如何成功校准开环DAC信号链

　　作者：Martina Mincica 和 Alice O‘Keeffe

任何实际的电子应用程序都会受到多种错误来源的影响， 可以使最精确的组件偏离其数据手册的行为。 当应用信号链没有针对这些误差进行自我调整的内置机制时，将其影响降至最低的唯一方法是测量 它们并系统地校准它们。

开环系统是指不使用其输出来执行调整的系统 控制其输入上的操作以实现所需的性能，同时在 闭环系统，输出取决于系统中的控制动作，该动作可以 自动实施更正以提高性能。大多数数模转换器（DAC）信号链是一劳永逸型系统，其中 输出的精度必须取决于信号链中每个模块的精度。 一劳永逸系统是一个开环系统。对于开环系统 需要高精度，很可能需要并建议进行校准。

我们将介绍两种类型的DAC信号链校准：TempCal（工作温度下的校准），它可以提供最佳的纠错水平， 和 SpecCal（使用规范进行校准），这是一种有效的替代方案 当使用TempCal是不可能的，但它并不那么全面。

 

	温度钙	斯佩克卡尔
DAC 固有误差	✓	✓
关键部件固有误差	✓	可以包含（例如，V裁判)
其他系统级错误	✓	x

 

DAC的类型

单极性电压DAC只能提供正输出或负输出。 本文将以AD5676R为例，以单极性DAC为例，以及如何 以准确校准它。同样的方法可以用来使必要的 使用其他类型的 DAC 进行调整。

AD5766等双极性电压DAC可以实现正输出和负输出。

电流输出DAC通常用于乘法配置（MDAC） 提供可变增益;它们通常需要外部放大器来缓冲 固定电阻两端产生的电压。

精密电流源DAC （IDAC），如AD5770R和LTC2662，是 一类新的DAC，可以在预定义的输出电流中精确设置输出电流 范围，无需任何额外的外部组件。

DAC传递函数理论和本征误差

理想的数模转换器产生的模拟输出电压或电流与输入数字代码完全成比例，并且与不需要的数字代码无关 外部影响，如电源和参考变化。 对于理想电压输出DAC，输出增加为单步增加 在输入数字代码中称为LSB，定义为：

哪里：

（VREF+） 和 （VREF-） 是正基准电压和负基准电压。在一些 情况 （VREF-） 等于地 （0 V）。

n 是以位为单位的 DAC 分辨率。

低音水平大小（V） 是 DAC 输出的最小增量（以伏特为单位）。

这意味着对于任何给定的输入代码，一旦LSB已知，它应该是 可以准确预测DAC的电压输出。

实际上，DAC输出的精度受增益和失调误差的影响 DAC（固有误差）和信号链中的其他元件（系统级误差）。例如，一些DAC具有集成输出放大器，而其他DAC则需要一个可能成为额外误差源的放大器。

在数据手册中，最相关的规格在术语中定义 部分。对于DAC，本节列出了失调误差和增益误差等参数。

零电平误差是零码（0x0000）时输出误差的测量值 加载到DAC寄存器。

图1显示了失调和增益误差如何影响DAC传递函数 单极性电压DAC。

增益误差是DAC量程误差的测量值，紫色显示在 图1.增益误差是DAC传输特性与理想值的斜率偏差。理想的DAC传输以黑色显示。

失调误差是实际值和理想值之差的量度 输出，在传递函数的线性区域中，如图1中的蓝色所示。 请注意，蓝色传递函数是插值的，以满足 y 轴 负 V外并确定失调误差。

图1.单极性DAC的失调误差和增益误差表示。

增益误差和失调误差的影响如图4的蓝色图所示。

相同的参数也与它们如何变化（漂移）有关 温度变化。

零码误差漂移是零码误差随变化的变化的度量 在温度上。

增益误差温度系数是增益变化的量度 温度变化错误。

失调误差漂移是失调误差随变化而变化的测量值 在温度上。

温度变化对电子系统的精度起着重要作用。 而DAC的固有增益和失调误差通常由 关于温度，系统的其他组件可以具有 对输出总失调和增益的影响。

因此，即使DAC的INL和DNL非常具有竞争力，还有其他 要考虑的错误，尤其是与温度有关的误差。最近的 DAC 指定总未调整误差 （TUE） 作为输出误差的度量 考虑所有各种误差，即INL误差、失调误差、增益误差、 以及电源和温度范围内的输出漂移。TUE 以 %FSR 表示。

