在数据转换系统中校准增益误差的方法

2011-10-28 10:22:23来源: 互联网


图1. 增益和失调误差

数字校准增益误差

增益误差是由模拟信号链路的非理想增益和电压基准的误差造成的。这个误差可以通过数字化方式进行校准。但是,数字校准要求系统使用高分辨率转换器,这会增加系统成本。

以下示例解释了这种数字校准方法。系统采用理想的DAC和非理想模拟输出放大器建模(图2)。简单起见,假设DAC分辨率只有4位。



图2. 数字增益校准系统

首先考虑理想状态下系统增益误差为零,AV = 1。当DAC输入码增大时,输出电压相应于2.5V (VREF = 2.5V)开始增加。虽然该示例有些极端,但为了使状态更真实,假设增益AV达到1.1 (增益误差 = 10%)。如果继续增大输出电压,码值将保持在15,此时的VOUT = 2.75V。我们可以通过查找表或在数字域采取某种算法修改DAC码值,实现数字化校准。为了将1.1倍增益校准到1.0倍增益,需要乘以:1/1.1 = 0.909 (图3)。图中给出了理想的未校准和已校准系统的特性曲线。



图3. 数字化校准DAC系统

图3显示了一个理想DAC的特性和一个未经校准、增益误差为+10%的系统特性。通过调整DAC码值,可以修正+10%的增益误差。但是,从校准码和微分非线性可以很容易发现这种方法存在的一个问题。开始时,DAC码值正常递增,具有一个固定的正DNL。INL逐渐增大直到达到0.5 LSB INL,此时在输入码值从5增加到6时校准码没有递增。通过进一步观察可以看出,无论是否采取校准,INL将一直增大到0.5 LSB,直到INL被修正到1 LSB为止。DNL在某些点达到了±1 LSB。为了解决上述问题必须提高DAC的分辨率。

这种情况下数字校准增益误差非常有效,事实上,Maxim的几款器件也都采用了这项技术,包括MAX5774。MAX5774是32通道、16位DAC,电路比较复杂。该产品系列包括乘法器和加法器,可以校准增益和失调误差。

用这种数字方法进行校准的主要优点是:校准可以很容易地利用ATE实现。但是,有些情况下这也是缺点,因为需要使用ATE。查找表或校准系数的构建和编程可以通过手动方式完成,但在实际生产中非常耗时而且价值不大。

通过调整电压基准校准增益误差

另外一种校准增益误差的方法是调整电压基准。这种方法特别适合要求高精度、但分辨率不一定很高的系统。

这种方式的关键是需要一个可微调的基准源,如MAX*3。该基准源的初始(调整前)精度为0.04%,-40°C至+125°C范围内温度系数达到3ppm。表1列出了其它可微调的电压基准。

MAX*3可以简单地通过在输出端、地和微调引脚之间增加一个电位器调整(图4)。



图4. MAX*3典型工作原理图

MAX*3的输出电压可以通过下式进行微调:



实现电压基准微调

这种增益校准方法可通过两种方式实现:机械式电位器或数字电位器。

表面上,机械电位器调节非常便利。但这个方法存在一个缺点:很难实现自动校准。一种替代方案是采用数字电位器,提供简便的自动校准,能够在最终测试时支持校准甚至是自动进行现场校准。

图4给出了一个性能优异的电位器示例MAX5436,该电位器为128抽头、低漂移数字电位器,采用SPI?接口。MAX5436连接很简单,无需外围元件,调整范围为-5.36%至+6%,分辨率范围为0.08%至0.1%。绝大多数应用中,这个范围和分辨率足以满足要求。

结论

我们探讨了数据转换系统中的增益误差校准问题。常用的数字校准方法会带来额外的积分非线性误差(该误差可以被修正)。但这个误差还会导致在修正点上出现额外的±1 LSB的微分非线性误差。如果实际应用不能接受这个误差,则必须选择更高分辨率的转换器,当然,这会增加成本。

也可以通过调整电压基准实现校准,即可以用机械电位器手动校准,也可以用数字电位器,从而避免数字方法中引入的额外DNL和INL误差。

表1. Maxim提供的可微调电压基准

关键字:数据转换  校准  增益误差

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2011/1028/article_12693.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
数据转换
校准
增益误差

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved