[發明專利]一種高精度數模轉換器的工廠校準系統及校準方法

有效

• 申請號: 201710773503.6
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107835019B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 譚博;秦坤;彭新芒;馬明朗;張春義;張鑫星
• 申請（專利權）人: 北京時代民芯科技有限公司;北京微電子技術研究所
• 主分類號: H03M1/10
• 分類號: H03M1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張輝

1.一種高精度數模轉換器工廠校準系統，其特征在于：包括電源、待校準DAC評估板、上位機、萬用表、USB轉GPIB控制器、USB轉并口控制器以及并口轉SPI控制器；待校準DAC評估板包括基準源電路、晶振、繼電器以及FPGA電路；

電源用于為待校準DAC評估板供電，待校準DAC芯片置于待校準DAC評估板上，晶振與待校準DAC芯片連接，用于為待校準DAC芯片提供工作時鐘；

上位機通過并口轉SPI控制器與待校準DAC芯片連接，用于檢測待校準DAC芯片內部寄存器、校準寄存器讀寫功能是否正常，并能夠配置待校準DAC芯片的工作模式；

上位機通過USB轉并口控制器與FPGA電路輸入端連接，FPGA電路輸出端與待校準DAC芯片以及繼電器連接，基準源電路的輸出端與待校準DAC芯片電壓參考管腳連接，用于為待校準DAC芯片提供基準電壓，基準源電路的輸出端和待校準DAC芯片電壓模擬輸出端均與繼電器的輸入端連接，繼電器的輸出端與萬用表連接；

所述上位機能夠控制FPGA電路向待校準DAC芯片寫入數據，并通過FPGA電路控制繼電器實現萬用表測量基準源電路輸出電壓或待校準DAC芯片的輸出電壓，所述待校準DAC芯片的輸出電壓包括待校準DAC芯片輸出的偏置電壓和每一路MSB的實際輸出電壓；上位機通過USB轉GPIB控制器與萬用表連接，接收萬用表發送的基準源電路輸出電壓和待校準DAC芯片的輸出電壓，得到待校準DAC芯片的校準碼，據此對待校準DAC芯片進行校準，并判定校準效果。

2.根據權利要求1所述的一種高精度數模轉換器的工廠校準系統，其特征在于：所述上位機得到待校準DAC芯片校準碼的實現方法如下：

(2.1)上位機計算每一路MSB的理想輸出電壓值MSB_ideal；

(2.2)根據每一路MSB的實際輸出電壓和理想輸出電壓，計算每一路MSB校準碼的模擬值；

(2.3)將每一路MSB校準碼的模擬值轉化成二進制碼，得到每一路MSB的校準碼；

(2.4)通過并口轉SPI控制器將第i路MSB的校準碼寫入第i個校準寄存器，實現對待校準DAC芯片的校準，所述MSB的總路數N與校準寄存器總個數相同。

3.根據權利要求2所述的一種高精度數模轉換器的工廠校準系統，其特征在于：所述步驟(2.1)中，上位機利用如下公式計算每一路MSB的理想輸出電壓值MSB_ideal：

其中V_LSB為待校準DAC芯片最低有效位電壓，V_offset為待校準DAC芯片輸出的偏置電壓。

4.根據權利要求2所述的一種高精度數模轉換器的工廠校準系統，其特征在于：所述步驟(2.2)中利用如下公式計算第i路MSB校準碼的模擬值V_adjust-i：

V_adjust-i＝4(MSB_actual-i-MSB_ideal)/V_LSB，

其中MSB_actual-i為第i路MSB的實際輸出電壓，V_LSB為待校準DAC芯片最低有效位電壓。

5.根據權利要求3或4所述的一種高精度數模轉換器的工廠校準系統，其特征在于：利用如下公式得到待校準DAC芯片最低有效位電壓V_LSB：

V_LSB＝基準源電路輸出電壓/2ⁿ-1,n為待校準DAC芯片位數。

6.根據權利要求1所述的一種高精度數模轉換器的工廠校準系統，其特征在于：上位機判定校準效果的方法如下：

上位機計算待校準DAC芯片校準后的差分非線性DNL和積分非線性INL，如果DNL和INL滿足預先設計的范圍，則判定校準效果滿足要求，否則不滿足要求。

7.根據權利要求1所述的一種高精度數模轉換器的工廠校準系統，其特征在于：所述基準源電路的溫度系數不超過10ppm/℃。