当数据手册未指定DAC的TUE时，可以使用 称为 RSS 或和方根的技术 - 一种用于对不相关的错误源求和以进行错误分析的技术。

还有其他较小的错误源通常被省略，因为它们 不太相关的贡献，如输出漂移等。

系统中每个组件的每个规格都必须转换 进入相同的单位。这可以使用表 2 完成。

 

	低音水平	伏	%FSR	公私合一
低音水平		LSB/2N× V裁判	LSB/2N× 100	LSB/2N× 106
伏	（V × 2N）/V裁判		V/V裁判× 100	V/V裁判× 106
%FSR	（%FSR）/100 × 2N	%FSR/100 × V裁判		%FSR × 104
公私合一	PPM/106× 2N	PPM/106× V裁判	PPM/104

 

TUE 是一笔巨大的资产，可以简洁地解释 DC DAC 输出的精度 内在误差总和的结果;但是，它不考虑系统级误差，系统级误差因DAC的信号链而异 及其环境。

值得注意的是，一些DAC的输出中内置了缓冲器/放大器。 在这种情况下，载物台和数据手册规格反映了两者的影响 部分内在错误。

系统级错误

当尝试分析给定应用的DAC信号链误差预算时， 系统设计人员应考虑并验证不同组件的贡献，注意系统的预期温度 来操作。根据最终应用的不同，可以有许多不同的 信号链的构建模块，包括电源 IC、缓冲器或放大器， 以及可能导致系统级误差的不同类型的有源负载。

 

参考来源

 

每个DAC都需要一个基准电压源才能工作。参考源是一个 DAC和整个信号链精度的主要贡献因素。

关键参考性能规格也可在独立中定义 参考数据手册，如ADR45xx系列，或作为DAC数据手册的一部分，如果 设备具有可供用户使用的内部参考源。

定义压差，有时称为电源电压裕量 作为输入和输出之间的最小电压差，使得 输出电压保持在 0.1% 的精度以内。

温度系数（TC 或 TCV外） 与输出电压的变化有关 设备环境温度的变化，由 输出电压为 25°C。 The TCV外对于ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550，A级和B级在三种温度下进行了全面测试： −40°C、+25°C 和 +125°C The TCV外对于C级经过三个全面测试 温度：0°C、+25°C 和 +70°C。 此参数使用两个指定 方法。盒子方法是最常用的方法，它占 温度系数在整个温度范围内，而领结 该方法从+25°C计算最坏情况斜率，因此更有用 适用于在 +25°C 下校准的系统

对于某些DAC，与外部基准电压源相比，外部基准电压源表现出更好的性能 到集成引用。基准电压直接影响传输 函数，因此此电压的任何变化都会成比例地改变 传递函数，即增益。

值得注意的是，一些DAC具有内置缓冲内部基准和 本例中的数据手册规格反映了这些内部的影响 块作为固有错误的一部分。

 

线路调节

 

线路调整率为每个独立IC定义，作为变化充当电源 响应输入的给定变化的输出。这适用于电源， 缓冲器和基准电压源IC，用于保持其输出电压 无论输入如何，都稳定。线路调整率通常在数据手册中指定 环境温度。

 

负载调整率

 

负载调整率定义为 负载电流的变化。电压输出通常经过缓冲以减少影响 这种变化。某些DAC可能无法缓冲基准输入。因此，作为 代码改变，参考输入阻抗也会改变，导致 基准电压的变化。对输出的影响通常很小，但应该 在高精度应用中考虑。这通常在数据中指定 片材在环境温度下。

 

焊料耐热性偏移

 

