校準(zhǔn)MAX9979引腳電子器件

摘要：MAX9979引腳電子器件集成了28路DAC，可對(duì)這些DAC進(jìn)行校準(zhǔn)，調(diào)整其增益誤差和失調(diào)誤差。通過(guò)MAX9979內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后可以得到高線性、高精度的驅(qū)動(dòng)器/PMU/比較器/有源負(fù)載，滿足測(cè)試行業(yè)最為苛刻的要求。

引言

MAX9979為高線性度、雙通道、1.1Gbps引腳電子，集成了PMU和電平設(shè)置數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(DAC)。該器件共集成了28路16位DAC (每通道14路)。利用器件內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器，可對(duì)每路施加電平DAC進(jìn)行單獨(dú)的增益誤差和失調(diào)誤差調(diào)整。這些寄存器允許MAX9979的電平在整個(gè)-1.5V至+6.5V工作范圍內(nèi)校準(zhǔn)到優(yōu)于5mV，本應(yīng)用筆記將說(shuō)明如何實(shí)現(xiàn)該校準(zhǔn)。

緩沖器的增益誤差和失調(diào)誤差

MAX9979內(nèi)部有許多單位增益緩沖器。如果沒(méi)有經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，每個(gè)緩沖器都會(huì)產(chǎn)生失調(diào)和增益誤差，圖1所示為MAX9979內(nèi)部一個(gè)緩沖器的結(jié)構(gòu)圖。


圖1. MAX9979電平設(shè)置結(jié)構(gòu)圖

內(nèi)部16位DAC輸出驅(qū)動(dòng)失調(diào)和增益校準(zhǔn)單元的輸入，校準(zhǔn)單元用于對(duì)單位增益緩沖器的失調(diào)和增益誤差進(jìn)行校準(zhǔn)。正是這種結(jié)構(gòu)能夠在MAX9979的整個(gè)工作范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度、高線性度和低失調(diào)電平。

MAX9979數(shù)據(jù)資料給出了失調(diào)和增益校準(zhǔn)寄存器說(shuō)明，同時(shí)也介紹了如何通過(guò)內(nèi)部串行接口對(duì)這些寄存器進(jìn)行訪問(wèn)和編程。下面部分闡述如何使用MAX9979EVKIT進(jìn)行校準(zhǔn)，MAX9979 EV (評(píng)估)板提供了圖片和實(shí)際結(jié)果(圖2)。

利用MAX9979EVKIT校準(zhǔn)MAX9979

圖2. MAX9979EVKIT

上圖所示評(píng)估板通過(guò)圖形用戶界面(GUI)進(jìn)行控制，該軟件可從Maxim網(wǎng)站下載。

MAX9979EVKIT電路板設(shè)置

1. 按照評(píng)估板手冊(cè)提供的指令對(duì)評(píng)估板上電。
2. 將DATA0引腳連接到0.8V。
3. 將DATA0/引腳連接到0V。
4. 將RCV0引腳連接到0V。
5. 將RCV0/引腳連接到0.8V。
6. 將高精密DVM連接到DUT0引腳。
7. 裝載GUI軟件。

完成上述設(shè)置后，我們準(zhǔn)備開(kāi)始校準(zhǔn)。啟動(dòng)GUI后可以看到圖3所示界面。


圖3. 啟動(dòng)后的MAX9979 GUI

點(diǎn)擊DriveHi CH1/CH0快速啟動(dòng)，觀察并驗(yàn)證連接到DUT0引腳的DVM可以測(cè)到3V電壓。

校準(zhǔn)VDH0的步驟

1. 失調(diào)調(diào)整
   始終在調(diào)整增益之前調(diào)整失調(diào)。
   1. 點(diǎn)擊VDH0電壓?jiǎn)卧?，將其?fù)位到1.5V。這將使DUT0輸出設(shè)置為+1.5V，該電壓為-1.5V < VDH0 < +6.5V工作范圍的中間值。設(shè)置VDL0為-2.0V，確保在VDH0逼近VDL0時(shí)，VDH0和VDL0之間的壓差至少為0.5V。
   2. 用DVM檢測(cè)DUT端的電壓。該電壓不是1.5V，相對(duì)于1.5V存在一個(gè)失調(diào)。
   3. 在兩個(gè)方向上調(diào)整VDH0的失調(diào)滑動(dòng)條，直到DUT端測(cè)量到的電壓接近1.5V設(shè)置電壓。至此，即已完成VDH0在MAX9979內(nèi)部校準(zhǔn)寄存器的失調(diào)校準(zhǔn)電壓編程。不再需要任何調(diào)整或移動(dòng)失調(diào)滑動(dòng)條。
   
   
   
2. 增益調(diào)整
   可以在多個(gè)點(diǎn)設(shè)置VDH0，調(diào)整增益校準(zhǔn)?？梢栽O(shè)置VDH0為-1.5V，調(diào)整增益滑動(dòng)條，然后設(shè)置VDH0為+6.5V并驗(yàn)證測(cè)量電壓。然而，在量程端點(diǎn)時(shí)具有非線性，當(dāng)VDH0逼近VDL0時(shí)會(huì)產(chǎn)生最大線性誤差。
   
