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  • ELE6306 : Test de systmes lectroniques Projet de cours Test de convertisseur numrique analogique par slection de codes David Marche et Ming Li Professeur : A. Khouas Dpartement de gnie lectrique cole Polytechnique de Montral
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 1 Plan Description du CNA (DAC) Caractristiques du CNA Diffrentes mthodes de test Test par slection de codes Rsultats de simulations Conclusion
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 2 Description du CNA Fonction : CNA R-2R:
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 3 Description du CNA Exemple : CNA R-2R:
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 4 Caractristiques du CNA FDcalage (Offset): cart entre les valeurs analogiques idale et mesure 0...00. F Erreur de gain: cart entre les valeurs analogiques idale et mesure 1...11. F Linarit: Intgrale (INL): carts entre les valeurs analogiques idales et mesures pour chaque transition : Diffrentielle (DNL): Uniformit des incrments analogiques lors dapplication de codes successifs: Monotonie: Un incrment de lentre numrique entrane un incrment de la sortie analogique.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 5 Caractristiques du CNA Dcalage (Offset): 1LSB Gain: 2LSB Linarit Intgrale (INL): 1.5LSB Diffrentielle (DNL): 1.5LSB Monotonie: si DNL1LSB, monotone ici, non-monotone INLDNL
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 6 Caractristiques du CNA Points de test => dgradation des performances: Capacit : frquence dopration, puret spectrale Courants de fuite : non linarit FAccs limit: entres numriques, sortie analogique.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 7 Mthode de test Test exhaustif Tous les codes numriques sont tests. Caractrisation complte du CNA. Indpendant de lutilisation prvue 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 tests. Caractrisation partielle du CNA. Test adapt lutilisation du CNA. Non appropri CNA de tout usage.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 8 Mthode de test F Test par slection de code Seul certains codes numriques sont tests. La rponses aux autres codes est dduite mathmatiquement. But: acclration du test exhaustif Comment slectionner les codes ?
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 9 Test par slection de code FFonction du CNA : FForme matricielle : Valeur Analogique = Code * Poids Matrice CodeMatrice poids
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 10 Test par slection de code FSlection de code pour la dtermination des poids: FNombre de vecteur de test : N. FErreur doffset et erreur de gain : 00..0 et 11..1. FNombre total de vecteur de test : N+2 (Exhaustif: 2 N ).
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 11 Test par slection de code FDduction de la rponse analogiques pour tous les codes FExemple pour CNA 4 bits:
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 12 Test par slection de code FI N se mesure directement en fixant le bit N 1 et tous les autres 0. FGrandeurs I 1 I N trs diffrentes. Ex: I 10 =512I 1 FNcessite un appareil capable de mesurer prcision gale des tensions/courants faibles et forts. FPour des CNA de haute rsolution, cet appareil de mesure nexiste pas.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 13 Test par slection de code FSolution: mesurer les incrments des transitions majeures de la fonction de transfert du CNA. FLes transitions majeures sont les transition entre les codes 2 N -1 et 2 N. FCes incrments valent tous environ 1LSB. FLa transition analogique de sortie peut alors se mesurer en mode chantillon-diffrence dun voltmtre/ampremtre et donner des mesures prcises des incrments.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 14 Test par slection de code F laide des valeurs dincrments mesures pour chaque transition majeure, il est possible de dduire les valeurs de I 1 I N :
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 15 Test par slection de code FLa technique de transition majeure peut galement tre employe sur convertisseurs binaires signs avec un codage complment 2. F Exemple: CNA 4 bits V FS- = - 780 mV, step size entre 1000 2 ( - 8 ) et 1001 2 ( - 7 ) est 75mV, step size entre 1001 2 ( - 7 ) et 1010 2 ( - 6 ) est 175mV, step size entre 1011 2 ( - 5 ) et 1100 2 ( - 4 ) est 55mV, step size entre 1111 2 ( - 1 ) et 0000 2 ( 0 ) est 195mV, Dduire les tensions de sorties pour les codes -8 +7.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 16 Test par slection de code Le MSB (B 4 ) reprsente le signe de la valeur code :
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 17 Test par slection de code Code de CNACalculs Sortie 1000DC Base-780mV 1001V1+ DC Base-705mV 1010V2+ DC Base-530mV 1011V2+V1+ DC Base-455mV 1100V3+ DC Base-400mV 1101V3+V1+ DC Base-325mV 1110V3+V2+ DC Base-150mV 1111V3+V2+V1+ DC Base-75mV 0000V4+ DC Base120mV 0001V4+V1+DC Base195mV 0010V4+V2+DC Base370mV 0011V4+V2+V1+DC Base445mV 0100V4+V3+DC Base500mV 0101V4+V3+V1+DC Base575mV 0110V4+V3+V2+DC Base750mV 0111V4+V3+V2+V1+DC Base825mV
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 18 Test par slection de code
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 19 Rsultats de simulation F Test exhaustif et par slection de codes pour CNA 8 bits avec erreurs insres aux bits 7 et 8.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 20 Rsultats de simulation F Test exhaustif et par slection de codes pour CNA 14 bits avec dviations alatoires des composants.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 21 Rsultats de simulation F Comparaison des rsultats des tests: CIRCUITTESTGAIN (LSB) OFFSET (LSB) INL (LSB) DNL (LSB) CPU (S) CNA 8 bits Exhaustif4.341,7.10 -12 2,03293,2034521 Slectif4.341,7.10 -12 2,03283,2034310 CNA 14 bits Exhaustif1.691,67.10 -12 2,55825,1161097 Slectif1.691,67.10 -12 2,55855,11711 Quelles sont les limites du test par slection de code ?
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 22 Rsultats de simulation F Test CNA 14 bits avec courant de sortie converti en tension. FRf est non linaire: Rf varie avec la tension ses bornes. FSeul le test exhaustif rvle cette non linarit.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 23 Conclusion F Avantages du test par slection de codes: Rduction importante du nombre de vecteur de test: Test exhaustif : 2 N vecteurs. Test par slection de codes: N+2 vecteurs. Aucun composant ou point de test ajout: Aucune dgradation des performances du circuit. Aucune augmentation de surface ou de nombre de plots. conomies: tape de test : rduction du temps dutilisation du testeur. tape de design : simulation et caractrisation rapide. Particulirement adapt au convertisseurs parallles (Flash).
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 24 Conclusion F Inconvnients et limites du test par slection de codes: Le rsultat est une approximation de la fonction de transfert: Dductions mathmatique parfois fausse (Ex: cas non linaire). Peu adapts certains types de CNAs (ex: sriel, pipeline). Ncessite une connaissance interne du CNA. Ncessite une validation par comparaison avec un test exhaustif Prcision du testeur: Solution possible : slection de codes de transitions majeures. Test limit aux caractristiques statiques des CNAs.
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  • Projet, ELE6306 - mai 14cole Polytechnique de Montral 25 Questions ?