焊料耐热性（SHR）偏移与参考源特别相关。 它是指由暴露引起的输出电压的永久偏移 回流焊并表示为输出电压的百分比。请参阅的 有关更多详细信息，ADR45xx系列数据手册。一般来说，所有的IC都是以某种方式 受SHR偏移的影响，但这并不总是可以量化的，它在很大程度上取决于 在应用程序的特定系统程序集上。

 

长期稳定性

 

长期稳定性定义了输出电压随时间的变化，以ppm/1000小时为单位。应用程序的长期稳定性可以通过以下方式提高 PCB 级老化。

开环校准理论

DAC信号链简化图如图2所示。概述的块 黑色表示简化的开环信号链，而灰色表示 是实现闭环所需的附加组件的示例 信号链。

图2.DAC信号链简化图

闭环选项需要额外的组件和通过软件进行数字数据处理，以提供更准确的输出。当这些额外的 由于各种原因（空间、成本等）无法添加资源，开环 解决方案仍然有效 — 前提是它能够提供所需的准确性。这就是哪里 本文有助于阐明如何进行开环校准。

从理论上讲，校准增益和失调误差是没有外部影响的常数是一个简单的过程。传递函数的线性区域 的DAC可以建模为直线，描述如下：

哪里：

y 是输出。

m是考虑增益误差的传递函数斜率（图1中紫色显示）。

x 是 DAC 的输入。

c是失调电压（在图1中以蓝色显示）。

理想情况下，m 始终为 1，c 始终为零。在实践中，它们占 DAC的增益和失调误差，一旦知道，就可以考虑它们 在DAC输入中实现更接近理想DAC输出的数字。增益 可以通过将数字DAC输入乘以倒数来校准 增益误差。失调误差可以通过添加 测量的数字DAC输入失调误差。

下面的公式显示了如何计算正确的DAC输入以产生 所需电压：

哪里：

 

请注意，失调误差可以是正的，也可以是负的。

另请参阅“数模转换器的开环校准技术”模拟对话文章。

如何成功校准DAC信号链

在本节中，我们将介绍如何校准DAC信号中的失调和增益 以AD5676R为例。对于所有测量， EVAL-AD5676评估套件在使能AD5676R内部基准电压源的情况下使用。EVAL-AD5676板和测量设置都是一部分 我们在示例中测量的信号链。这个的每个组成部分 信号链（板上的电源IC，AD5676R，布局引入的寄生效应 和连接器等）导致系统错误。这个想法是为了展示 如何校准该系统作为任何其他选择系统的示例。

EVAL-SDP-CB1Z Blackfin® SDP 控制器板 （SDP-B） 用于通信 在EVAL-AD5676评估套件上使用AD5676R，并使用8位数字万用表 测量V的输出电压外0.气候室用于控制 由 EVAL-SDP-CB1Z 和 EVAL-AD5676 制成的整个系统的温度 AD5676R采用内部基准电压源。

EVAL-AD5676按照用户指南中的说明上电，链路配置如表3所示。

 

链接编号	位置
朝鲜族	一个
MKS	一个
MKR	一个
LK4	一个

 

首先，对未校准的信号链误差（NoCal）进行评估 不同的温度。计算输出误差时考虑了 理想值与特定测量值之间的LSB差异 输入代码。该误差包括DAC的固有误差和外在误差 以及EVAL-AD5676板上的整体信号链。输出错误，无 校准如图3所示。

图3.EVAL-AD5676 输出误差（含无钙时以 LSB 为单位）

计算失调和增益误差以及随后 校正代码驻留在传递函数中。需要两点 那个：一个接近零尺度的数据点（ZSLIN）和一个接近满尺度的数据点（FSLIN）。这 想法是在DAC的线性区域工作。通常提供此信息 与 INL 和 DNL 规范一起，最有可能在规格表的尾注中。为 例如，AD5676R的线性区域从代码256和代码65280开始。

图4所示为解释DAC线性区域的示意图。

图4.单极性电压DAC传递函数和误差。

一旦 ZS林和FS林代码已经确定，我们可以收集校准所需的测量值，即这两个的DAC电压输出 代码 （V外在ZS林和 V外在FS林），加上介于两者之间的其他一些代码（1/4 比例， 中量程和 3/4 比例）

