این فایل به بررسی نحوه تست و راستی آزمایی بخش نمونه برداری کارتهای پردازشی (که پیچیده ترین تست در کارتهای پردازشی به شمار می آید) اختصاص دارد. امروزه نقش کارتهای پردازشی (Digital Signal Processing Card) در طراحی و ساخت سیستم مخابراتی مبتنی بر رادیو نرم افزار و رادار نرم افزاری، کاملا ملموس و غیر قابل انکار است. معمولا مهندسین مخابرات و الکترونیک در تست بخش دیجیتال بردهای مذکور مشکلی ندارند. اما در تست بخش واسط آنالوگ – دیجیتال همواره ابهامات و سوالات زیادی مطرح میگردد. در این بخش قرار است تا این تستها به تفصیل تشریح گردد. این فایل برای کسانی که قصد خرید کارت های پردازشی دارند، بسیار مفید است. چندین تست پایه ای وجود دارد که در ادامه معرفی خواهند شد.
- تست SNR کارت
یکی از سوالات مهمی که معمولا در بحث آنالیز طیفی مطرح میگردد عبارت است از نحوة اندازهگیری SNR یک سیگنال سینوسی خالص نمونه برداری شده. اینکار را به دو روش انجام خواهیم داد. روش اول عبارت است از تخمین SNR از روی fft . در روش دوم نیز این پارامتر را بکمک نرم افزار آماده شرکت ANALOG DEVICES انجام خواهیم داد.
1-1-تخمین SNR از روی FFT
در این روش، SNR بکمک نرم افزار matlab محاسبه خواهد شد. ضمنا مفاهیم تئوری آن نیز بطور کامل بیان و آموزش داده میشود.
1-2- تست SNR و SFDR بکمک نرم افزار
شرکت ANALOG DEVICES یک نرم افزار بسیار کارآمد ارائه کرده است که قابلیتهای بسیار زیادی دارد. نرم افزار مذکور این توانایی را دارد که FFT سیگنال را رسم و پارامترهایی مانند SNR ، SFDR ، SINAD (و بسیاری پارامترهای دیگر) را مورد آنالیز قرار دهد. این نرمافزار میتواند رفتار ADC های متفاوت را بازای شرایط مختلف تست، شبیهسازی کند. همچنین میتواند از طریق پورت USB ، مستقیما از یک ADC واقعی، نمونهگیری کرده و آنرا مورد آنالیز قرار دهد. اما مهمترین قابلیت آن (که در تستهای آتی ما نیز کاربرد فراوانی خواهد داشت) ، امکان آنالیز یک فایل دیتا و استخراج پارامترهای آن (مانند SNR ، SFDR و ...) است. بکمک این قابلیت، ما قادر خواهیم بود تا برخی پارامترهای کارت را مستقیما تست و محاسبه نماییم.
- تست جیتر کلاک
هدف از این تست، بدست آوردن مقدار جیتر کلاک نمونهبرداری میباشد. جیتر کلاک نمونهبرداری، نقش بسیار مهمی در کیفیت کارت نمونه برداری دارد. این تست مطابق با دستورالعمل شرکت Analog Devices انجام خواهد شد. تست فوق بسیار حساس بوده و کوچکترین تولرانس عملی در روال تست باعث انحراف زیاد جواب از مقدار واقعی خواهد شد. در این فایل، نحوه اندازهگیری دقیق این پارامتر تشریح خواهد شد.
- تست خطا روی نمونه
یکی از تست های بسیار مهم و اساسی کارت های ذخیره ساز دیتا ، تست خطا روی نمونه می باشد. این خطا ممکن است گاهی از خود ADC باشد. اما در بیشتر اوقات، این خطا بعلت مدارات انتقال دیتای دیجیتال رخ میدهد. در این فایل، نحوه اندازهگیری دقیق این پارامتر تشریح خواهد شد.
- تست گم شدن دیتا بشکل burst
در یک کارت ، گاهی دیتا بشکل دفعی (burst) از دست میرود. چنین اشکالی را نمیتوان بکمک الگوریتمهای بخش قبل بدست آورد. فقط میتوان به ناپیوستگی بوجود آمده در بین در نمونه پی برد و نمیتوان فهمید که چه تعداد نمونه گم شده است. بعنوان مثال نمیتوان فهمید که آیا یک نمونه گم شده است یا 1000 نمونه. بهمین خاطر بایستی برای چنین تستی، سناریوی جداگانه ای نوشته شود. در این میان، معمولا استفاده از تست beat Frequency نیز کارساز خواهد بود. لازم بذکر است که این تست دارای روتین بسیار پیچیده و دقیقی است. در این فایل، نحوه اندازهگیری دقیق این پارامتر تشریح خواهد شد.
