【導讀】本文提供一種校準數模轉換器(DAC)的方法，專用於引腳電子器件驅動器、比較器
、負載、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整來盡可能降低這些特性。本文描述如何執行這些校準
，以改善電平設置性能。

簡介

自動化測試設備(ATE)描述用於一次對單個或多個器件執行單次或一係列測試的測試儀器。不同類型的ATE測試電子器件
、硬件和半導體器件。定時器件、DAC、ADC

、多路複用器、繼電器和開關都是測試儀或ATE係統中的支持模塊。這些引腳電子器件可以利用精確的電壓和電流提供信號和電源。這些精密信號通過電平設置DAC進行配置。在ATE產品係列中

，有些引腳電子器件包含校準寄存器，有些校準設置存儲在片外。本文介紹DAC的功能、誤差

，以及如何通過增益和偏置調整進行校準。

數模轉換器(DAC)

DAC是一種數據轉換器
，用於將數字輸入轉換為相應的模擬輸出電平。一個N位DAC可以支持2N個輸出電平。位數越高，DAC輸出分辨率越高。

圖1. 數模轉換器(DAC)框圖。

首先
，N位數字輸入提供給DAC串行寄存器。電壓開關和電阻求和網絡將數字輸入轉換為模擬輸出電平。DAC圖的轉換特性如圖2所示。對於3位DAC
，23個數字輸入生成8個模擬輸出電平。

圖2. 3位DAC的理想轉換函數。

DAC誤差

在現實世界中，轉換器並不理想。由於電阻值

、插值和采樣的誤差，DAC的轉換函數並不是一條直線，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之間的最大偏差，它由兩個連續輸出電壓電平之間的差值得出。INL是輸入/輸出特性與理想轉換函數之間的最大偏差。通過增益和偏置校正，可以減小INL誤差。

圖3中的INL顯示了實際轉換函數與理想轉換函數之間的偏差。DACdezengyiwuchabiaoshishijizhuanhuanhanshudexianxingjinsixielvyulixiangzhuanhuanhanshuxielvdepipeichengdu。zaihuitushi，tiaozhengzengyihuiyingxiangxianxingjinsijiaodu。pianzhiwuchashiceliangzhiyusuoxuandelingpianzhidianzhijiandechazhi。ruguotiaozhengpianzhiliang，zhenggexianxingjinsiquxianhuixiangyingdixiangshanghuoxiangxiayidong。dangedaimadeINL是任意給定點上增益誤差和偏置誤差的和。校準之後，一旦增益和偏置誤差降至最低，那麼轉換函數會是兩個端點之間的一條線。

圖3. INL誤差轉換函數。

校準程序

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

對於N位DAC：

●    增益校正(GC)：

在最低和最高二進製值時
，DAC的線性度會降低。因此

，建議在外部二進製值或EC表推薦的校準點之間的5%至10%範圍內選擇校準點。進行以下計算時，我們假設選擇5%的校準點。

     ○ 將DAC輸入設置為高於最低二進製值5%。計算預期的電壓輸出並將其記錄為IDEAL1。測量輸出電壓
，並將其記錄為MEAS1。

     ○ 將DAC輸入設置為低於最高二進製值5 %。計算並記錄IDEAL2。測量輸出電壓，並將其記錄為MEAS2。

     ○

     ○

●    偏置校正(OC)：

所需的零偏置點因應用而異。用戶應該根據自己的應用定義最佳值。有些用戶可能喜歡使用0V來獲得準確的接地參考點。有些用戶喜歡使用操作範圍的中間值來盡量減少總體INL誤差。

     ○ 對電壓-代碼公式的斜率應用DAC增益校正，以確立單位增益。

     ○ 選擇所需的零偏置電壓點並將其記錄為IDEAL3。使用更新後的電壓-代碼公式計算代碼。編程設置計算得出的代碼，然後測量輸出電壓，並將其記錄為MEAS3。

     ○

     ○

示例1

以MAX32007為例
，它是一個八通道DCL，集成了電平設置DAC和PMU開關。MAX32007具有內部DAC，用於設置VDH
、VDL
、VDT/VCOM、VCH、VCL、VCPH和VCPL的電平。這些DAC沒有內部校準寄存器。校準DAC時

，請遵循以下步驟：

     ○ 按照評估套件數據手冊中的說明，啟動MAX32007評估(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，將評估套件連接至Windows® 10 PC。打開MAX32007評估套件軟件(GUI)。

     ○

采用圖4所示的DAC電壓電平和驅動器設置。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，零偏置點值為1.5 V。

圖4. 使用評估板軟件設置MAX32007的DAC電平。

     ○ 施加VDH = –1.5 V，然後測量輸出電壓值。

     ○ 施加VDH = 4.5 V，然後測量輸出電壓值。

     ○ 增益校正 = 測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。

要應用增益校正，打開菜單 → 選項 → 校準，如圖5所示。

圖5. MAX32007 DAC的校準菜單。

圖6. 帶校準寄存器的DAC的INL誤差校正。

     ○ 施加VDH = 1.5 V（包含增益校正代碼），然後測量輸出電壓值。

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

     ○ 在執行增益和偏置校正之後
，

示例2

以 MAX9979為例，它是一個八通道DCL，集成了電平設置DAC和 PMU。MAX9979包含內部DAC

，用於設置VDH、VDL

、VDT
、VCH、VCL
、VCPH
、VCPL、VCOM
、VLDH、VLDL
、VIN、VIOS、CLAMPHI/VHH和CLAMPLO的電平。這些DAC具有內部校準寄存器。在示例1中，調節了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，校準寄存器調整輸出級緩衝器以盡量減少INL誤差，如圖6所示。要校準DAC
，請遵循以下步驟：

     ○ 按照評估套件數據手冊中的說明，啟動 MAX9979評估套件。

     ○ 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，將評估套件連接至Windows 10 PC。打開MAX9979評估套件軟件(GUI)。

     ○

     ○ 采用圖7所示的DAC電壓電平和驅動器設置。注意
，VDH DAC的最低建議值為–1.5 V，最高建議值為4.5 V，零偏置點值為1.5 V。

圖7. 使用評估板軟件設置MAX9979的DAC電平。

     ○ 施加VDH = -1.45 V
，然後測量輸出電壓值。

     ○ 施加VDH = 6.5 V，然後測量輸出電壓值。

     ○ 增益校正 = 測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。

     ○ 進行增益校正後，

注意，要執行增益和偏置校正，請轉至菜單 → 選項 → 更改 → 校準
，如圖8所示。有關將增益和偏置校正轉換為增益和偏置代碼的更多信息
，參見MAX9979數據手冊。

圖8. MAX9979的校準寄存器設置

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