应在应用的工作温度下收集测量值。如果无法做到这一点，则信号链中器件的数据手册 可用于推导出所需的信息，一旦两个主要数据点 已在环境收集。

信号链中的每个器件都会导致误差，并且每个电路板都不同 从另一个，所以它应该单独校准。

温度校准：在工作温度下校准

通过在工作温度下测量应用环境中的误差并系统地纠正 它们在写入 DAC 以更新输出时。

要使用此方法校准DAC，在系统温度下 工作时，在代码ZSLIN和FSLIN处测量DAC输出。构造 传递函数如下：

 

 

 

 

 

哪里：

VOE= 失调误差 （V）

VFS，LIN，ACT= 满量程的实际输出林

VZS，LIN，ACT= ZS 的实际输出林

VFS，林，理想= 满量程时的理想输出林

VZS，林，理想= ZS 的理想输出林

请注意，失调误差可以是正的，也可以是负的。

图5显示了采用TempCal方法的EVAL-AD5676评估套件实现的输出误差。

图5.在不同温度下，LSB 中的系统输出误差与温度校准。

规格：使用规格进行校准

如果无法在工作温度下测量应用环境中的误差，仍然可以使用 AD5676R数据手册和在环境温度下校准的DAC传递函数。

要使用此方法校准DAC，请在代码ZS处测量DAC输出林和FS林在环境温度下。按所述构造传递函数 在温度校准部分，通过计算环境和 应用公式14。

哪里：

通用 电气磁力轴承= 环境温度下的增益误差

VOE，磁力= 环境温度下的失调误差 （V）

在环境温度下校准DAC信号链会考虑系统级 错误。但是，由于温度变化引起的外部误差的变化 没有说明;因此，这种校准方法不如 温度校准法。

由于工作温度变化而导致的固有DAC误差漂移，即失调和增益误差，可以使用数据手册规格来考虑。 这就是我们所说的SpecCal。失调误差漂移的典型值列于AD5676R数据手册的规格表中，失调误差随温度的典型性能特性（TPC）表示误差漂移的方向取决于环境温度的升高或降低。

温度引起的增益误差变化在增益误差与 温度TPC。从图中确定以FSR百分比为单位的增益误差并应用 等式 16.

现在我们已经估算了工作温度下的失调误差和增益误差，可以使用公式17来确定SpecCal输出的输入代码。

哪里：

图6显示了EVAL-AD5676评估套件的输出误差 SpecCal方法。

图6.不同温度下 LSB 和 SpecCal 的系统输出误差。

本例中使用了内部基准。外部引用可以添加到 整体错误。参考源引起的错误可以使用 参考数据手册，考虑了基准电压源在 利息。基准电压的变化会改变实际输出范围，从而改变 LSB 大小。如果使用外部基准，则应考虑到这一点。这 温度与输出电压的关系 TPC可用于确定 基准漂移引起的输出范围。

哪里：

结论

本文概述了DAC信号链中误差的一些主要原因。 包括数据手册和系统级中定义的DAC固有误差 误差因系统而异，必须在开环应用中加以考虑。

已经讨论了两种校准方法，一种用于何时可以使用DAC 在系统工作温度下校准，在无法在工作温度下校准时进行第二次校准，但可以在环境温度下进行测量。第二种方法使用TPC和DAC数据手册中概述的规格以及其他 信号链中的IC，用于考虑增益和失调误差漂移。

TempCal方法可以达到比SpecCal方法更好的精度。为 例如，图7显示了EVAL-AD5676板在50°C下的温度如何 方法达到了非常接近理想的精度水平，而 SpecCal 方法仍然设法从NoCal数据中提供了改进。

图7.50°C 时，无钙、规格和温度校准时系统输出误差以 LSB 为单位。

温度变化对电子系统的精度起着重要作用。 在系统工作温度下校准可以抵消大多数误差。如果 这是不可能的，可以使用DAC和其他IC数据手册中提供的信息来解决温度变化问题，以实现 可接受的程度

