校准MAX9979引脚电子器件

校准MAX9979引脚电子器件

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

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

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

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

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

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

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。