校準MAX9979引腳電子器件

摘要：MAX9979引腳電子器件集成了28路DAC，可對這些DAC進行校準，調整其增益誤差和失調誤差。通過MAX9979內部校準寄存器實現校準，校準后可以得到高線性、高精度的驅動器/PMU/比較器/有源負載，滿足測試行業最為苛刻的要求。

引言

MAX9979為高線性度、雙通道、1.1Gbps引腳電子，集成了PMU和電平設置數/模轉換器(DAC)。該器件共集成了28路16位DAC (每通道14路)。利用器件內部校準寄存器，可對每路施加電平DAC進行單獨的增益誤差和失調誤差調整。這些寄存器允許MAX9979的電平在整個-1.5V至+6.5V工作范圍內校準到優于5mV，本應用筆記將說明如何實現該校準。

緩沖器的增益誤差和失調誤差

MAX9979內部有許多單位增益緩沖器。如果沒有經過校準，每個緩沖器都會產生失調和增益誤差，圖1所示為MAX9979內部一個緩沖器的結構圖。


圖1. MAX9979電平設置結構圖

內部16位DAC輸出驅動失調和增益校準單元的輸入，校準單元用于對單位增益緩沖器的失調和增益誤差進行校準。正是這種結構能夠在MAX9979的整個工作范圍內實現高精度、高線性度和低失調電平。

MAX9979數據資料給出了失調和增益校準寄存器說明，同時也介紹了如何通過內部串行接口對這些寄存器進行訪問和編程。下面部分闡述如何使用MAX9979EVKIT進行校準，MAX9979 EV (評估)板提供了圖片和實際結果(圖2)。

利用MAX9979EVKIT校準MAX9979

圖2. MAX9979EVKIT

上圖所示評估板通過圖形用戶界面(GUI)進行控制，該軟件可從Maxim網站下載。

MAX9979EVKIT電路板設置

1. 按照評估板手冊提供的指令對評估板上電。
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。

完成上述設置后，我們準備開始校準。啟動GUI后可以看到圖3所示界面。


圖3. 啟動后的MAX9979 GUI

點擊DriveHi CH1/CH0快速啟動，觀察并驗證連接到DUT0引腳的DVM可以測到3V電壓。

校準VDH0的步驟

1. 失調調整
   始終在調整增益之前調整失調。
   1. 點擊VDH0電壓單元，將其復位到1.5V。這將使DUT0輸出設置為+1.5V，該電壓為-1.5V < VDH0 < +6.5V工作范圍的中間值。設置VDL0為-2.0V，確保在VDH0逼近VDL0時，VDH0和VDL0之間的壓差至少為0.5V。
   2. 用DVM檢測DUT端的電壓。該電壓不是1.5V，相對于1.5V存在一個失調。
   3. 在兩個方向上調整VDH0的失調滑動條，直到DUT端測量到的電壓接近1.5V設置電壓。至此，即已完成VDH0在MAX9979內部校準寄存器的失調校準電壓編程。不再需要任何調整或移動失調滑動條。
   
   
   
2. 增益調整
   可以在多個點設置VDH0，調整增益校準。可以設置VDH0為-1.5V，調整增益滑動條，然后設置VDH0為+6.5V并驗證測量電壓。然而，在量程端點時具有非線性，當VDH0逼近VDL0時會產生最大線性誤差。
   
   最好的方法是保證器件一直工作在線性最好的區域，這種情況下，可以將VDH0設置在±1.5V之間。
   1. VDL0設置為-2V，保持通過上述失調調整步驟設置的失調校準值。
   2. 設置VDH0為0V (偏離原始設置-1.5V)。
   3. 觀察DUT測量值，調整增益滑動條(保證失調滑動條不動)直到DUT輸出盡可能接近0V。
   4. 設置VDH0為3V (高于原始設置+1.5V)并觀察DUT電壓。
   5. 此時，讀數應該非常接近3.000V。選擇+1.5V作為中心點并對該中心點附近±1.5V進行增益調整。如果在VDH = 3V時的讀數誤差大于預期值(此時應該小于2mV)，則重復步驟2至步驟5，使在0V和3V時的誤差對稱。
   6. 完成調整后，對VDH0從-1.5V至+6.5V進行掃描。畫出編程電壓和測量電壓的誤差偏差圖。

設置VDH0 = +3V，VDL0 = -2V，在完成失調和增益校準后，GUI界面如圖4所示。VDH0失調和增益設置可能與圖示不同，該設置取決于被測試的特定器件。


圖4. 校準后VDH0的失調和增益寄存器設置

校準前后VDH誤差掃描

圖5數據說明：

1. 校準前失調電壓為：
   1. -1.5V = -27mV
   2. +1.5V = +5mV
   3. +6.5V = +54mV
2. 校準后失調電壓為：
   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。對增益的校準點應該選擇在接近-1.5V和+6.5V。此時，在-1.5V處的誤差將會減小，沿著掃描曲線達到+6.5V時誤差會略微增大。

針對兩個通道的每個電平重復進行校準步驟。校準比較器失調需要監測比較器輸出并觀察轉換點，或通過外部器件將比較器置于伺服環中。


圖5. 校準前后DUT0引腳處的DVH (典型值)的誤差測量

保存校準寄存器設置

完成所有寄存器校準后，GUI接口如圖6所示，所有失調和增益寄存器均設置在它們的校準值。除了經過校準的VDH0電平外，其它DAC值為假設數值；對器件進行校準，這些數據會隨之更新。

注意我們只是觀察了CH0頁，在GUI設置中還有3個其它頁面，用于CH0 PMU設置以及CH1的驅動器、PMU設置。完成所有校準后，全部失調和增益的DAC設置將顯示在所有GUI頁面。

這些設置只有在MAX9979上電時保持。如果MAX9979斷電后重新上電，所有這些校準寄存器的設置將丟失，顯示為上電默認值。

此時，通過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串行接口將這些校準常數寫入MAX9979。因此，將這些常數保存到數據表，并在每次上電后將表中內容讀回到MAX9979寄存器非常重要。

評估板可以將這些常數存儲到一個文件進行保存。用戶只需點擊“File”下拉菜單，點擊“Save”，命名一個文件，然后定義存儲該文件的位置。用戶在上電后可以點擊“File”下拉菜單，并點擊“Load”選項。選擇保存校準文件的位置進行加載，即可對MAX9979進行全面校準，以便隨后使用。

“File”下拉菜單的“Save”和“Load”選項還可用于存儲任何設置，包括校準常數。利用該功能，用戶可以逐步裝載數據，簡化特定MAX9979的使用。


圖6. 校準后的失調和增益典型設置

結論

MAX9979電平由其內部提供的16位DAC設置，通過對每個DAC的失調和增益位進行調整即可實現MAX9979電平的校準。校準后可以得到一個高線性度、高精度的驅動器/PMU/比較器/有源負載，滿足測試行業的嚴格要求。所有這些功能已經集成在MAX9979引腳電子器件內。

使用本文討論的方法，借助MAX9979數據資料，可以對器件的所有功能進行測試、分析和應用。