   最好的方法是保證器件一直工作在線性最好的區(qū)域，這種情況下，可以將VDH0設(shè)置在±1.5V之間。
   1. VDL0設(shè)置為-2V，保持通過(guò)上述失調(diào)調(diào)整步驟設(shè)置的失調(diào)校準(zhǔn)值。
   2. 設(shè)置VDH0為0V (偏離原始設(shè)置-1.5V)。
   3. 觀察DUT測(cè)量值，調(diào)整增益滑動(dòng)條(保證失調(diào)滑動(dòng)條不動(dòng))直到DUT輸出盡可能接近0V。
   4. 設(shè)置VDH0為3V (高于原始設(shè)置+1.5V)并觀察DUT電壓。
   5. 此時(shí)，讀數(shù)應(yīng)該非常接近3.000V。選擇+1.5V作為中心點(diǎn)并對(duì)該中心點(diǎn)附近±1.5V進(jìn)行增益調(diào)整。如果在VDH = 3V時(shí)的讀數(shù)誤差大于預(yù)期值(此時(shí)應(yīng)該小于2mV)，則重復(fù)步驟2至步驟5，使在0V和3V時(shí)的誤差對(duì)稱(chēng)。
   6. 完成調(diào)整后，對(duì)VDH0從-1.5V至+6.5V進(jìn)行掃描。畫(huà)出編程電壓和測(cè)量電壓的誤差偏差圖。

設(shè)置VDH0 = +3V，VDL0 = -2V，在完成失調(diào)和增益校準(zhǔn)后，GUI界面如圖4所示。VDH0失調(diào)和增益設(shè)置可能與圖示不同，該設(shè)置取決于被測(cè)試的特定器件。


圖4. 校準(zhǔn)后VDH0的失調(diào)和增益寄存器設(shè)置

校準(zhǔn)前后VDH誤差掃描

圖5數(shù)據(jù)說(shuō)明：

1. 校準(zhǔn)前失調(diào)電壓為：
   1. -1.5V = -27mV
   2. +1.5V = +5mV
   3. +6.5V = +54mV
2. 校準(zhǔn)后失調(diào)電壓為：
   1. -1.5V = -3mV
   2. +1.5V = -0.1mV
   3. +6.5V = +0.1mV

在-1.5V處的誤差與VDH0逼近VDL0的程度有關(guān)。對(duì)增益的校準(zhǔn)點(diǎn)應(yīng)該選擇在接近-1.5V和+6.5V。此時(shí)，在-1.5V處的誤差將會(huì)減小，沿著掃描曲線達(dá)到+6.5V時(shí)誤差會(huì)略微增大。

針對(duì)兩個(gè)通道的每個(gè)電平重復(fù)進(jìn)行校準(zhǔn)步驟。校準(zhǔn)比較器失調(diào)需要監(jiān)測(cè)比較器輸出并觀察轉(zhuǎn)換點(diǎn)，或通過(guò)外部器件將比較器置于伺服環(huán)中。


圖5. 校準(zhǔn)前后DUT0引腳處的DVH (典型值)的誤差測(cè)量

保存校準(zhǔn)寄存器設(shè)置

完成所有寄存器校準(zhǔn)后，GUI接口如圖6所示，所有失調(diào)和增益寄存器均設(shè)置在它們的校準(zhǔn)值。除了經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的VDH0電平外，其它DAC值為假設(shè)數(shù)值；對(duì)器件進(jìn)行校準(zhǔn)，這些數(shù)據(jù)會(huì)隨之更新。

注意我們只是觀察了CH0頁(yè)，在GUI設(shè)置中還有3個(gè)其它頁(yè)面，用于CH0 PMU設(shè)置以及CH1的驅(qū)動(dòng)器、PMU設(shè)置。完成所有校準(zhǔn)后，全部失調(diào)和增益的DAC設(shè)置將顯示在所有GUI頁(yè)面。

這些設(shè)置只有在MAX9979上電時(shí)保持。如果MAX9979斷電后重新上電，所有這些校準(zhǔn)寄存器的設(shè)置將丟失，顯示為上電默認(rèn)值。

此時(shí)，通過(guò)串行接口編程可以更新這些寄存器。終端用戶還需要在上電后通過(guò)串行接口將這些校準(zhǔn)常數(shù)寫(xiě)入MAX9979。因此，將這些常數(shù)保存到數(shù)據(jù)表，并在每次上電后將表中內(nèi)容讀回到MAX9979寄存器非常重要。

評(píng)估板可以將這些常數(shù)存儲(chǔ)到一個(gè)文件進(jìn)行保存。用戶只需點(diǎn)擊“File”下拉菜單，點(diǎn)擊“Save”，命名一個(gè)文件，然后定義存儲(chǔ)該文件的位置。用戶在上電后可以點(diǎn)擊“File”下拉菜單，并點(diǎn)擊“Load”選項(xiàng)。選擇保存校準(zhǔn)文件的位置進(jìn)行加載，即可對(duì)MAX9979進(jìn)行全面校準(zhǔn)，以便隨后使用。

“File”下拉菜單的“Save”和“Load”選項(xiàng)還可用于存儲(chǔ)任何設(shè)置，包括校準(zhǔn)常數(shù)。利用該功能，用戶可以逐步裝載數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化特定MAX9979的使用。


圖6. 校準(zhǔn)后的失調(diào)和增益典型設(shè)置

結(jié)論

MAX9979電平由其內(nèi)部提供的16位DAC設(shè)置，通過(guò)對(duì)每個(gè)DAC的失調(diào)和增益位進(jìn)行調(diào)整即可實(shí)現(xiàn)MAX9979電平的校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后可以得到一個(gè)高線性度、高精度的驅(qū)動(dòng)器/PMU/比較器/有源負(fù)載，滿足測(cè)試行業(yè)的嚴(yán)格要求。所有這些功能已經(jīng)集成在MAX9979引腳電子器件內(nèi)。

使用本文討論的方法，借助MAX9979數(shù)據(jù)資料，可以對(duì)器件的所有功能進(jìn)行測(cè)試、分析和應(yīng)用。