任何实际的电子应用程序都会受到多种错误来源的影响， 可以使最精确的组件偏离其数据手册的行为。 当应用信号链没有针对这些误差进行自我调整的内置机制时，将其影响降至最低的唯一方法是测量 它们并系统地校准它们。

开环系统是指不使用其输出来执行调整的系统 控制其输入上的操作以实现所需的性能，同时在 闭环系统，输出取决于系统中的控制动作，该动作可以 自动实施更正以提高性能。大多数数模转换器（DAC）信号链是一劳永逸型系统，其中 输出的精度必须取决于信号链中每个模块的精度。 一劳永逸系统是一个开环系统。对于开环系统 需要高精度，很可能需要并建议进行校准。

我们将介绍两种类型的DAC信号链校准：TempCal（工作温度下的校准），它可以提供最佳的纠错水平， 和 SpecCal（使用规范进行校准），这是一种有效的替代方案 当使用TempCal是不可能的，但它并不那么全面。

 

	温度钙	斯佩克卡尔
DAC 固有误差	✓	✓
关键部件固有误差	✓	可以包含（例如，V裁判)
其他系统级错误	✓	x

 

DAC的类型

单极性电压DAC只能提供正输出或负输出。 本文将以AD5676R为例，以单极性DAC为例，以及如何 以准确校准它。同样的方法可以用来使必要的 使用其他类型的 DAC 进行调整。

AD5766等双极性电压DAC可以实现正输出和负输出。

电流输出DAC通常用于乘法配置（MDAC） 提供可变增益;它们通常需要外部放大器来缓冲 固定电阻两端产生的电压。

精密电流源DAC （IDAC），如AD5770R和LTC2662，是 一类新的DAC，可以在预定义的输出电流中精确设置输出电流 范围，无需任何额外的外部组件。

DAC传递函数理论和本征误差

理想的数模转换器产生的模拟输出电压或电流与输入数字代码完全成比例，并且与不需要的数字代码无关 外部影响，如电源和参考变化。 对于理想电压输出DAC，输出增加为单步增加 在输入数字代码中称为LSB，定义为：

哪里：

（VREF+） 和 （VREF-） 是正基准电压和负基准电压。在一些 情况 （VREF-） 等于地 （0 V）。

n 是以位为单位的 DAC 分辨率。

低音水平大小（V） 是 DAC 输出的最小增量（以伏特为单位）。

这意味着对于任何给定的输入代码，一旦LSB已知，它应该是 可以准确预测DAC的电压输出。

实际上，DAC输出的精度受增益和失调误差的影响 DAC（固有误差）和信号链中的其他元件（系统级误差）。例如，一些DAC具有集成输出放大器，而其他DAC则需要一个可能成为额外误差源的放大器。

在数据手册中，最相关的规格在术语中定义 部分。对于DAC，本节列出了失调误差和增益误差等参数。

零电平误差是零码（0x0000）时输出误差的测量值 加载到DAC寄存器。

图1显示了失调和增益误差如何影响DAC传递函数 单极性电压DAC。

增益误差是DAC量程误差的测量值，紫色显示在 图1.增益误差是DAC传输特性与理想值的斜率偏差。理想的DAC传输以黑色显示。

失调误差是实际值和理想值之差的量度 输出，在传递函数的线性区域中，如图1中的蓝色所示。 请注意，蓝色传递函数是插值的，以满足 y 轴 负 V外并确定失调误差。

图1.单极性DAC的失调误差和增益误差表示。

增益误差和失调误差的影响如图4的蓝色图所示。

相同的参数也与它们如何变化（漂移）有关 温度变化。

零码误差漂移是零码误差随变化的变化的度量 在温度上。

增益误差温度系数是增益变化的量度 温度变化错误。

失调误差漂移是失调误差随变化而变化的测量值 在温度上。

温度变化对电子系统的精度起着重要作用。 而DAC的固有增益和失调误差通常由 关于温度，系统的其他组件可以具有 对输出总失调和增益的影响。

因此，即使DAC的INL和DNL非常具有竞争力，还有其他 要考虑的错误，尤其是与温度有关的误差。最近的 DAC 指定总未调整误差 （TUE） 作为输出误差的度量 考虑所有各种误差，即INL误差、失调误差、增益误差、 以及电源和温度范围内的输出漂移。TUE 以 %FSR 表示。

