本文提供了專門針對引腳電子驅(qū)動(dòng)器、比較器、負(fù)載、PMU和DPS校準(zhǔn)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的方法。DAC具有非線性特性，如微分非線性（DNL）和積分非線性（INL），通過使用增益和失調(diào)調(diào)整，可以將其最小化。本文介紹如何進(jìn)行這些更正以提高級別設(shè)置性能。

介紹

自動(dòng)測試設(shè)備 （ATE） 描述了設(shè)計(jì)用于一次在一臺或多臺設(shè)備上執(zhí)行單個(gè)或一系列測試的測試設(shè)備。不同類型的 ATE 測試電子、硬件和半導(dǎo)體設(shè)備。定時(shí)器件、DAC、ADC、多路復(fù)用器、繼電器和開關(guān)是測試儀或ATE系統(tǒng)中的支持模塊。這些引腳電子設(shè)備可以通過精確的電壓和電流提供信號和電源。這些精密信號由電平設(shè)置DAC配置。在ATE產(chǎn)品組合中，一些引腳電子器件具有校準(zhǔn)寄存器，一些校準(zhǔn)設(shè)置存儲在片外。本文介紹DAC的功能、誤差以及通過增益和失調(diào)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，可將數(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輸出電平。位數(shù)越高，DAC輸出分辨率越高。

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圖的傳輸特性如圖2所示。對于 3 位 DAC，23數(shù)字輸入產(chǎn)生八個(gè)模擬輸出電平。

圖2.3位DAC的理想傳遞函數(shù)。

數(shù)字轉(zhuǎn)換器錯(cuò)誤

在現(xiàn)實(shí)世界中，轉(zhuǎn)換器并不理想。由于電阻值、插值和采樣的差異，DAC傳遞函數(shù)將不是直線或線性。這些誤差稱為微分非線性（DNL）和積分非線性（INL）。DNL是輸出電平與理想步長的最大偏差。它來自兩個(gè)連續(xù)輸出電壓電平之間的差異。INL是輸入/輸出特性與理想傳遞函數(shù)的最大偏差。通過增益和失調(diào)校正，可以減少INL誤差。

圖3中的INL顯示了實(shí)際傳遞函數(shù)與理想傳遞函數(shù)之間的偏差。DAC的增益誤差表示實(shí)際傳遞函數(shù)的線性近似斜率與理想傳遞函數(shù)斜率的匹配程度。調(diào)整增益將影響繪制時(shí)線性近似的角度。失調(diào)誤差是測量值與所選所需零點(diǎn)偏移點(diǎn)之間的差值。調(diào)整偏移量將相應(yīng)地向上或向下移動(dòng)整個(gè)線性近似值。單個(gè)代碼的INL是任何給定點(diǎn)的增益誤差和失調(diào)誤差之和。校準(zhǔn)后，一旦增益和失調(diào)誤差最小化，傳遞函數(shù)可以是終點(diǎn)之間的一條線。

圖3.INL 誤差傳遞功能。

校準(zhǔn)程序

用戶可以建立校準(zhǔn)程序，以使用增益和失調(diào)校正來降低DAC非線性。以下過程解釋了示例校準(zhǔn)例程的分步過程。

對于 N 位 DAC：

增益校正（GC）：

DAC在最低和最高二進(jìn)制值處的線性度往往較低。因此，建議在外部二進(jìn)制值或EC表推薦的校準(zhǔn)點(diǎn)之間選擇5%至10%以內(nèi)的校準(zhǔn)點(diǎn)。對于下面的計(jì)算，我們假設(shè) 5% 的校準(zhǔn)點(diǎn)。

將DAC輸入設(shè)置為比最低二進(jìn)制值高5%。計(jì)算預(yù)期電壓輸出并將其記錄為 IDEAL1。測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。測量輸出電壓并將其記錄為MEAS2。

