(57)【要約】      （修正有）【課題】ADCの性能をより正確に評価する。【解決手段】第１の側面であるテスト回路２０は、ADC１０を評価するためのテスト回路において、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部３１と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部３０と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部４０とを備える。ADCが搭載されたあらゆる電子装置に適用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ADCを評価するためのテスト回路において、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、
正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、
前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部と
を備えるテスト回路。
【請求項２】
前記フーリエ解析部は、
前記ADC出力信号と前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なう離散フーリエ変換部と、
前記離散フーリエ変換部の出力から位相成分を抽出する位相抽出部と、
前記離散フーリエ変換部の出力から入力信号振幅を抽出するゲイン抽出部と、
前記離散フーリエ変換部の出力からオフセット成分を抽出するオフセット抽出部と
を有する
請求項１に記載のテスト回路。
【請求項３】
前記ノイズパワー解析部は、前記オフセット成分に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記位相成分および前記入力信号振幅に基づいて補正された前記リファレンス信号の差分をノイズ信号として算出し、前記ノイズ信号を自乗して積算することにより前記ノイズパワーを算出する
請求項２に記載のテスト回路。
【請求項４】
前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値を演算する評価値演算部を
さらに備える請求項２に記載のテスト回路。
【請求項５】
前記評価値演算部は、前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値として、SINAD，THDまたはSNRのうちの少なくとも１つを演算する
請求項３に記載のテスト回路。
【請求項６】
前記ADC出力信号に生じているエラーを解析するリニアリティビットエラー解析部を
さらに備える
請求項２に記載のテスト回路。
【請求項７】
前記リニアリティビットエラー解析部は、前記ADC出力信号の出力コードのヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づいてDNL、INL，VRTまたはVRBの少なくとも１つを演算する
請求項５に記載のテスト回路。
【請求項８】
前記リニアリティビットエラー解析部は、予め設定した期待値と前記ADC出力信号との比較結果に基づいてエラーを検出してカウントする
請求項５に記載のテスト回路。
【請求項９】
ADCを評価するためのテスト回路のテスト方法において、
前記テスト回路による、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生ステップと、
正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析ステップと、
前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析ステップと
を含むテスト方法。
【請求項１０】
コンピュータを、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、
正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、
前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部と
して機能させるプログラム。
【請求項１１】
ADCと、
リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、
正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、
前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部と
を備える電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、テスト回路、テスト方法、プログラム、および電子装置に関し、特に、ADC(Analog Digital Converter)の性能を評価する場合に用いて好適なテスト回路、テスト方法、プログラム、および電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アナログデータをデジタルデータに変換するADCは、取り扱うデータの種類に拘わらず様々な電子装置に搭載されている。該電子装置には、該ADCの性能や動作状態などを検証するためのテスト回路(ADC BIST)も搭載しているものがある。
【０００３】
ADCを検証するための従来のテスト回路としては、外部からリファレンス信号としての正弦波信号を入力し、ゲイン補正、オフセット補正、位相補正を行い、リファレンス信号とADCの出力信号との差分信号を自乗加算することでノイズパワーを算出するものがある（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
また、テスト回路の内部にリファレンス信号となる正弦波発生器を搭載しているものも存在する（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−４２３９３号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】H.Mattes，S.Sattler，Claus Dworski，”CONTROLLED SINE WAVE FITTING FOR ADC TEST”，ITC INTERNATIONAL TEST CONFERENCE，0-7803-8580-2/04 $20.00 Copyright 2004 IEEE
