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