偏移校正 （OC）：

所需的零偏移點(diǎn)因應(yīng)用而異。用戶應(yīng)根據(jù)其應(yīng)用程序定義最佳值。一些用戶可能更喜歡使用零伏特來獲得精確的接地參考點(diǎn)。一些用戶更喜歡使用其工作范圍的中點(diǎn)來最小化整體INL誤差。

將DAC的增益校正應(yīng)用于電壓-代碼方程的斜率，以建立單位增益。

選擇所需的零失調(diào)電壓點(diǎn)并將其記錄為 IDEAL3。使用更新的電壓-代碼公式計(jì)算代碼。對計(jì)算的代碼進(jìn)行編程，然后測量輸出電壓并將其記錄為MEAS3。

例 1

考慮MAX32007，這是一款八通道DCL，集成了電平設(shè)置DAC和PMU開關(guān)。MAX32007具有內(nèi)部DAC，用于電平設(shè)置VDH、VDL、VDT/VCOM、VCH、VCL、VCPH和VCPL。這些DAC沒有內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器。要校準(zhǔn) DAC，請按照以下步驟操作：

按照評估板數(shù)據(jù)資料中的說明為MAX32007評估（EV）板上電。

將 SMB 連接器 DATA0A 和 NTRM0A 連接到 1.2 V。

通過 50 Ω端接器將 SMB 連接器 NDATA0A 和 TRM0A 接地。

通過USB電纜將評估板連接至Windows? 10 PC。打開MAX32007評估板軟件（GUI）。

應(yīng)用DAC電壓電平和驅(qū)動(dòng)器設(shè)置，如圖4所示。請注意，最低工作VDH DAC值為–1.5 V，最高工作值為4.5 V;在這種情況下，零偏移點(diǎn)值為1.5 V。

圖4.使用評估板軟件對MAX32007進(jìn)行DAC級設(shè)置。

施加VDH = –1.5 V并測量輸出電壓值。

施加VDH = 4.5 V并測量輸出電壓值。

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

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

圖5.MAX32007 DAC的校準(zhǔn)菜單

圖6.帶有校準(zhǔn)寄存器的DAC的INL糾錯(cuò)。

施加VDH = 1.5 V（帶增益校正代碼）并測量輸出電壓值。

偏移校正 = 測量輸出值 – 理想值。例如 （1.502 – 1.5） = 0.002。

施加增益和失調(diào)校正后，

例 2

考慮MAX9979，這是一款雙通道DCL，集成了電平設(shè)置DAC和PMU。MAX9979具有內(nèi)部DAC，用于電平設(shè)置VDH、VDL、VDT、VCH、VCL、VCPH、VCPL、VCOM、VLDH、VLDL、VIN、VIOS、CLAMPHI/VHH和CLAMPLO。這些DAC具有內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器。在示例1中，調(diào)整DAC輸入代碼以最小化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)整輸出級緩沖器以最小化INL誤差，如圖6所示。要校準(zhǔn)DAC，請使用以下過程：

按照評估板數(shù)據(jù)資料中的說明為MAX9979評估板上電。

將 SMB 連接器 DATA0A 和 NTRM0A 連接到 1.2 V。

通過 50 Ω終結(jié)器將 SMB 連接器 NDATA0A 和 TRM0A 接地。

通過USB電纜將評估板連接至Windows 10 PC。打開MAX9979評估軟件（GUI）。

應(yīng)用DAC電壓電平和驅(qū)動(dòng)器設(shè)置，如圖7所示。請注意，VDH DAC的最低推薦值為–1.5 V，最高推薦值為4.5 V，而零失調(diào)點(diǎn)值為1.5 V。

圖7.使用評估板軟件對MAX9979進(jìn)行DAC級設(shè)置

施加VDH = –1.45 V并測量輸出電壓值。

施加VDH = 6.5 V并測量輸出電壓值。

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

應(yīng)用增益校正后，

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

圖8.MAX9979的校準(zhǔn)寄存器設(shè)置

審核編輯：郭婷