当数据手册未指定DAC的TUE时，可以使用 称为 RSS 或和方根的技术 - 一种用于对不相关的错误源求和以进行错误分析的技术。

还有其他较小的错误源通常被省略，因为它们 不太相关的贡献，如输出漂移等。

系统中每个组件的每个规格都必须转换 进入相同的单位。这可以使用表 2 完成。

 

	低音水平	伏	%FSR	公私合一
低音水平		LSB/2N× V裁判	LSB/2N× 100	LSB/2N× 106
伏	（V × 2N）/V裁判		V/V裁判× 100	V/V裁判× 106
%FSR	（%FSR）/100 × 2N	%FSR/100 × V裁判		%FSR × 104
公私合一	PPM/106× 2N	PPM/106× V裁判	PPM/104

 

TUE 是一笔巨大的资产，可以简洁地解释 DC DAC 输出的精度 内在误差总和的结果;但是，它不考虑系统级误差，系统级误差因DAC的信号链而异 及其环境。

值得注意的是，一些DAC的输出中内置了缓冲器/放大器。 在这种情况下，载物台和数据手册规格反映了两者的影响 部分内在错误。

系统级错误

当尝试分析给定应用的DAC信号链误差预算时， 系统设计人员应考虑并验证不同组件的贡献，注意系统的预期温度 来操作。根据最终应用的不同，可以有许多不同的 信号链的构建模块，包括电源 IC、缓冲器或放大器， 以及可能导致系统级误差的不同类型的有源负载。

参考来源

每个DAC都需要一个基准电压源才能工作。参考源是一个 DAC和整个信号链精度的主要贡献因素。

关键参考性能规格也可在独立中定义 参考数据手册，如ADR45xx系列，或作为DAC数据手册的一部分，如果 设备具有可供用户使用的内部参考源。

定义压差，有时称为电源电压裕量 作为输入和输出之间的最小电压差，使得 输出电压保持在 0.1% 的精度以内。

温度系数（TC 或 TCV外） 与输出电压的变化有关 设备环境温度的变化，由 输出电压为 25°C。 The TCV外对于ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550，A级和B级在三种温度下进行了全面测试： −40°C、+25°C 和 +125°C The TCV外对于C级经过三个全面测试 温度：0°C、+25°C 和 +70°C。 此参数使用两个指定 方法。盒子方法是最常用的方法，它占 温度系数在整个温度范围内，而领结 该方法从+25°C计算最坏情况斜率，因此更有用 适用于在 +25°C 下校准的系统

对于某些DAC，与外部基准电压源相比，外部基准电压源表现出更好的性能 到集成引用。基准电压直接影响传输 函数，因此此电压的任何变化都会成比例地改变 传递函数，即增益。

值得注意的是，一些DAC具有内置缓冲内部基准和 本例中的数据手册规格反映了这些内部的影响 块作为固有错误的一部分。

线路调节

线路调整率为每个独立IC定义，作为变化充当电源 响应输入的给定变化的输出。这适用于电源， 缓冲器和基准电压源IC，用于保持其输出电压 无论输入如何，都稳定。线路调整率通常在数据手册中指定 环境温度。

负载调整率

负载调整率定义为 负载电流的变化。电压输出通常经过缓冲以减少影响 这种变化。某些DAC可能无法缓冲基准输入。因此，作为 代码改变，参考输入阻抗也会改变，导致 基准电压的变化。对输出的影响通常很小，但应该 在高精度应用中考虑。这通常在数据中指定 片材在环境温度下。

