轻松玩转高速ADC性能测试

ADC 测试可分为静态测试和动态测试两部分，静态测试主要关注稳定的模拟输入与对应的数字输出编码之间的关系，包括ADC的增益误差、失调误差、失码、积分非线性（INL）和微分非线性(DNL)等；动态测试主要关注ADC在交流条件情况下的性能表现，常规测量参数有信纳比 (SINAD)、信噪比(SNR)、有效位(ENOB)、 总谐波失真 (THD)、 无杂散动态范围 (SFDR)、 互调失真 (IMD) 等，除此之外，针对具体应用如5G或卫星等可能还会拿实际信号进行进一步测试，以5G为例，测试项目包括EVM、ACLR等。

静态性能参数的测试相对简单，使用的测试方法也比较成熟，这篇文档我们主要讨论动态测试相关内容。根据动态测试信号种类的不同，又可分类为单音、双音和实际信号三种，不同测试信号支持的测试项目如下：

• 单音测试：SFDR、SINAD、SNR、THD、ENOB

• 双音测试:   IM3

• 实际信号测试：EVM和ACLR

ADC动态测试方案包括了模拟信号源、时钟源、ADC评估板以及PC端FFT分析软件。以无杂散动态范围SFDR测试为例，最终测试结果不仅包括了被测对象即ADC自身噪声和杂散，而且也掺杂有模拟源中的谐波、非谐波和宽带噪声，以及时钟源带来的抖动等各种非理想因素。为了能准确测量ADC的各个性能指标，必须把各类测量仪表引入的误差尽可能降至最低。

罗德与施瓦茨高速ADC测试方案

罗德与施瓦茨（以下简称“R&S”）最高端的模拟信号源R&S SMA100B，可以说它的很大一部分功能是为ADC测试量身打造。仪表提供超低相噪的纯净信号(如1 GHz频率，20 kHz频偏相噪-152 dBc/Hz)，全频率范围内谐波分量都是极低的，即使输出 +18 dBm的高功率，其谐波分量甚至显著低于-70 dBc。当输出信号为1 GHz时，杂散分量低于-110 dBc。此外，SMA100B 还提供了独一无二的特性，单表可选配第二路频率可达6 GHz的低抖动差分时钟源，同时也省去了外加巴伦。这使R&S SMA100B成为测量高速 ADC 的理想选择，可以很方便地完成ADC各项性能测量。下图就是传统方案和基于R&S SMA100B的最新ADC测试方案的对比。

根据动态测试输入信号种类和测量项目的不同，我们可以把ADC测量连接框图总结为以下三类：

• 单音输入测试项目仅需要一台R&S SMA100B即可完成；

• 双音也只需要在前面单音基础上再增加一台R&S SMA100B；

• 最后实际调制信号测试环节再增加一台矢量信号源R&S SMW200A，用于模拟直接采样射频或变频后中频的5G、雷达或卫星信号。

如下图所示，R&S方案非常简洁，满足ADC的所有动态测试项目要求。

R&S SMA100B的五大优势

单表支持所有单音动态参数测试项目

R&S SMA100B单表直接集成了模拟源和差分时钟源，极大简化了ADC测量框图。另外，传统方案中独立的模拟源和时钟源两者之间需要通过10 MHz进行同步，而在R&S SMA100B内部模拟源和时钟源以共同的1 GHz频率为参考，更好地保证了相位一致性，减少了人为杂散的出现。

>70 dB的谐波抑制度省去了带通滤波器

通常模拟信号源的谐波性能不如ADC固有的线性度那么好，因而在测试THD指标之前，必须在信号源与ADC模拟输入之间加带通或低通滤波器。研发时为了测试多个频点就必须找滤波器厂商定制多个带通滤波器，只能做有限的几个频点测试。R&S SMA100B几乎全频段范围>70 dB谐波性能使得滤波器变得多余，直接就能得到ADC真实的THD性能。

-110 dBc的非谐杂散确保了SFDR测量性能

模拟信号源的SFDR值通常受限于其谐波指标而不是非谐，但是谐波出现的频率是已知的，可以通过滤波器来抑制，而非谐成分可能出现在多个任意频率，很难滤除，因此更需要模拟源自身具备极佳的SFDR指标，R&S SMA100B的-110 dBc能力使其能够轻松面对各种高性能ADC严苛的测试要求。

优异的宽带底噪和时钟抖动确保了SINAD/SNR/ENOB指标要求

信噪比(SNR)指信号均方根振幅与除前六个谐波和直流之外的所有频谱分量均方根和之比，信纳比(SINAD)指信号均方根振幅与所有频谱分量(包括谐波但不含直流)均方根和之比。SNR与SINAD之间的差异即是前六个谐波所含能量。ENOB可以根据SINAD直接推导，公式为ENOB = (SINAD – 1.76) / 6.02。以SNR为例，该指标受限于仪表宽带底噪、模拟源和时钟源抖动等因素，R&S SMA100B有着业内最好的模拟输出和时钟输出信号质量，保证了SINAD/SNR/ENOB参数的精确测量。

>+30 dBm的高功率输出

 通常ADC都支持最大2 Vp-p即10 dBm信号输入，考虑到测试线缆、PCB信号走线插损以及可能的滤波器等各功率损耗，满量程测试时要求模拟源输出高质量信号的同时兼具高输出功率。6 GHz 版本的R&S SMA100B可以产生高达 38 dBm的射频输出功率，20 GHz版本的R&S SMA100B可在微波频段产生高达 32 dBm 的射频输出功率，完全满足各类ADC的性能测试。

总结

高速ADC作为5G基站、卫星、雷达和电子战设备中接收机链路的关键部件，其性能很大程度决定了整机性能指标，因此ADC性能参数的精确测量必不可少。R&S模拟源SMA100B以其优异的谐波/非谐/相噪/宽带底噪性能以及独一无二的第二路时钟源，助力高性能ADC的精确测试和性能提升。