等于lsb電壓。模數轉換器的電壓分辨率由下式決定：
32.q＝(vrefhi
–
vreflow)/2n
33.其中，其中vrefhi和vreflow是轉換過程中允許輸入adc的電壓的上限和下限，n是模擬數字。
34.如果輸入電壓的變化小于q值，adc就沒有辦法識別電壓的變化。就會產生量化誤差。n值越大，即adc輸出數字量的位數越多，q越小，可辨別的電壓變化越小，分辨率越強，量化帶來的誤差越小。
35.(2)采樣率
36.模擬信號在時域上是連續的，可以轉換成一系列時間上連續的數字信號。因此，r定義了一個參數來表示模擬信號上的每個值被獲取并表示為數字信號的速度。該參數通常稱為adc的采樣率或采樣率。
37.(3)誤差
38.模數轉換器有多種誤差來源。量化誤差和非線性誤差是任何模數轉換中的固有誤差。
39.(4)積分非線性(inl)
40.積分非線性(integral nonlinearity，inl)是模數轉換器的靜態性能參數之一，是指實際轉換曲線同理想轉換曲線在縱軸方向的差值，單位是lsb，即最低有效位。它表示實際轉換曲線偏離理想轉換曲線的程度。
41.積分非線性表示了adc器件在所有的數值點上對應的模擬值和真實值之間誤差最大的那一點的誤差值，也就是輸出數值偏離線性最大的距離。單位是lsb。例如，一個12bit的adc，inl值為1lsb，那么，對應基準4.095v，測某電壓得到的轉換結果是1.000v，那么，真實電壓值可能分布在0.999v到1.001v之間。
42.(5)微分非線性
43.adc相鄰兩刻度之間最大的差異就叫微分非線性(differential nonlinearity，dnl)，在理想的情形下，在數字編碼中的1lsb變化對應于模擬信號的嚴格的1lsb變化。ad從一個數字轉換到下一個數字轉換應該有嚴格的1lsb模擬輸入的變化。在模擬信號對應于1lsb數字變化大于或小于1lsb的地方，被稱為dnl誤差。
44.(6)諧波失真(thd)
45.諧波失真(thd),出現在輸入頻率整數倍頻點(諧波)的失真的rms值與輸入(或輸出)正弦波的值之比。測量中僅包括奈奎斯特頻限內的諧波,典型值以分貝表示：
46.47.在上式中，v2至v
x
是基波v1的諧波。
48.(7)信噪比
49.信噪比(snr)是指直流到奈奎斯特頻段內,正弦波加的值與轉換器噪聲的值之比,直流噪聲和諧波失真除外。典型值以分貝表示：
[0050][0051]
理想狀況下,最小轉換噪聲的理論值只包括量化噪聲,可直接由數據轉換分辨率計算得到為一信噪比的分辨率：
[0052]
snr＝(6.02n+1.76)db
[0053]
對于某一個確定的分辨率,量化噪聲及其他噪聲大約是常數,隨著輸入電壓的增大而增大,當輸入信號達到最大幅值,也就達到最大值。后面的大輸入信號的量化噪聲被失真所限制。
[0054]
本實施例中，是該發明硬件的實現邏輯
[0055]
(1)主控芯片用于控制dac的數據轉換；
[0056]
(2)主控芯片通過自定義的通信協議控制待評估器件進行adc轉換的速率；
[0057]
(3)數模轉換器用于產生待評估器件需要的模擬信號；
[0058]
(4)待評估器件負責模數轉換，同時將數模轉換的值，通過usb或者串口輸出到pc端。
[0059]
(5)高精度電源主要是用來給系統上的各個電路供電，避免由于電源噪聲影響adc的性能評估。
[0060]
軟件的設計執行邏輯具體包括：
[0061]
(1)串口數據或者usb接收到的數據，是待評估器件完成的模數轉換的值；
[0062]
(2)上位機軟件可以將轉換后的數據，通過界面按鈕保存；
[0063]
(3)線性度按鈕、信噪比按鈕、諧波失真按鈕、積分非線性按鈕、微分非線性按鈕用來對保存的數據，進行分析，并形成波形分析。
[0064]
本發明通過軟件和硬件結合的方式，不僅能夠實現對大多數高速、低速的模數轉換器(adc)性能進行評估，也能夠實現對不同位數的adc進行性能評估，有效地改善了傳統的專用adc芯片以及嵌入式芯片中的adc的性能評估方法，提高了應用開發的效率。
[0065]
注意，上述僅為本發明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發明進行了較為詳細的說明，但是本發明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發明的范圍由所附的權利要求范圍決定。