焊料耐热性偏移

焊料耐热性（SHR）偏移与参考源特别相关。 它是指由暴露引起的输出电压的永久偏移 回流焊并表示为输出电压的百分比。请参阅的 有关更多详细信息，ADR45xx系列数据手册。一般来说，所有的IC都是以某种方式 受SHR偏移的影响，但这并不总是可以量化的，它在很大程度上取决于 在应用程序的特定系统程序集上。

长期稳定性

长期稳定性定义了输出电压随时间的变化，以ppm/1000小时为单位。应用程序的长期稳定性可以通过以下方式提高 PCB 级老化。

开环校准理论

DAC信号链简化图如图2所示。概述的块 黑色表示简化的开环信号链，而灰色表示 是实现闭环所需的附加组件的示例 信号链。

图2.DAC信号链简化图

闭环选项需要额外的组件和通过软件进行数字数据处理，以提供更准确的输出。当这些额外的 由于各种原因（空间、成本等）无法添加资源，开环 解决方案仍然有效 — 前提是它能够提供所需的准确性。这就是哪里 本文有助于阐明如何进行开环校准。

从理论上讲，校准增益和失调误差是没有外部影响的常数是一个简单的过程。传递函数的线性区域 的DAC可以建模为直线，描述如下：

哪里：

y 是输出。

m是考虑增益误差的传递函数斜率（图1中紫色显示）。

x 是 DAC 的输入。

c是失调电压（在图1中以蓝色显示）。

理想情况下，m 始终为 1，c 始终为零。在实践中，它们占 DAC的增益和失调误差，一旦知道，就可以考虑它们 在DAC输入中实现更接近理想DAC输出的数字。增益 可以通过将数字DAC输入乘以倒数来校准 增益误差。失调误差可以通过添加 测量的数字DAC输入失调误差。

下面的公式显示了如何计算正确的DAC输入以产生 所需电压：

哪里：

 

请注意，失调误差可以是正的，也可以是负的。

另请参阅“数模转换器的开环校准技术”模拟对话文章。

如何成功校准DAC信号链

在本节中，我们将介绍如何校准DAC信号中的失调和增益 以AD5676R为例。对于所有测量， EVAL-AD5676评估套件在使能AD5676R内部基准电压源的情况下使用。EVAL-AD5676板和测量设置都是一部分 我们在示例中测量的信号链。这个的每个组成部分 信号链（板上的电源IC，AD5676R，布局引入的寄生效应 和连接器等）导致系统错误。这个想法是为了展示 如何校准该系统作为任何其他选择系统的示例。

EVAL-SDP-CB1Z Blackfin® SDP 控制器板 （SDP-B） 用于通信 在EVAL-AD5676评估套件上使用AD5676R，并使用8位数字万用表 测量V的输出电压外0.气候室用于控制 由 EVAL-SDP-CB1Z 和 EVAL-AD5676 制成的整个系统的温度 AD5676R采用内部基准电压源。

EVAL-AD5676按照用户指南中的说明上电，链路配置如表3所示。

 

链接编号	位置
朝鲜族	一个
MKS	一个
MKR	一个
LK4	一个

 

首先，对未校准的信号链误差（NoCal）进行评估 不同的温度。计算输出误差时考虑了 理想值与特定测量值之间的LSB差异 输入代码。该误差包括DAC的固有误差和外在误差 以及EVAL-AD5676板上的整体信号链。输出错误，无 校准如图3所示。

图3.EVAL-AD5676 输出误差（含无钙时以 LSB 为单位）

计算失调和增益误差以及随后 校正代码驻留在传递函数中。需要两点 那个：一个接近零尺度的数据点（ZSLIN）和一个接近满尺度的数据点（FSLIN）。这 想法是在DAC的线性区域工作。通常提供此信息 与 INL 和 DNL 规范一起，最有可能在规格表的尾注中。为 例如，AD5676R的线性区域从代码256和代码65280开始。

图4所示为解释DAC线性区域的示意图。

图4.单极性电压DAC传递函数和误差。

一旦 ZS林和FS林代码已经确定，我们可以收集校准所需的测量值，即这两个的DAC电压输出 代码 （V外在ZS林和 V外在FS林），加上介于两者之间的其他一些代码（1/4 比例， 中量程和 3/4 比例）

