[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

一種高精度數模轉換器的工廠校準系統及校準方法，校準系統包括電源、待校準DAC評估板、上位機軟件、萬用表、USB轉GPIB控制器、USB轉并口控制器、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、FPGA電路。該校準方法首先將待校準DAC芯片置于待校準DAC評估板上，繼電器在FPGA控制下，使萬用表的測量對象在基準源電路和待校準DAC芯片之間切換，上位機通過并口轉SPI控制器控制待校準DAC進入校準模式，并根據校準模式下DAC的輸出值與MSB理想值的差值計算出校準碼反饋到DAC的校準寄存器，實現校準，并計算待校準DAC芯片的靜態參數INL、DNL，直到校準滿足要求。本發明填補了高精度數模轉換器校準的空白，能夠有效提高數模轉換器的線性度。

技術領域

本發明設計了一種高精度數模轉換器的工廠校準系統及校準方法，屬于數模轉換器技術領域。

背景技術

近年來，高速通訊系統的需求不斷增長，作為數字世界和模擬世界的接口模塊數模轉換器也變得越來越重要。由于該模塊決定了整個系統的精度和速度，因此，通訊及遙感遙測系統對高速高精度數模轉換器有著迫切的需求。

數模轉換器設計的兩個重要問題是線性度和分辨率。DAC電路中不同元件的匹配是保證器件的線性度的重要基礎，但是隨著集成電路工藝尺寸的縮小，DAC元件的尺寸匹配變得極其困難。

采用高位溫度計碼與低位二進制碼相結合的結構是提高高精度數模轉換器線性度很好的方法。對于高位的溫度計碼，元件都是相同的尺寸，這樣元件匹配比二進制情況要簡單得多,但是依然不能完全解決數模轉換器電路中元件不匹配帶來的線性度不高的問題。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種高精度數模轉換器的工廠校準系統及校準方法，能夠有效提高數模轉換器的線性度。

本發明的技術解決方案是：一種高精度數模轉換器工廠校準系統，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。

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；