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ATE引腳電子器件的電平設(shè)置DAC校準(zhǔn)

發(fā)布時(shí)間:2022-06-28 來源:ADI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】本文提供一種校準(zhǔn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的方法,專用于引腳電子器件驅(qū)動(dòng)器、比較器、負(fù)載、PMU和DPS。DAC具有差分非線性(DNL)和積分非線性(INL)等非線性特性,我們可以通過增益和偏置調(diào)整來盡可能降低這些特性。本文描述如何執(zhí)行這些校準(zhǔn),以改善電平設(shè)置性能。


簡(jiǎn)介


自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備(ATE)描述用于一次對(duì)單個(gè)或多個(gè)器件執(zhí)行單次或一系列測(cè)試的測(cè)試儀器。不同類型的ATE測(cè)試電子器件、硬件和半導(dǎo)體器件。定時(shí)器件、DAC、ADC、多路復(fù)用器、繼電器和開關(guān)都是測(cè)試儀或ATE系統(tǒng)中的支持模塊。這些引腳電子器件可以利用精確的電壓和電流提供信號(hào)和電源。這些精密信號(hào)通過電平設(shè)置DAC進(jìn)行配置。在ATE產(chǎn)品系列中,有些引腳電子器件包含校準(zhǔn)寄存器,有些校準(zhǔn)設(shè)置存儲(chǔ)在片外。本文介紹DAC的功能、誤差,以及如何通過增益和偏置調(diào)整進(jìn)行校準(zhǔn)。


數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)


DAC是一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,用于將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬輸出電平。一個(gè)N位DAC可以支持2N個(gè)輸出電平。位數(shù)越高,DAC輸出分辨率越高。


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圖1. 數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)框圖。


首先,N位數(shù)字輸入提供給DAC串行寄存器。電壓開關(guān)和電阻求和網(wǎng)絡(luò)將數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換為模擬輸出電平。DAC圖的轉(zhuǎn)換特性如圖2所示。對(duì)于3位DAC,23個(gè)數(shù)字輸入生成8個(gè)模擬輸出電平。


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圖2. 3位DAC的理想轉(zhuǎn)換函數(shù)。


DAC誤差


在現(xiàn)實(shí)世界中,轉(zhuǎn)換器并不理想。由于電阻值、插值和采樣的誤差,DAC的轉(zhuǎn)換函數(shù)并不是一條直線,或是線性的。這些誤差被稱為差分非線性(DNL)和積分非線性(INL)。DNL是輸出電平與理想步長(zhǎng)之間的最大偏差,它由兩個(gè)連續(xù)輸出電壓電平之間的差值得出。INL是輸入/輸出特性與理想轉(zhuǎn)換函數(shù)之間的最大偏差。通過增益和偏置校正,可以減小INL誤差。


圖3中的INL顯示了實(shí)際轉(zhuǎn)換函數(shù)與理想轉(zhuǎn)換函數(shù)之間的偏差。DAC的增益誤差表示實(shí)際轉(zhuǎn)換函數(shù)的線性近似斜率與理想轉(zhuǎn)換函數(shù)斜率的匹配程度。在繪圖時(shí),調(diào)整增益會(huì)影響線性近似角度。偏置誤差是測(cè)量值與所選的零偏置點(diǎn)之間的差值。如果調(diào)整偏置量,整個(gè)線性近似曲線會(huì)相應(yīng)地向上或向下移動(dòng)。單個(gè)代碼的INL是任意給定點(diǎn)上增益誤差和偏置誤差的和。校準(zhǔn)之后,一旦增益和偏置誤差降至最低,那么轉(zhuǎn)換函數(shù)會(huì)是兩個(gè)端點(diǎn)之間的一條線。


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圖3. INL誤差轉(zhuǎn)換函數(shù)。


校準(zhǔn)程序


用戶可以建立校準(zhǔn)程序,利用增益和偏置校正來降低DAC的非線性。以下步驟詳細(xì)說明了示例校準(zhǔn)程序的每個(gè)步驟。


對(duì)于N位DAC:


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●    增益校正(GC):


在最低和最高二進(jìn)制值時(shí),DAC的線性度會(huì)降低。因此,建議在外部二進(jìn)制值或EC表推薦的校準(zhǔn)點(diǎn)之間的5%至10%范圍內(nèi)選擇校準(zhǔn)點(diǎn)。進(jìn)行以下計(jì)算時(shí),我們假設(shè)選擇5%的校準(zhǔn)點(diǎn)。


     ○ 將DAC輸入設(shè)置為高于最低二進(jìn)制值5%。計(jì)算預(yù)期的電壓輸出并將其記錄為IDEAL1。測(cè)量輸出電壓,并將其記錄為MEAS1。

     ○ 將DAC輸入設(shè)置為低于最高二進(jìn)制值5 %。計(jì)算并記錄IDEAL2。測(cè)量輸出電壓,并將其記錄為MEAS2。


     ○ 1655555663833087.png

     ○ 1655555651974376.png


●    偏置校正(OC):


所需的零偏置點(diǎn)因應(yīng)用而異。用戶應(yīng)該根據(jù)自己的應(yīng)用定義最佳值。有些用戶可能喜歡使用0V來獲得準(zhǔn)確的接地參考點(diǎn)。有些用戶喜歡使用操作范圍的中間值來盡量減少總體INL誤差。


