CNES_test_electrique

CARACTERISATION ELECTRIQUE
DES CONVERTISSEURS
ANALOGIQUE/NUMERIQUE
CCT Composants
28 mai 2002
Séminaire CAN
Jean GARNIER 1
PLAN



Présentation des moyens de
caractérisations électriques
les techniques de test
Perspectives
2
Les moyens de
caractérisations électriques

MTS 200 ( IMS )
3
Les tests électriques



Les tests paramétriques
Les tests statistiques
Les tests dynamiques
4
Les tests paramétriques







ViHmin
ViLmax
Voh
Vol
Consommation
temps de propagation
courants de fuite
5
Les tests statistiques
par histogramme saturé
- permet d'accéder aux grandeurs demandées pour
l'instrumentation : DNL, INL
- permet d'atténuer les effets d'un signal d'entrée bruité
(suppression des bruits blancs)




DNL (Non linéarité différentielle)
INL (Non linéarité intégrale)
Erreur d ’offset
Erreur de gain
6
Non Linéarité Différentielle
(D.N.L.)

Pour un code i, c'est la différence entre la
quantification du code i et la quantification
théorique
NLD(k )  (q k  q)

avec k  1,2 n  2

7
Non Linéarité Différentielle
(D.N.L.)




Application un signal saturé (sinus)
Calcul de l’histogramme réel
Comparaison avec l ’Histogramme
théorique.
Normalisation.
Histogramme d'un sinus saturé
Apparitions
2000
1500
1000
500
0
0
500
1000
1500
2000
Codes
2500
3000
3500
4000
8
Non Linéarité Intégrale (I.N.L.)

Pour chaque code i, c'est l'écart entre la tension
de transition réelle et la tension de transition
idéale du code i au code i+1 (après correction
de l'erreur d'offset et de gain)
i
NLI(i)   q k  q 
k 1
avec NLI(2 n  1)  0 et NLI(0)  0
9
Non linérarité intégrale (I.N.L.)

Cette caractéristique est déduite de la D.N.L.
NLI (i) 
i
 NLD( j)
j imin


Elle représente la somme des D.N.L.
On effectue une régression linéaire pour
corriger le gain et l ’offset :
JNLI  i i min NLI (i)  (a.i  b)²
i max
• où a et b définissent la droite recherchée
10
Non linérarité intégrale (I.N.L.)
Non-linéarité intégrale, I.N.L.
1.0
Lsb
0.5
0.0
-0.5
-1.0
c oe f . de c or r e c t i on: - 4 . 9 1e - 0 5 , 4 . 8 2 e - 0 1
-1.5
0
1000
2000
3000
4000
Codes
11
Erreur de gain

Le gain est la pente de la droite passant par
les tensions de transition des codes 0 et 2n-1
Gain 
2n  1
q
2n 2
q
k 1
k
12
Erreur d’offset

L ’offset représente la translation
de la fonction de transfert réelle
par rapport à la fonction théorique
13
Les tests dynamiques
en mode cohérent (f/fe=M/N)
par analyse spectrale





SNR
SNR+D (rapport signal bruit)
THD (distorsion harmonique)
SFDR (Bruit de quantification)
Nombre de bits effectifs
14
Rapport signal à bruit

Principe :
CAN
Unité de
traitement
FFT
SFDR


SNR
SFDR représente le rapport entre le fondamental et
l ’harmonique la plus importante.
SNR+D prend en compte le bruit de quantification et
le bruit dû aux erreurs de linéarité.
15
Distorsion harmonique (THD)

Rapport entre la puissance du fondamental et la
puissance des 5 premières harmoniques :
Fondamental
harmoniques

La distorsion harmonique est représentative des
erreurs de linéarité du convertisseur
16
Nombre de bits effectifs

Découle directement du SNR+D.
 ( SNR  D)  1.76 
Effbits  

6.02


Cas d ’un signal pleine échelle
17
Amélioration future

Bruit de quantification
18
Perspectives avenir

Un nouveau testeur en 2003
.
L ’EXA 3000
19
Conclusion



Des tests conforment aux data sheet
Amélioration constantes grâce à
l ’expertise de nos collègues universitaires
Amélioration des temps de
développement et de traitement grâce au
nouveau testeur EXA 3000.
20