ELE6306 : Test de systèmes électroniques Projet de cours Test de convertisseur numérique à analogique par sélection de codes David Marche et Ming Li Professeur : A. Khouas Département de génie électrique École Polytechnique de Montréal

Plan Description du CNA (DAC) Caractéristiques du CNA Différentes méthodes de test Test par sélection de codes Résultats de simulations Conclusion

Description du CNA Fonction : CNA R-2R:

Description du CNA Exemple : CNA R-2R:

Caractéristiques du CNA Décalage (Offset): Écart entre les valeurs analogiques idéale et mesurée à 0...00. Erreur de gain: Écart entre les valeurs analogiques idéale et mesurée à 1...11. Linéarité: Intégrale (INL): Écarts entre les valeurs analogiques idéales et mesurées pour chaque transition: Différentielle (DNL): Uniformité des incréments analogiques lors d’application de codes successifs: Monotonie: Un incrément de l’entrée numérique entraîne un incrément de la sortie analogique.

Caractéristiques du CNA Décalage (Offset): 1LSB Gain: 2LSB Linéarité DNL INL Intégrale (INL): 1.5LSB Différentielle (DNL): 1.5LSB Monotonie: si DNL≤1LSB, monotone ici, non-monotone

Caractéristiques du CNA Points de test => dégradation des performances: Capacité : fréquence d’opération, pureté spectrale Courants de fuite : non linéarité Accès limité: entrées numériques, sortie analogique.

Méthode de test Test exhaustif Test partiel (pseudo-exhaustif) Tous les codes numériques sont testés. Caractérisation complète du CNA. Indépendant de l’utilisation prévue du CNA. Peut exiger beaucoup de temps de tests. Test partiel (pseudo-exhaustif) Tous les codes de certaines portions de la fonction de transfert sont testés. Caractérisation partielle du CNA. Test adapté à l’utilisation du CNA. Non approprié à CNA de tout usage.

Méthode de test Test par sélection de code Seul certains codes numériques sont testés. La réponses aux autres codes est déduite mathématiquement. But: accélération du test exhaustif Comment sélectionner les codes ?

Test par sélection de code Fonction du CNA : Forme matricielle : Valeur Analogique = Code * Poids Matrice Code Matrice poids

Test par sélection de code Sélection de code pour la détermination des poids: Nombre de vecteur de test : N. Erreur d’offset et erreur de gain : 00..0 et 11..1. Nombre total de vecteur de test : N+2 (Exhaustif: 2N) .

Test par sélection de code Déduction de la réponse analogiques pour tous les codes Exemple pour CNA 4 bits:

Test par sélection de code IN se mesure directement en fixant le bit N à 1 et tous les autres à 0. Grandeurs I1→IN très différentes. Ex: I10=512I1 Nécessite un appareil capable de mesurer à précision égale des tensions/courants faibles et forts. Pour des CNA de haute résolution, cet appareil de mesure n’existe pas.

Test par sélection de code Solution: mesurer les incréments des transitions majeures de la fonction de transfert du CNA. Les transitions majeures sont les transition entre les codes 2N -1 et 2N. Ces incréments valent tous environ 1LSB. La transition analogique de sortie peut alors se mesurer en mode « échantillon-différence » d’un voltmètre/ampèremètre et donner des mesures précises des incréments.

Test par sélection de code À l’aide des valeurs d’incréments mesurées pour chaque transition majeure, il est possible de déduire les valeurs de I1 à IN:

Test par sélection de code La technique de transition majeure peut également être employée sur convertisseurs binaires signés avec un codage complément 2. Exemple: CNA 4 bits VFS-= - 780 mV, step size entre 10002 ( - 8 ) et 10012 ( - 7 ) est 75mV, step size entre 10012 ( - 7 ) et 10102 ( - 6 ) est 175mV, step size entre 10112 ( - 5 ) et 11002 ( - 4 ) est 55mV, step size entre 11112 ( - 1 ) et 00002 ( 0 ) est 195mV, Déduire les tensions de sorties pour les codes -8 à +7.

Test par sélection de code Le MSB (B4) représente le signe de la valeur codée :

Test par sélection de code Code de CNA Calculs Sortie 1000 DC Base -780mV 1001 V1+ DC Base -705mV 1010 V2+ DC Base -530mV 1011 V2+V1+ DC Base -455mV 1100 V3+ DC Base -400mV 1101 V3+V1+ DC Base -325mV 1110 V3+V2+ DC Base -150mV 1111 V3+V2+V1+ DC Base -75mV 0000 V4+ DC Base 120mV 0001 V4+V1+DC Base 195mV 0010 V4+V2+DC Base 370mV 0011 V4+V2+V1+DC Base 445mV 0100 V4+V3+DC Base 500mV 0101 V4+V3+V1+DC Base 575mV 0110 V4+V3+V2+DC Base 750mV 0111 V4+V3+V2+V1+DC Base 825mV

Test par sélection de code

Résultats de simulation Test exhaustif et par sélection de codes pour CNA 8 bits avec erreurs insérées aux bits 7 et 8.

Résultats de simulation Test exhaustif et par sélection de codes pour CNA 14 bits avec déviations aléatoires des composants.

Résultats de simulation Comparaison des résultats des tests: Résultats de simulation CIRCUIT TEST GAIN (LSB) OFFSET INL (LSB) DNL CPU (S) CNA 8 bits Exhaustif 4.34 1,7.10-12 2,0329 3,20345 21 Sélectif 2,0328 3,20343 10 CNA 14 bits 1.69 1,67.10-12 2,5582 5,116 1097 2,5585 5,117 11 Quelles sont les limites du test par sélection de code ?

Résultats de simulation Test CNA 14 bits avec courant de sortie converti en tension. Résultats de simulation Rf est non linéaire: Rf varie avec la tension à ses bornes. Seul le test exhaustif révèle cette non linéarité.

Conclusion Avantages du test par sélection de codes: Réduction importante du nombre de vecteur de test: Test exhaustif : 2N vecteurs. Test par sélection de codes: N+2 vecteurs. Aucun composant ou point de test ajouté: Aucune dégradation des performances du circuit. Aucune augmentation de surface ou de nombre de plots. Économies: Étape de test : réduction du temps d’utilisation du testeur. Étape de design : simulation et caractérisation rapide. Particulièrement adapté au convertisseurs parallèles (Flash).

Conclusion Inconvénients et limites du test par sélection de codes: Le résultat est une approximation de la fonction de transfert: Déductions mathématique parfois fausse (Ex: cas non linéaire). Peu adaptés à certains types de CNAs (ex: sériel, pipeline). Nécessite une connaissance interne du CNA. Nécessite une validation par comparaison avec un test exhaustif Précision du testeur: Solution possible : sélection de codes de transitions majeures. Test limité aux caractéristiques statiques des CNAs.

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