应用笔记 4460

校准MAX9979引脚电子器件

By: Bernard Hyland

摘要 : MAX9979引脚电子器件集成了28路DAC,可对这些DAC进行校准,调整其增益误差和失调误差。通过MAX9979内部校准寄存器实现校准,校准后可以得到高线性、高精度的驱动器/PMU/比较器/有源负载,满足测试行业最为苛刻的要求。

引言

MAX9979为高线性度、双通道、1.1Gbps引脚电子,集成了PMU和电平设置数/模转换器(DAC)。该器件共集成了28路16位DAC (每通道14路)。利用器件内部校准寄存器,可对每路施加电平DAC进行单独的增益误差和失调误差调整。这些寄存器允许MAX9979的电平在整个-1.5V至+6.5V工作范围内校准到优于5mV,本应用笔记将说明如何实现该校准。

缓冲器的增益误差和失调误差

MAX9979内部有许多单位增益缓冲器。如果没有经过校准,每个缓冲器都会产生失调和增益误差,图1所示为MAX9979内部一个缓冲器的结构图。

图1. MAX9979电平设置结构图
图1. MAX9979电平设置结构图

内部16位DAC输出驱动失调和增益校准单元的输入,校准单元用于对单位增益缓冲器的失调和增益误差进行校准。正是这种结构能够在MAX9979的整个工作范围内实现高精度、高线性度和低失调电平。

MAX9979数据资料给出了失调和增益校准寄存器说明,同时也介绍了如何通过内部串行接口对这些寄存器进行访问和编程。下面部分阐述如何使用MAX9979EVKIT进行校准,MAX9979 EV (评估)板提供了图片和实际结果(图2)。

利用MAX9979EVKIT校准MAX9979

图2. MAX9979EVKIT
图2. MAX9979EVKIT

上图所示评估板通过图形用户界面(GUI)进行控制,该软件可从Maxim网站下载。

MAX9979EVKIT电路板设置

  1. 按照评估板手册提供的指令对评估板上电。
  2. 将DATA0引脚连接到0.8V。
  3. 将DATA0/引脚连接到0V。
  4. 将RCV0引脚连接到0V。
  5. 将RCV0/引脚连接到0.8V。
  6. 将高精密DVM连接到DUT0引脚。
  7. 装载GUI软件。
完成上述设置后,我们准备开始校准。启动GUI后可以看到图3所示界面。

图3. 启动后的MAX9979 GUI
图3. 启动后的MAX9979 GUI

点击DriveHi CH1/CH0快速启动,观察并验证连接到DUT0引脚的DVM可以测到3V电压。

校准VDH0的步骤

  1. 失调调整
    始终在调整增益之前调整失调。
    1. 点击VDH0电压单元,将其复位到1.5V。这将使DUT0输出设置为+1.5V,该电压为-1.5V < VDH0 < +6.5V工作范围的中间值。设置VDL0为-2.0V,确保在VDH0逼近VDL0时,VDH0和VDL0之间的压差至少为0.5V。
    2. 用DVM检测DUT端的电压。该电压不是1.5V,相对于1.5V存在一个失调。
    3. 在两个方向上调整VDH0的失调滑动条,直到DUT端测量到的电压接近1.5V设置电压。至此,即已完成VDH0在MAX9979内部校准寄存器的失调校准电压编程。不再需要任何调整或移动失调滑动条。


  2. 增益调整
    可以在多个点设置VDH0,调整增益校准。可以设置VDH0为-1.5V,调整增益滑动条,然后设置VDH0为+6.5V并验证测量电压。然而,在量程端点时具有非线性,当VDH0逼近VDL0时会产生最大线性误差。

