[發明專利]使用時基和電流源的模數轉換器自測

在審

• 申請號: 201880056458.5
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN111052611A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: J·E·巴特林;S·鮑林
• 申請（專利權）人: 微芯片技術股份有限公司
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10;H03M1/12
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 陳斌

恒定電流源、穩定時基和電容器用于通過對該電容器充電預定的時間量以在其上產生電壓來自檢模數轉換器(ADC)的運作。該電壓將與電容器充電的時間量成正比。只需改變電容器充電的時間量，就可以在自檢過程中驗證模數轉換器傳遞函數上的多個點。測試點之間的相對精度可以很容易獲得。絕對精度可以通過使用時基的精確時鐘參考、已知電流源和電容值來獲得。

相關專利申請

本申請要求于2017年11月2日提交的共同擁有的美國臨時專利申請號62/580,549的優先權；其目為“ADC Self-Test Using Time Base and Current”，發明人為JamesE.Bartling和Stephen Bowling，為了所有目的在此通過引用將其并入本文。

技術領域

本公開涉及模數轉換器(ADC)，更具體地，涉及使用時基和電流源的模數轉換器自測。

背景技術

系統的功能安全要求對用于監控這些系統的設備進行驗證。監控設備通常是基于數字的，例如微控制器和微處理器，但是監控的內容是模擬參數。這就需要進行模數轉換，模數轉換通常使用模數轉換器(ADC)執行。然而，在模擬域中執行模數轉換器的功能測試是非常重要的，例如，模擬輸入通過模數轉換器產生正確的數字輸出。此外，模數轉換器的線性度應在其功能測試期間進行驗證。因此，可以使用多個電壓點來確認正確的模數轉換器傳遞函數。需要根據已知參考電壓驗證正確的數字輸出。

圖2示出了使用外部電壓參考進行模數轉換器自測的現有技術示意性框圖和圖表。因為必須使用大量電壓參考、運算放大器和多路復用器，這種現有技術既復雜成本又高。必須投入精力確保電壓參考保持校準，并且確保多路復用器開關不會扭曲或影響電壓參考的值。

發明內容

因此，需要一種精確、快速、可靠且低成本的方法來產生測試電壓，用以驗證模數轉換器的運作情況。

根據一實施方案，一種用于自測模數轉換器(ADC)的方法可以包括以下步驟：在一時間段內將恒定電流源耦接到已放電電容器；在所述時間段之后，用所述模數轉換器將所述電容器上的電壓轉換成數字值；以及將來自所述模數轉換器的所述數字值與所述電容器上的所述電壓進行比較，所述電壓由等式V＝I/C*t表示，其中V可以是所述電容器上的所述電壓，I可以是所述恒定電流，C可以是所述電容器的電容，t可以是所述時間段。

根據所述方法的另一實施方案，所述方法可包括以下步驟：a)將所述時間段設置為最短時間；b)給所述電容器放電；c)在所述時間段內將所述電容器耦接到具有電流值I的所述恒定電流源；d)在所述時間段結束后，用所述模數轉換器將所述電容器上的所述電壓轉換成數字值；e)將所述時間段的所述數字值存儲在存儲器中；f)當所述時間段等于或大于最長時間時，結束對所述模數轉換器的所述測試，然后進行到步驟I)；g)將所述時間段延長至更長的時間；h)返回步驟b)；以及I)通過評估所述存儲數字值來確定模數轉換器精度。

根據所述方法的另一實施方案，確定模數轉換器線性度的步驟可以包括將所述存儲數字值與乘以所述電流值I并除以所述電容器的電容C的所述相應時間段進行比較的步驟。根據所述方法的另一實施方案，所述方法可以包括評估所述存儲數字值以確定模數轉換器線性度的步驟。

根據所述方法的另一實施方案，所述方法可包括以下步驟：a)將所述時間段設置為最長時間；b)給所述電容器放電；c)在所述時間段內將所述電容器耦接到具有電流值I的所述恒定電流源；d)在所述時間段結束后，用所述模數轉換器將所述電容器上的所述電壓轉換成數字值；e)將所述時間段的所述數字值存儲在存儲器中；f)當所述時間段小于或等于最短時間時，結束對所述模數轉換器的所述測試，然后進行到步驟I)；g)將所述時間段縮短至更短的時間；h)返回步驟b)；以及I)通過評估所述存儲數字值來確定模數轉換器精度。