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１に記載のテスト回路では、ゲイン補正に際して、ノイズが含まれている絶対値からゲインを算出しているために正確なゲインを測定して補正することができない。また、位相補正に際しては、ADCとの差分信号から位相を算出しているので、正確な位相を検出して補正することができない。
【０００８】
特許文献１に記載のテスト回路では、非特許文献１に記載のテスト回路と同様に、ノイズが含まれている信号から振幅を検出し、リファレンス信号との差分を自乗平均しているので、ノイズの影響により正確な信号成分の抽出が行なわれない。
【０００９】
したがって、上述した従来のテスト回路からの出力に基づいて、ADCの性能を表す各種の評価値を演算した場合、それがADCの性能を正確に表していないことがある。
【００１０】
本開示はこのような状況に鑑みてなされたものであり、ADCの性能をより正確に評価できるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本開示の第１の側面であるテスト回路は、ADCを評価するためのテスト回路において、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部とを備える。
【００１２】
前記フーリエ解析部は、前記ADC出力信号と前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なう離散フーリエ変換部と、前記離散フーリエ変換部の出力から位相成分を抽出する位相抽出部と、前記離散フーリエ変換部の出力から入力信号振幅を抽出するゲイン抽出部と、前記離散フーリエ変換部の出力からオフセット成分を抽出するオフセット抽出部とを有することができる。
【００１３】
前記ノイズパワー解析部は、前記オフセット成分に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記位相成分および前記入力信号振幅に基づいて補正された前記リファレンス信号の差分をノイズ信号として算出し、前記ノイズ信号を自乗して積算することにより前記ノイズパワーを算出することができる。
【００１４】
本開示の第１の側面であるテスト回路は、前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値を演算する評価値演算部をさらに備えることができる。
【００１５】
前記評価値演算部は、前記前記フーリエ解析部の出力と、前記ノイズパワー解析部の出力に基づいて前記ADCの評価値として、SINAD，THDまたはSNRのうちの少なくとも１つを演算することができる。
【００１６】
本開示の第１の側面であるテスト回路は、前記ADC出力信号に生じているエラーを解析するリニアリティビットエラー解析部をさらに備えることができる。
【００１７】
前記リニアリティビットエラー解析部は、前記ADC出力信号の出力コードのヒストグラムを生成し、前記ヒストグラムに基づいてDNL、INL，VRTまたはVRBの少なくとも１つを演算することができる。
【００１８】
前記リニアリティビットエラー解析部は、予め設定した期待値と前記ADC出力信号との比較結果に基づいてエラーを検出してカウントすることができる。
【００１９】
本開示の第１の側面であるテスト方法は、ADCを評価するためのテスト回路のテスト方法において、前記テスト回路による、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生ステップと、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析ステップと、前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析ステップの出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析ステップとを含む。
【００２０】
本開示の第１の側面であるプログラムは、コンピュータを、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部として機能させる。
【００２１】
本開示の第１の側面においては、リファレンス信号が発生され、正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換が行なわれ、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーが解析される。
【００２２】
本開示の第２の側面である電子装置は、ADCと、リファレンス信号を発生するリファレンス信号発生部と、正弦波を前記ADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換を行なうフーリエ解析部と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記フーリエ解析部の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーを解析するノイズパワー解析部とを備える。
【００２３】
本開示の第２の側面においては、リファレンス信号が発生され、正弦波をADCに入力して得られるADC出力信号と、前記リファレンス信号との離散フーリエ変換が行なわれ、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記ADC出力信号と、前記離散フーリエ変換の出力に基づいて補正された前記リファレンス信号からノイズパワーが解析される。
【発明の効果】
【００２４】
本開示の第１の側面によれば、ADCの性能をより正確に評価することができる。
【００２５】
本開示の第２の側面によれば、搭載されているADCの性能をより正確に評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本開示を適用したADCテスト回路の構成例を示すブロック図である。
【図２】位相成分抽出、振幅抽出、およびオフセット抽出を説明する図である。
【図３】正弦波フィッティング法によるノイズパワー算出を説明する図である。
【図４】評価値算出処理を説明するフローチャートである。
【図５】ADCテスト回路の他の構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本開示を実施するための最良の形態（以下、実施の形態と称する）について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２８】
