随着电子信息技术的迅猛发展,作为数字和模拟接口电路的模数转换器(ADC)在数据采集、精密工业测量和音视频应用等不同领域获得了广泛应用,对ADC频域特性的研究也获得了越来越多的关注。快速傅里叶变换(FFT)法是频域测试中应用最普遍的一种方法,但利用FFT法测试ADC的频域参数时,很难做到相干采样和整周期截断,即非相干采样存在必然性,由此造成的频谱泄漏和栅栏效应将影响频域参数测量的结果。本论文主要研究利用FFT法测试高速高精度ADC的重要频域特性参数,包括信噪比(SNR)、信噪失真比(SINAD)、有效位数(ENOB)、无杂散动态范围(SFDR)和总谐波失真(THD)等,并提出了采用平均频谱法和三谱线插值FFT法来抑制频谱泄漏和栅栏效应。论文的主要研究工作如下。首先介绍了ADC的基本结构和工作原理,强调流水线型是目前高速高精度ADC中应用最广泛的结构;给出了高速高精度ADC重要频域特性参数的定义及计算方法;详细描述了高速高精度ADC频域参数的测试方法,包括传统的数模转换器(DAC)测试法、码密度直方图法、正弦波拟合法及FFT法,并比较和归纳了它们的优缺点及适用范围。其次,利用Simulink对12 bits 200 MSPS和14 bits 160 MSPS两种高速高精度流水线ADC架构进行了系统建模;采用美国模拟器件公司(ADI)三款典型高速ADC产品AD9230、AD9246和AD9461的行为级动态模型构建了验证平台;并基于现场可编程门阵列(FPGA)、高性能信号源、滤波器等设计搭建了一套硬件测试系统,为提出的频域特性测试方法提供了仿真及实验平台。再次,对平均频谱法开展了较深入的研究。为了提高频谱的分析精度,降低信号中随机信号的影响,对ADC输出端的数字信号采样两次或两次以上,对这些数据分别进行加窗FFT运算,将得到的频谱图叠加求得平均频谱,然后基于平均频谱计算出频域参数。仿真及实测结果均表明,即使在非相干程度最大的情况下,与加窗FFT法相比,平均频谱法得到的频域参数误差明显减小,接近相干采样的结果,达到了ADI的测试标准。最后,为了降低频谱泄漏,构建了最大旁瓣衰减窗对信号进行处理;为了减小栅栏效应引起的误差,提出了三谱线插值FFT算法对加窗的结果进行修正。利用函数拟合得到了基于常用组合余弦窗及最大旁瓣衰减窗三谱线插值的幅值修正公式,并与平均频谱法的测试结果进行了对比。仿真及实测结果均表明,平均频谱法能准确测试SNR、ENOB等参数,而三谱线插值FFT法非常适合测试高速高精度ADC的SFDR参数。为了验证本论文所提方法的有效性和准确性,采用由两个仿真验证平台和一个实际测试系统所得的数据对算法进行了验证。结果表明,本论文所提方法通用性强,能有效测试高速高精度ADC的频域参数;将其应用到实际测试系统中时,不仅能降低系统构建难度,而且能显著减少测试成本。