    最好的方法是保证器件一直工作在线性最好的区域,这种情况下,可以将VDH0设置在±1.5V之间。
    1. VDL0设置为-2V,保持通过上述失调调整步骤设置的失调校准值。
    2. 设置VDH0为0V (偏离原始设置-1.5V)。
    3. 观察DUT测量值,调整增益滑动条(保证失调滑动条不动)直到DUT输出尽可能接近0V。
    4. 设置VDH0为3V (高于原始设置+1.5V)并观察DUT电压。
    5. 此时,读数应该非常接近3.000V。选择+1.5V作为中心点并对该中心点附近±1.5V进行增益调整。如果在VDH = 3V时的读数误差大于预期值(此时应该小于2mV),则重复步骤2至步骤5,使在0V和3V时的误差对称。
    6. 完成调整后,对VDH0从-1.5V至+6.5V进行扫描。画出编程电压和测量电压的误差偏差图。
设置VDH0 = +3V,VDL0 = -2V,在完成失调和增益校准后,GUI界面如图4所示。VDH0失调和增益设置可能与图示不同,该设置取决于被测试的特定器件。

图4. 校准后VDH0的失调和增益寄存器设置
图4. 校准后VDH0的失调和增益寄存器设置

校准前后VDH误差扫描

图5数据说明:
  1. 校准前失调电压为:
    1. -1.5V = -27mV
    2. +1.5V = +5mV
    3. +6.5V = +54mV
  2. 校准后失调电压为:
    1. -1.5V = -3mV
    2. +1.5V = -0.1mV
    3. +6.5V = +0.1mV
在-1.5V处的误差与VDH0逼近VDL0的程度有关。对增益的校准点应该选择在接近-1.5V和+6.5V。此时,在-1.5V处的误差将会减小,沿着扫描曲线达到+6.5V时误差会略微增大。

针对两个通道的每个电平重复进行校准步骤。校准比较器失调需要监测比较器输出并观察转换点,或通过外部器件将比较器置于伺服环中。

图5. 校准前后DUT0引脚处的DVH (典型值)的误差测量
图5. 校准前后DUT0引脚处的DVH (典型值)的误差测量

保存校准寄存器设置

完成所有寄存器校准后,GUI接口如图6所示,所有失调和增益寄存器均设置在它们的校准值。除了经过校准的VDH0电平外,其它DAC值为假设数值;对器件进行校准,这些数据会随之更新。

注意我们只是观察了CH0页,在GUI设置中还有3个其它页面,用于CH0 PMU设置以及CH1的驱动器、PMU设置。完成所有校准后,全部失调和增益的DAC设置将显示在所有GUI页面。

这些设置只有在MAX9979上电时保持。如果MAX9979断电后重新上电,所有这些校准寄存器的设置将丢失,显示为上电默认值。

此时,通过串行接口编程可以更新这些寄存器。终端用户还需要在上电后通过串行接口将这些校准常数写入MAX9979。因此,将这些常数保存到数据表,并在每次上电后将表中内容读回到MAX9979寄存器非常重要。

评估板可以将这些常数存储到一个文件进行保存。用户只需点击“File”下拉菜单,点击“Save”,命名一个文件,然后定义存储该文件的位置。用户在上电后可以点击“File”下拉菜单,并点击“Load”选项。选择保存校准文件的位置进行加载,即可对MAX9979进行全面校准,以便随后使用。

“File”下拉菜单的“Save”和“Load”选项还可用于存储任何设置,包括校准常数。利用该功能,用户可以逐步装载数据,简化特定MAX9979的使用。

图6. 校准后的失调和增益典型设置
图6. 校准后的失调和增益典型设置

结论

MAX9979电平由其内部提供的16位DAC设置,通过对每个DAC的失调和增益位进行调整即可实现MAX9979电平的校准。校准后可以得到一个高线性度、高精度的驱动器/PMU/比较器/有源负载,满足测试行业的严格要求。所有这些功能已经集成在MAX9979引脚电子器件内。

使用本文讨论的方法,借助MAX9979数据资料,可以对器件的所有功能进行测试、分析和应用。

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