     ○ 對(duì)電壓-代碼公式的斜率應(yīng)用DAC增益校正,以確立單位增益。

     ○ 選擇所需的零偏置電壓點(diǎn)并將其記錄為IDEAL3。使用更新后的電壓-代碼公式計(jì)算代碼。編程設(shè)置計(jì)算得出的代碼,然后測(cè)量輸出電壓,并將其記錄為MEAS3。


     ○ 1655555636597202.png

     ○ 1655555624575127.png


示例1


以MAX32007為例,它是一個(gè)八通道DCL,集成了電平設(shè)置DAC和PMU開關(guān)。MAX32007具有內(nèi)部DAC,用于設(shè)置VDH、VDL、VDT/VCOM、VCH、VCL、VCPH和VCPL的電平。這些DAC沒有內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器。校準(zhǔn)DAC時(shí),請(qǐng)遵循以下步驟:


     ○ 按照評(píng)估套件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的說明,啟動(dòng)MAX32007評(píng)估(EV)套件。

     ○ 將SMB連接器DATA0A和NTRM0A連接至1.2 V。

     ○ 通過50 Ω端接裝置,將SMB連接器NDATA0A和TRM0A接地。

     ○ 使用USB電纜,將評(píng)估套件連接至Windows? 10 PC。打開MAX32007評(píng)估套件軟件(GUI)。


     ○ 1655555575567540.png


采用圖4所示的DAC電壓電平和驅(qū)動(dòng)器設(shè)置。注意,最低VDH DAC工作電壓值為–1.5 V,最高工作電壓值為4.5 V;在本例中,零偏置點(diǎn)值為1.5 V。


21.jpg

圖4. 使用評(píng)估板軟件設(shè)置MAX32007的DAC電平。


     ○ 施加VDH = –1.5 V,然后測(cè)量輸出電壓值。

     ○ 施加VDH = 4.5 V,然后測(cè)量輸出電壓值。

     ○ 增益校正 = 測(cè)量輸出電壓值之間的差值/理想值之間的差值。例如,(4.501–(–1.497))/(4.5–(–1.5)) = 0.999667。


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要應(yīng)用增益校正,打開菜單 → 選項(xiàng) → 校準(zhǔn),如圖5所示。


23.jpg

圖5. MAX32007 DAC的校準(zhǔn)菜單。


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圖6. 帶校準(zhǔn)寄存器的DAC的INL誤差校正。


     ○ 施加VDH = 1.5 V(包含增益校正代碼),然后測(cè)量輸出電壓值。

     ○ 偏置校正 = 測(cè)量輸出值–理想值。例如,(1.502–1.5) = 0.002。

     ○ 在執(zhí)行增益和偏置校正之后,


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示例2


以 MAX9979為例,它是一個(gè)八通道DCL,集成了電平設(shè)置DAC和 PMU。MAX9979包含內(nèi)部DAC,用于設(shè)置VDH、VDL、VDT、VCH、VCL、VCPH、VCPL、VCOM、VLDH、VLDL、VIN、VIOS、CLAMPHI/VHH和CLAMPLO的電平。這些DAC具有內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器。在示例1中,調(diào)節(jié)了DAC輸出代碼,以盡量減少INL誤差。在示例2中,DAC輸入代碼保持不變,校準(zhǔn)寄存器調(diào)整輸出級(jí)緩沖器以盡量減少INL誤差,如圖6所示。要校準(zhǔn)DAC,請(qǐng)遵循以下步驟:


     ○ 按照評(píng)估套件數(shù)據(jù)手冊(cè)中的說明,啟動(dòng) MAX9979評(píng)估套件。

     ○ 將SMB連接器DATA0A和NTRM0A連接至1.2 V。

     ○ 通過50 Ω端接裝置,將SMB連接器NDATA0A和TRM0A接地。

     ○ 使用USB電纜,將評(píng)估套件連接至Windows 10 PC。打開MAX9979評(píng)估套件軟件(GUI)。


     ○ 1655555471102949.png


     ○ 采用圖7所示的DAC電壓電平和驅(qū)動(dòng)器設(shè)置。注意,VDH DAC的最低建議值為–1.5 V,最高建議值為4.5 V,零偏置點(diǎn)值為1.5 V。


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圖7. 使用評(píng)估板軟件設(shè)置MAX9979的DAC電平。


     ○ 施加VDH = -1.45 V,然后測(cè)量輸出電壓值。

     ○ 施加VDH = 6.5 V,然后測(cè)量輸出電壓值。

     ○ 增益校正 = 測(cè)量輸出電壓值之間的差值/理想值之間的差值。例如,(6.501 V–(–1.455 V))/(6.5 V–(–1.45 V)) = 1.0007 V。

     ○ 進(jìn)行增益校正后,


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注意,要執(zhí)行增益和偏置校正,請(qǐng)轉(zhuǎn)至菜單 → 選項(xiàng) → 更改 → 校準(zhǔn),如圖8所示。有關(guān)將增益和偏置校正轉(zhuǎn)換為增益和偏置代碼的更多信息,參見MAX9979數(shù)據(jù)手冊(cè)。


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圖8. MAX9979的校準(zhǔn)寄存器設(shè)置



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