＜１．実施の形態＞
［ADCテスト回路の構成例］
図１は、実施の形態であるADCテスト回路の構成例を示している。このADCテスト回路２０は、ADC１０の性能を評価するための各種の評価値を演算するためのものである。
【００２９】
ADCテスト回路２０は、フーリエ解析部３０、ノイズパワー解析部４０、および評価値演算部５０を有する。
【００３０】
フーリエ解析部３０は、リファレンス信号発生部３１、離散フーリエ変換部３２、位相抽出部３３、ゲイン抽出部３４、およびオフセット抽出部３５から構成される。
【００３１】
リファレンス信号発生部３１は、位相抽出、補正時において、ADC１０に対する入力信号としての正弦波と同じ周波数の余弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。また、リファレンス信号発生部３１は、入力信号振幅（ゲイン）抽出時において、ADC１０に対する入力信号としての正弦波と同じ周波数の正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。さらに、リファレンス信号発生部３１は、オフセット抽出時において、固定値１のリファレンス信号を発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。またさらに、リファレンス信号発生部３１は、任意高周波成分振幅抽出時において、ADC１０に対する入力信号としての正弦波の定数倍の周波数の正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。なお、リファレンス信号発生部３１は、後述するノイズパワー解析部４０にも属する。
【００３２】
離散フーリエ変換部３２は、ADC１０からのADC出力信号（ADC１０による入力信号の正弦波のＡＤ変換結果）と、リファレンス信号発生部３１からのリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果を位相抽出部３３、ゲイン抽出部３４、またはオフセット抽出部３５に出力する。また、離散フーリエ変換部３２は、ADC１０からのADC出力信号と、入力信号の定数倍のリファレンス信号を畳み込み積分し、任意高周波成分振幅を抽出する。
【００３３】
図２は、離散フーリエ変換部３２において畳み込み積分されるADC出力信号と、リファレンス信号との関係を示している。
【００３４】
位相抽出部３３は、図２Ａに示される離散フーリエ変換部３２による、ADC出力信号と余弦波のリファレンス信号との畳み込み積分の演算結果から位相成分を抽出（余弦波成分が０となる位相をバイナリサーチにより検出）してリファレンス信号発生部３１に出力される。ゲイン抽出部３４は、図２Ｂに示される離散フーリエ変換部３２による、ADC出力信号と正弦波のリファレンス信号との位相が合った状態での畳み込み積分の演算結果から入力信号振幅（ゲイン）を抽出し、ゲイン補正部４１に出力する。オフセット抽出部３５は、図２Ｃに示される離散フーリエ変換部３２による、ADC出力信号と固定値１のリファレンス信号と畳み込み積分の演算結果からオフセット成分を抽出し、オフセット補正部４２に出力する。
【００３５】
なお、フーリエ解析部３０の各部にて抽出されたオフセット成分、入力信号振幅、任意周波数成分振幅は、評価値演算部５０にも出力される。
【００３６】
ノイズパワー解析部４０は、正弦波フィッティング法によりノイズパワーを算出するものであり、リファレンス信号発生部３１、ゲイン補正部４１、オフセット補正部４２、差分抽出部４３、およびノイズパワー演算部４４から構成される。
【００３７】
リファレンス信号発生部３１は、位相抽出部３３により抽出された位相成分に基づいて発生するリファレンス信号の位相を補正し、補正後のリファレンス信号をゲイン補正部４１にも出力する。ゲイン補正部４１は、ゲイン抽出部３４により抽出された入力信号振幅に基づき、位相が補正されたリファレンス信号のゲインを補正して差分抽出部４３に出力する。オフセット補正部４２は、オフセット抽出部３５からのオフセット成分に基づき、ADC出力信号をオフセット補正して差分抽出部４３に出力する。
【００３８】
差分抽出部４３は、図３に示されるように、ゲイン補正部４１からのゲイン補正後のリファレンス信号と、オフセット補正部４２からのオフセット補正後の差分を算出し、この算出結果をノイズ信号としてノイズパワー演算部４４に出力する。
【００３９】
ノイズパワー演算部４４は、ノイズ信号を自乗して積算することによりノイズパワーを演算して評価値演算部５０に出力する。
【００４０】
評価値演算部５０は、フーリエ解析部３０からの入力信号振幅と、ノイズパワー解析部４０からのノイズパワーを次式（１）に適用してSINAD(Signal to Noise and Distortion ratio)を演算する。
SINAD＝１０＊log（入力信号振幅＾２／ノイズパワー）              ・・・（１）
【００４１】
また、評価値演算部５０は、フーリエ解析部３０からの入力信号振幅と高周波成分振幅を次式（２）に適用してTHD(total harmonic distortion)を演算する。
THD＝１０＊log（Σ（高周波成分振幅＾２）／入力信号振幅＾２）    ・・・（２）
【００４２】
さらに、評価値演算部５０は、フーリエ解析部３０からの入力信号振幅と高周波成分振幅、ノイズパワー解析部４０からのノイズパワーを次式（３）に適用してSNR(Signal to Noise ratio)を演算する。
SNR＝１０＊log（入力信号振幅＾２／（ノイズパワー−Σ（高周波成分振幅＾２）））
・・・（３）
【００４３】
［評価値算出処理の説明］
次に、ADCテスト回路２０による評価値算出処理について説明する。図４は評価値算出処理を説明するフローチャートである。
【００４４】
ステップＳ１において、ADC１０に入力信号としての正弦波が入力され、ADC１０からADC出力信号が後段に出力される。
【００４５】
ステップＳ２において、リファレンス信号発生部３１は、入力信号の正弦波と同じ周波数の余弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。離散フーリエ変換部３２は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果を位相抽出部３３に出力する。位相抽出部３３は、図２Ａに示される離散フーリエ変換部３２による、ADC出力信号と余弦波のリファレンス信号との畳み込み積分の演算結果から位相成分を抽出してリファレンス信号発生部３１に出力される。この位相成分に応じ、リファレンス信号発生部３１は、発生するリファレンス信号の位相を補正する。
