用于ATE引脚电子器件的电平设置DAC校准

本文提供了专门针对引脚电子驱动器、比较器、负载、PMU和DPS校准数模转换器（DAC）的方法。DAC具有非线性特性，如微分非线性（DNL）和积分非线性（INL），通过使用增益和失调调整，可以将其最小化。本文介绍如何进行这些更正以提高级别设置性能。

介绍

自动测试设备 （ATE） 描述了设计用于一次在一台或多台设备上执行单个或一系列测试的测试设备。不同类型的 ATE 测试电子、硬件和半导体设备。定时器件、DAC、ADC、多路复用器、继电器和开关是测试仪或ATE系统中的支持模块。这些引脚电子设备可以通过精确的电压和电流提供信号和电源。这些精密信号由电平设置DAC配置。在ATE产品组合中，一些引脚电子器件具有校准寄存器，一些校准设置存储在片外。本文介绍DAC的功能、误差以及通过增益和失调调整进行校准。

数模转换器 （DAC）

DAC是一种数据转换器，可将数字输入转换为相应的模拟输出电平。一个 N 位 DAC 可以支持 2N输出电平。位数越高，DAC输出分辨率越高。

图1.数模转换器（DAC）框图。

首先，N位数字输入提供给DAC串行寄存器。电压开关和电阻求和网络将数字输入转换为模拟输出电平。DAC图的传输特性如图2所示。对于 3 位 DAC，23数字输入产生八个模拟输出电平。

图2.3位DAC的理想传递函数。

数字转换器错误

在现实世界中，转换器并不理想。由于电阻值、插值和采样的差异，DAC传递函数将不是直线或线性。这些误差称为微分非线性（DNL）和积分非线性（INL）。DNL是输出电平与理想步长的最大偏差。它来自两个连续输出电压电平之间的差异。INL是输入/输出特性与理想传递函数的最大偏差。通过增益和失调校正，可以减少INL误差。

图3中的INL显示了实际传递函数与理想传递函数之间的偏差。DAC的增益误差表示实际传递函数的线性近似斜率与理想传递函数斜率的匹配程度。调整增益将影响绘制时线性近似的角度。失调误差是测量值与所选所需零点偏移点之间的差值。调整偏移量将相应地向上或向下移动整个线性近似值。单个代码的INL是任何给定点的增益误差和失调误差之和。校准后，一旦增益和失调误差最小化，传递函数可以是终点之间的一条线。

图3.INL 误差传递功能。

校准程序

用户可以建立校准程序，以使用增益和失调校正来降低DAC非线性。以下过程解释了示例校准例程的分步过程。

对于 N 位 DAC：

增益校正（GC）：

DAC在最低和最高二进制值处的线性度往往较低。因此，建议在外部二进制值或EC表推荐的校准点之间选择5%至10%以内的校准点。对于下面的计算，我们假设 5% 的校准点。

将DAC输入设置为比最低二进制值高5%。计算预期电压输出并将其记录为 IDEAL1。测量输出电压并将其记录为MEAS1。

将DAC输入设置为低于最高二进制值5%。计算并记录 IDEAL2。测量输出电压并将其记录为MEAS2。

偏移校正 （OC）：

所需的零偏移点因应用而异。用户应根据其应用程序定义最佳值。一些用户可能更喜欢使用零伏特来获得精确的接地参考点。一些用户更喜欢使用其工作范围的中点来最小化整体INL误差。

将DAC的增益校正应用于电压-代码方程的斜率，以建立单位增益。

选择所需的零失调电压点并将其记录为 IDEAL3。使用更新的电压-代码公式计算代码。对计算的代码进行编程，然后测量输出电压并将其记录为MEAS3。

例 1

考虑MAX32007，这是一款八通道DCL，集成了电平设置DAC和PMU开关。MAX32007具有内部DAC，用于电平设置VDH、VDL、VDT/VCOM、VCH、VCL、VCPH和VCPL。这些DAC没有内部校准寄存器。要校准 DAC，请按照以下步骤操作：

按照评估板数据资料中的说明为MAX32007评估（EV）板上电。

将 SMB 连接器 DATA0A 和 NTRM0A 连接到 1.2 V。

通过 50 Ω端接器将 SMB 连接器 NDATA0A 和 TRM0A 接地。

通过USB电缆将评估板连接至Windows® 10 PC。打开MAX32007评估板软件（GUI）。

应用DAC电压电平和驱动器设置，如图4所示。请注意，最低工作VDH DAC值为–1.5 V，最高工作值为4.5 V;在这种情况下，零偏移点值为1.5 V。

图4.使用评估板软件对MAX32007进行DAC级设置。

施加VDH = –1.5 V并测量输出电压值。

施加VDH = 4.5 V并测量输出电压值。

增益校正 = 测量输出电压值之间的差异/理想值之间的差异。例如，（4.501 – （–1.497）） / （4.5 – （–1.5）） = 0.999667

要应用增益校正，请打开“校准”菜单→选项→，如图5所示。

图5.MAX32007 DAC的校准菜单

图6.带有校准寄存器的DAC的INL纠错。

施加VDH = 1.5 V（带增益校正代码）并测量输出电压值。

偏移校正 = 测量输出值 – 理想值。例如 （1.502 – 1.5） = 0.002。

施加增益和失调校正后，

例 2

考虑MAX9979，这是一款双通道DCL，集成了电平设置DAC和PMU。MAX9979具有内部DAC，用于电平设置VDH、VDL、VDT、VCH、VCL、VCPH、VCPL、VCOM、VLDH、VLDL、VIN、VIOS、CLAMPHI/VHH和CLAMPLO。这些DAC具有内部校准寄存器。在示例1中，调整DAC输入代码以最小化INL误差。在示例2中，DAC输入代码保持不变，校准寄存器调整输出级缓冲器以最小化INL误差，如图6所示。要校准DAC，请使用以下过程：

按照评估板数据资料中的说明为MAX9979评估板上电。

将 SMB 连接器 DATA0A 和 NTRM0A 连接到 1.2 V。

通过 50 Ω终结器将 SMB 连接器 NDATA0A 和 TRM0A 接地。

通过USB电缆将评估板连接至Windows 10 PC。打开MAX9979评估软件（GUI）。

应用DAC电压电平和驱动器设置，如图7所示。请注意，VDH DAC的最低推荐值为–1.5 V，最高推荐值为4.5 V，而零失调点值为1.5 V。

图7.使用评估板软件对MAX9979进行DAC级设置

施加VDH = –1.45 V并测量输出电压值。

施加VDH = 6.5 V并测量输出电压值。

增益校正 = 测量输出电压值之间的差异/理想值之间的差异。例如，（6.501 V – （–1.455 V））/（6.5 V – （–1.45 V）） = 1.0007 V。

应用增益校正后，

要应用增益校正，请打开“校准”菜单→选项→，如图5所示。

图8.MAX9979的校准寄存器设置

审核编辑：郭婷