应在应用的工作温度下收集测量值。如果无法做到这一点，则信号链中器件的数据手册 可用于推导出所需的信息，一旦两个主要数据点 已在环境收集。

信号链中的每个器件都会导致误差，并且每个电路板都不同 从另一个，所以它应该单独校准。

温度校准：在工作温度下校准

通过在工作温度下测量应用环境中的误差并系统地纠正 它们在写入 DAC 以更新输出时。

要使用此方法校准DAC，在系统温度下 工作时，在代码ZSLIN和FSLIN处测量DAC输出。构造 传递函数如下：

 

 

 

 

 

哪里：

VOE= 失调误差 （V）

VFS，LIN，ACT= 满量程的实际输出林

VZS，LIN，ACT= ZS 的实际输出林

VFS，林，理想= 满量程时的理想输出林

VZS，林，理想= ZS 的理想输出林

请注意，失调误差可以是正的，也可以是负的。

图5显示了采用TempCal方法的EVAL-AD5676评估套件实现的输出误差。

图5.在不同温度下，LSB 中的系统输出误差与温度校准。

规格：使用规格进行校准

如果无法在工作温度下测量应用环境中的误差，仍然可以使用 AD5676R数据手册和在环境温度下校准的DAC传递函数。

要使用此方法校准DAC，请在代码ZS处测量DAC输出林和FS林在环境温度下。按所述构造传递函数 在温度校准部分，通过计算环境和 应用公式14。

哪里：

通用 电气磁力轴承= 环境温度下的增益误差

VOE，磁力= 环境温度下的失调误差 （V）

在环境温度下校准DAC信号链会考虑系统级 错误。但是，由于温度变化引起的外部误差的变化 没有说明;因此，这种校准方法不如 温度校准法。

由于工作温度变化而导致的固有DAC误差漂移，即失调和增益误差，可以使用数据手册规格来考虑。 这就是我们所说的SpecCal。失调误差漂移的典型值列于AD5676R数据手册的规格表中，失调误差随温度的典型性能特性（TPC）表示误差漂移的方向取决于环境温度的升高或降低。

温度引起的增益误差变化在增益误差与 温度TPC。从图中确定以FSR百分比为单位的增益误差并应用 等式 16.

现在我们已经估算了工作温度下的失调误差和增益误差，可以使用公式17来确定SpecCal输出的输入代码。

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图6显示了EVAL-AD5676评估套件的输出误差 SpecCal方法。

图6.不同温度下 LSB 和 SpecCal 的系统输出误差。

本例中使用了内部基准。外部引用可以添加到 整体错误。参考源引起的错误可以使用 参考数据手册，考虑了基准电压源在 利息。基准电压的变化会改变实际输出范围，从而改变 LSB 大小。如果使用外部基准，则应考虑到这一点。这 温度与输出电压的关系 TPC可用于确定 基准漂移引起的输出范围。

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结论

本文概述了DAC信号链中误差的一些主要原因。 包括数据手册和系统级中定义的DAC固有误差 误差因系统而异，必须在开环应用中加以考虑。

已经讨论了两种校准方法，一种用于何时可以使用DAC 在系统工作温度下校准，在无法在工作温度下校准时进行第二次校准，但可以在环境温度下进行测量。第二种方法使用TPC和DAC数据手册中概述的规格以及其他 信号链中的IC，用于考虑增益和失调误差漂移。

TempCal方法可以达到比SpecCal方法更好的精度。为 例如，图7显示了EVAL-AD5676板在50°C下的温度如何 方法达到了非常接近理想的精度水平，而 SpecCal 方法仍然设法从NoCal数据中提供了改进。

图7.50°C 时，无钙、规格和温度校准时系统输出误差以 LSB 为单位。

温度变化对电子系统的精度起着重要作用。 在系统工作温度下校准可以抵消大多数误差。如果 这是不可能的，可以使用DAC和其他IC数据手册中提供的信息来解决温度变化问题，以实现 可接受的程度

审核编辑：郭婷