【００４６】
次に、リファレンス信号発生部３１は、固定値１のリファレンス信号を発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。離散フーリエ変換部３２は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果をオフセット抽出部３５に出力する。オフセット抽出部３５は、畳み込み積分の演算結果からオフセットを抽出する。
【００４７】
さらに、リファレンス信号発生部３１は、入力信号の正弦波と同じ周波数の、位相が補正されている正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。離散フーリエ変換部３２は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果をゲイン抽出部３４に出力する。ゲイン抽出部３４は、畳み込み積分の演算結果から信号振幅成分（ゲイン）を抽出する。
【００４８】
またさらに、リファレンス信号発生部３１は、入力信号の正弦波の定数倍の周波数の正弦波をリファレンス信号として発生して離散フーリエ変換部３２に出力する。離散フーリエ変換部３２は、ADC出力信号とリファレンス信号を畳み込み積分し、演算結果から任意高周波成分振幅を抽出する。
【００４９】
ステップＳ３において、ゲイン補正部４１は、ゲイン抽出部３４により抽出された入力信号振幅成分に基づき、位相が補正されたリファレンス信号のゲインを補正して差分抽出部４３に出力する。オフセット補正部４２は、オフセット抽出部３５からのオフセット成分に基づき、ADC出力信号をオフセット補正して差分抽出部４３に出力する。
【００５０】
ステップＳ４において、差分抽出部４３は、ゲイン補正部４１からのゲイン補正後のリファレンス信号と、オフセット補正部４２からのオフセット補正後の差分を算出し、この算出結果をノイズ信号としてノイズパワー演算部４４に出力する。ステップＳ５において、ノイズパワー演算部４４は、ノイズ信号を自乗して積算し、その演算結果のノイズパワーを評価値演算部５０に出力する。ステップＳ６において、評価値演算部５０は、SINAD，THD，SNRなどの評価値を演算する。
【００５１】
以上で評価値算出処理は終了される。
【００５２】
［ADCテスト回路２０の変形例］
次に図５は、ADCテスト回路２０の変形例を示している。図５に示される変形例は、図１の構成例に、リニアリティビットエラーレート解析部６０を追加したものであり、その他の図１と共通な構成要素については、図１と同一の番号を付している。
【００５３】
図５の構成例におけるリニアリティビットエラーレート解析部６０は、出力コード比較部６１、ヒストグラム生成部６２、および判定部６３から構成される。
【００５４】
出力コード比較部６１は、ADC１０に低周波の正弦波を入力したときに得られるADC出力信号を一時記憶して、そのうちの１乃至１６個前のデータをエラーカウント時の期待値として使用する。エラーカウント時においては、期待値とADC出力信号との差分が、予め設定されている閾値コード差よりも大きい場合にはエラーとしてカウントする。
【００５５】
ヒストグラム生成部６２は、ADC出力信号を出力コード毎にカウントしてヒストグラムを生成する。判定部６３は、生成されたヒストグラムのトップコードとボトムコードを除外した出力コードの平均頻度値を算出し、各出力コードの頻度値を平均頻度値で除算することによりDNL(Differential non-linearity error)を算出する。さらにDNLを積算してINL(Integral non-linearity error)を算出する。また、判定部６３は、DNL，INL、トップコードの頻度値、およびボトムコードの頻度値を後段に出力する。なお、判定部６３にて、後述するVRTおよびVRBを演算するようにしてもよい。
【００５６】
図５の場合における評価値演算部５０は、図１の場合の各種評価値の演算に追加して、トップコードの頻度値に基づくVRTの演算、およびボトムコードの頻度値に基づくVRBの演算を行なうことができる。
【００５７】
図１または図５に示されたADCテスト回路２０によれば、巨大なメモリや高性能のDSPを用いることなく、リファレンス信号の位相補正、およびゲイン補正をより正確に行うことができるとともに、ADC出力信号のオフセット補正をより正確に行うことができる。よって、入力信号振幅、任意高周波成分振幅、およびノイズパワーなどをより正確に算出できる。したがって、ADC１０を評価するための各種の評価値をより正確に演算することできる。
【００５８】
また、図１または図５に示されたADCテスト回路２０は、FFTを搭載したテスト回路に比較して回路規模を小型化することができる。また、フーリエ解析部３０を有するので、正弦波セッティング法だけを用いて評価値を求める場合に比べて入力信号の任意の周波数成分について解析することができる。
【００５９】
また、本開示のテスト回路は、ADCが搭載されるあらゆる電子装置に適用が可能である。
【００６０】
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、CPUなどのコンピュータが所定のプログラムを起動することにより実行するようにしてもよい。
【００６１】
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。
【００６２】
なお、本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ADC，  ２０  ADCテスト回路，  ３０  フーリエ解析部，  ３１  リファレンス信号発生部，  ３２  離散フーリエ変換部，  ３３  位相抽出部，  ３４  ゲイン抽出部，  ３５  オフセット抽出部，  ４０  ノイズパワー解析部，  ４１  ゲイン補正部，  ４２  オフセット補正部，  ４３  差分抽出部，  ４４  ノイズパワー演算部，  ５０  評価値演算部，  ６０  リニアリティビットエラーレート解析部，  ６１  出力コード比較部，  ６２  ヒストグラム生成部，  ６３  判定部
【図１】
2013258457.tif 000003
【図２】
2013258457.tif 000004
【図３】
2013258457.tif 000005
【図４】
2013258457.tif 000006
【図５】
2013258457.tif 000007