德思特干货｜用 PRBS 解锁ADC真实性能：从高速接口到脑机芯片的测试之道

在高速数字通信、精密测量和各类芯片设计中，如何客观、准确地评估关键元器件在真实环境下的性能，一直是测试测量领域的核心挑战。模拟一个足够复杂、可重复又标准化的测试信号，是应对这一挑战的起点。正是在这样的需求背景下，PRBS（伪随机二进制序列）成为了工程师们不可或缺的强大工具。

一、什么是PRBS？

PRBS（Pseudorandom Binary Sequence，伪随机二进制序列）是一种仅包含0和1两种逻辑电平、具有接近真实随机信号统计特性，但可通过固定初始种子和反馈多项式重复生成的标准化二进制序列。

核心特性如下：

1.伪随机性：序列的统计特性（如0/1占空比、电平转换概率）接近真实随机信号，可模拟复杂场景中的非周期性信号；

2.可重复性：由初始种子（Seed）和反馈多项式决定，相同参数下可精确复现，满足测试的可验证性；

3.广谱性：包含丰富的频率成分（从直流到信号带宽的 Nyquist 频率），能全面验证被测设备的频率响应；

4.标准化：常用码型按长度分类（如PRBS-7、PRBS-15、PRBS-23、PRBS-31），对应序列长度为2^n-1（n 为反馈多项式阶数），越长的码型随机性越强、频率成分越丰富。

在测试领域，PRBS本质是模拟真实场景的标准激励信号，尤其适合验证高速、高分辨率设备的动态性能和抗干扰能力。

二、PRBS在ADC测试领域中的应用

ADC（模数转换器）的核心测试需求是验证将模拟信号精准转换为数字信号的能力，PRBS因上述特性，再测试测量行业广泛应用于以下场景：

（一）高速ADC动态性能测试

1.核心测试目标：

验证 SNR（信噪比）、THD（总谐波失真）、SFDR（无杂散动态范围）、ENOB（有效位数）

2.为何需要 PRBS？

PRBS包含广谱频率成分，可全面覆盖 ADC 输入带宽，暴露频率响应缺陷；随机性避免单一频率信号的偶然达标，测试结果更具代表性；长码型（如 PRBS-31）可减少码型重复导致的测量误差。

3.典型的ADC类型：

• 超高速 ADC（采样率 ≥ 1GSa/s，如 10GSa/s 高速 ADC）
• 射频 ADC（RF ADC）

（二）通信接口ADC测试

1.核心测试目标：

验证 SerDes、PCIe 5.0/6.0、USB4 等高速接口的信号完整性（眼图、抖动、误码率）

2.为何需要 PRBS？

高速接口的输入信号多为低摆幅、高波特率（如 10Gbps 以上），PRBS 可模拟该类信号；码型的随机性模拟信道噪声和干扰，验证 ADC 对失真信号的还原能力。

3.典型的ADC类型：

• 接口专用 ADC（如 SerDes 内置 ADC）
• 工业通信 ADC

（三）脑机接口（BCI）芯片ADC测试

1.核心测试目标：

验证 ADC 对微弱神经信号（如 EEG 脑电信号）的采集精度和抗干扰能力

2.为何需要 PRBS？

神经信号具有非周期性、微弱幅度（±mV 级）、高频成分（可达 10GHz 以下），PRBS 可模拟其随机性和幅度特性；小幅度 PRBS（如 ±5mV）匹配生物电信号量程，避免 ADC 饱和。

3.典型的ADC类型：

低功耗、高分辨率 BCI 专用 ADC（分辨率 ≥ 16 位）

（四）激光芯片 / 光通信ADC测试

1.核心测试目标：

验证光接收链路中ADC对高速光信号的转换性能（如光模块的信号解调）

2.为何需要 PRBS？

激光调制信号为高速脉冲（带宽 ≥ 10GHz），PRBS 可模拟光信号的高速切换特性；广谱性覆盖光信号的谐波成分，验证 ADC 对复杂光信号的还原能力。

3.典型的ADC类型：

光通信专用高速 ADC（采样率 ≥ 20GSa/s）

（五）工业/医疗传感器ADC测试

1.核心测试目标：

验证 ADC 对传感器输出的微弱、带噪声信号（如压力、温度、生物电信号）的采集能力

2.为何需要 PRBS？

传感器信号常夹杂环境噪声，PRBS 可模拟 “信号 + 噪声” 的混合场景；可通过调整 PRBS 幅度和频率，匹配不同传感器的输出特性（如 ±mV 级小信号）。

3.典型的ADC类型：

低噪声、高分辨率传感器 ADC（分辨率 ≥ 14 位）

（六）ATE自动化测试系统

1.核心测试目标：

为量产ADC提供标准化、可重复的激励信号，确保测试一致性

2.为何需要 PRBS？

PRBS 码型标准化，可通过 SCPI 命令或软件（如 SBench 6）快速配置；支持批量测试中的自动化调用，适配 Teradyne、Keysight 等 ATE 平台。

3.典型的ADC类型：

量产型通用 ADC、专用芯片内置 ADC

三、PRBS 在 ADC 测试中的具体配置参考

四、关键注意事项（避免测试误差）

1.码型长度选择：高速ADC测试避免使用短码型（如 PRBS-7），否则频率成分不全面，导致SNR/SFDR测量值偏高（误判合格）；

2.幅度校准：小幅度PRBS（如 ±5mV）易受电缆衰减、噪声影响，需用数字化仪实时校准AWG输出幅度，确保误差≤ ±0.1mV；

3.电磁干扰屏蔽：10GHz高频PRBS信号易受干扰，需使用屏蔽电缆、接地测试台（接地电阻≤1Ω），避免杂散信号影响ADC输入；

4.设备带宽匹配：AWG带宽需≥信号带宽（如 10GHz 信号需AWG带宽≥12GHz），数字化仪带宽需≥ADC输出带宽，避免信号失真。