- تست SFDR (تک تن)
مطابق با نظر آقای والت کستر[1]، مهمترین پارامتر یک ADC از دید مخابراتی، SFDR میباشد. ذکر این نکته در همین ابتدا ضروری است که SFDR تک تن و دو تن، فقط به نوع ADC بکار رفته در کارت وابسته نیست، بلکه به قطعات استفاده شده در کوپلینگ و بایاس ADC نیز وابسته است. در این فایل، نحوه اندازهگیری دقیق این پارامتر تشریح خواهد شد.
- تست SFDR دو تن (Two tone IMD)
این تست نیز یکی از تست های مهم ADC میباشد. تست مذکور میتواند میزان کارایی ADC در برابر مولفه غیر خطی مرتبه سوم را نشان دهد. در این فایل، نحوه اندازهگیری دقیق این پارامتر تشریح خواهد شد.
- تست Full Scale
بدون دانستن مقدار عملی و دقیق توان full scale ، انجام سایر تست های ADC امکانپذیر نیست. بنابراین قبل از هر تست دیگری باید در ابتدا توان full scale را بدست آورد.
- تست پهنای باند کارت
معمولا یک ADC دارای پهنای باند معینی است. یعنی اگر فرکانس را از حد خاصی زیادتر نماییم، توان افت میکند. همچنین اگر کوپلاژ ورودی ADC از نوع ترانسفورماتوری باشد نیز نمیتوان فرکانس را از حد خاصی پایینتر آورد. تست پهنای باند ADC نیز پیشنیاز سایر تست ها خواهد بود. بدین سان که تمامی فرکانسهای استفاده شده در تست بایستی در محدوده پهنای باند مجاز کارت ایجاد شوند.
- تست هیستوگرام نویز و Code Density
یکی از تست های رایج جهت کنترل کیفیت کارت های ذخیره ساز سیگنال ADC (( تست هیستوگرام نویز ADC در حالتی که ورودی آن به یک بار تطبیق 50 اهم وصل شده باشد )) می باشد.
جهت اطمینان از عملکرد صحیح کارت ADC، یکی از تست های رایج بدین صورت است که ورودی ADC را با بار 50Ω به زمین متصل نموده و هیستوگرام نمونه های خروجی بررسی شود. در این حالت انتظار داریم تابع چگالی احتمال این نمونه ها گوسی باشند. گوسی بودن نمونه های هیستوگرام حاکی از این نکته است که برخی ملاحظات طراحی مانند دکوپلینگ تغذیه ها ، صفحات زمین ، شیلدینگ لایه ها و سیگنالها نسبت به هم و ... نسبتا صحیح طراحی شده و قابل اعتماد می باشند.
- تست offset فرکانس نمونه برداری
در این تست، هدف بدست آوردن انحراف فرکانسی کلاک نمونهبرداری از مقدار نامی خود است. جهت این تست، بایستی یک سیگنال ژنراتور دقیق (که به دقیق بودن فرکانس آن اطمینان داشته باشیم) در محل وجود داشته باشد.
*سوابق کاری مولف در این زمینه:
- انجام پروژههای تست کارت روی بیش از ده ها کارت در چندین شرکت مختلف.
- تالیف بیش از 30 گزارش فنی application note در مورد کارت پردازشی، ماژول ADC و رادیو نرم افزار.
- برگزاری ده ها دوره آموزشی، کارگاه آموزشی و سمینار در این خصوص و مطالب مرتبط.
*مراجع
[1] W. Kester, Ed., The Data Conversion Handbook. Elsevier, 2005.
[2] B.Brannon, A. Barlow, “ Aperture Uncertainty and ADC System Performance”, Analog Devices Applications Note AN-501, www.analog.com, 2006.
[3] IEEE STD. 1057-1994 (R2001), IEEE standard for digitizing waveform recorders, IEEE, 1994, ISBN 1-55937-488-8.
[4] Kester, Walt “ADC Input Noise: The Good, The Bad, and The Ugly. Is No Noise Good Noise” Analog Dialogue 40-02, February 2006.
این فایل بصورت pdf تهیه شده و دارای 30 صفحه است
نحوه تست کارت های پردازشی
