自動校準(zhǔn)技術(shù)將DAC失調(diào)降至1mV以下

N位雙極性數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的傳遞函數(shù)為：

其中A為模擬輸出，D為數(shù)字輸入，G為增益，V司 司長 是標(biāo)稱滿量程電壓，并且V操作系統(tǒng) 是失調(diào)電壓。對于理想的DAC，G = 1和V操作系統(tǒng) = 0。

失調(diào)誤差規(guī)格與系統(tǒng)要求相結(jié)合，將決定是否需要校準(zhǔn)。AD5360 16位、16通道DAC經(jīng)過工廠調(diào)整，但仍可能存在幾毫伏的失調(diào)。以下示例顯示了簡單的軟件算法如何將未知失調(diào)降低到小于1 mV（典型值）。該技術(shù)可用于工廠校準(zhǔn)，或用于DAC生命周期中任何點的失調(diào)校正。

AD5360的失調(diào)DAC用于設(shè)置輸出范圍，可以是單極性正、單極性負(fù)、雙極性中心或雙極性偏斜。當(dāng)使用10 V基準(zhǔn)電壓源時，失調(diào)DAC的默認(rèn)值設(shè)置±5 V輸出范圍。失調(diào)DAC也存在失調(diào)誤差。<> 個 DAC 輸出在出廠時經(jīng)過修整，失調(diào) DAC 處于默認(rèn)值，因此該誤差被修整掉。當(dāng)失調(diào)DAC發(fā)生變化時，其失調(diào)誤差會影響主DAC輸出的失調(diào)誤差。

AD5360的兩個特性簡化了失調(diào)校準(zhǔn)：GPIO引腳，可通過讀取寄存器來確定其狀態(tài);以及集成的監(jiān)視器多路復(fù)用器，允許在軟件控制下將 16 個 DAC 輸出或兩個外部電壓中的任何一個切換到單個引腳。

操作理論

失調(diào)校準(zhǔn)程序如下：比較器監(jiān)視兩個電壓，MON_OUT，DAC輸出包含未知失調(diào);和SIGGND，DAC的接地參考。比較器輸出指示未知失調(diào)是高于還是低于SIGGND。DAC的輸出遞增或遞減，直到比較器輸出切換，表明DAC輸出與比較器可以檢測到的SIGGND一樣接近。比較器輸出連接到GPIO引腳;其狀態(tài)可以通過讀取相應(yīng)的寄存器來確定。電路圖如圖1所示。

AD5360的多路復(fù)用器將選定的DAC輸出連接到MON_OUT。它的開關(guān)具有低但有限的R德森，因此從MON_OUT汲取的任何電流都會在RDS上產(chǎn)生壓降，從而產(chǎn)生輸出誤差。為防止這種情況，MON_OUT由低噪聲放大器AD8597緩沖。放大器后面的低通濾波器可降低快速、精密比較器AD790的噪聲量，并防止誤觸發(fā)。AD790可采用±15V電源供電，與AD5360兼容。此外，AD790的最大差分輸入電壓為15 V，因此可以承受AD5360的輸出電壓而不會衰減。在圖1中，如果通道失調(diào)為正，則比較器輸出將很低，這表明需要降低輸出電壓以消除失調(diào)。如果通道失調(diào)為負(fù)，則比較器輸出將很高，表明需要增加輸出電壓以消除失調(diào)。

圖1.電路圖

配置AD5360的監(jiān)控多路復(fù)用器和GPIO。

將 0x0C002X（其中 X 是所需的輸出通道）寫入監(jiān)視器特殊功能寄存器，可使監(jiān)視器多路復(fù)用器并選擇所需的通道。完成此操作后，MON_OUT將提供與所選通道相同的輸出電壓。GPIO 特殊功能寄存器的位 0 指示 GPIO 引腳的狀態(tài)。有關(guān)讀寫寄存器的信息，請參考AD5360數(shù)據(jù)手冊。

校準(zhǔn)通道

圖2顯示了校準(zhǔn)程序。DAC通道加載0x8000，理想情況下應(yīng)提供等于SIGGND（即0 V）的電壓。在本例中，假定DAC通道具有負(fù)失調(diào)。讀取GPIO寄存器顯示比較器輸出為低電平，表明輸入必須遞增，直到輸出切換。當(dāng)更高的代碼逐漸寫入DAC輸入寄存器時，GPIO寄存器被讀取，直到比較器切換。圖 2 顯示這種情況發(fā)生在代碼 0x8009。AD790的最大遲滯帶為0.65 mV，因此再次降低DAC代碼可以更準(zhǔn)確地確定DAC失調(diào)。比較器輸出在代碼0x8006處再次切換。因此，將輸出最接近 SIGGND 的值介于代碼 0x8006 和 0x8009 之間。在此示例中，代碼0x8007是更好的選擇，但無法確定使用此系統(tǒng)哪個代碼將提供最佳輸出。比較器和運算放大器失調(diào)使得無法確定兩個比較器跳變點中的哪個代碼提供最佳結(jié)果，但在這兩種情況下，DAC通道通常為SIGGND的<1 mV。

結(jié)論

該技術(shù)可以使用軟件算法和一些外部元件將未知失調(diào)誤差降低到1 mV以下。

審核編輯：郭婷