利用AD5360与自动校准技术降低失调电压

电路功能与优势

本文所述电路如图1所示，可提供一种消除不确定失调误差的校准方法。在工业过程控制和仪器仪表应用中使用高精度、高分辨率DAC时，低失调通常是一个关键特性。该电路利用 AD5360的内置特性，并配合外部比较器和运算放大器，确定DAC输出电压是高于还是低于接地参考信号。当失调量已知时，用户可以调整发送至DAC的代码来消除失调。

图1. AD5360 DAC的自校准电路可将失调电压降至1 mV以下（原理示意图，未显示去耦和所有连接）

电路描述

AD5360是一种采用8 mm×8 mm 外形尺寸56 引脚LFCSP封装的高集成度16通道串行输入±10 V电压输出16 bit DAC。它提供一种4倍VREF标称输出电压范围，例如，如果某项设计需要－8 V～+8 V输出电压范围，这属于一种非工业标准4 V参考电压，它没有考虑到DAC的零点误差和满度误差，并且可能会影响输出电压范围。

为了克服这个问题，该解决方案提供一种高于要求的电压范围的可选择参考电压，并且使用内部增益寄存器（m）和失调寄存器（c）独立调整每个通道输出达到要求的范围。

本文所述电路可以测量并通过校准消除这些情况下主DAC的失调误差。该电路需用一个通用I/O引脚和一个片内监控多路复用器。GPIO（通用I/O）引脚设置为输入；通过读取GPIO内部寄存器，可以确定GPIO引脚的逻辑状态。模拟多路复用器是可编程的，可将16路DAC输出中的任一输出与单一引脚（MON_OUT）相连。多路复用器具有低而有限的导通电阻RON ，因此从MON_OUT汲取的任何电流均会在RON 上产生压降，从而引起输出误差。为了避免这种现象，需用一个低噪声放大器AD8597来缓冲MON_OUT。该放大器后接低通滤波器，可降低高速精密比较器AD790 所接受的噪声量，以免发生误触发。

AD790是一款快速（45 ns）、精密电压比较器，具有丰富多样的功能特性，且易于使用。该器件可以采用+5 V单电源或±15 V双电源供电。单电源模式下，其输入可以以地为参考，这是其它比较器所不具备的特性。双电源模式下，它拥有处理输入引脚上最大15 V差分电压的独特能力，从而可以简化与大幅度动态信号的接口。采用±15 V电源供电时，AD790还需要一个额外的+5 VVLOGIC电源。此外，AD790的最大差分输入电压为15 V；因此，它能够耐受AD5360的输出电压，而无需衰减。图1中，如果通道失调为正，则比较器输出为低电平，表示必须降低输出电压以消除失调。

如果通道失调为负，则比较器输出为高电平，表示必须提高输出电压以消除失调。为校准DAC，DAC通道需载入数字值，该值应恰好提供与SIGGND相等的电压（即0 V）。本例中，假设DAC通道具有负失调。读取GPIO寄存器显示，比较器输出为低电平，表示输入必须递增，直到输出反转为止。随着写入DAC输入寄存器的代码逐步增大，读取GPIO寄存器，直到比较器输出跳变为高电平。AD790的最大迟滞带为0.65 mV；因此，再次减小DAC码可以更精确地确定DAC失调。

当比较器输出重新跳变为低电平时，SIGGND位于这两个码之间的某个位置。由于电路所用器件存在误差，比较器跳变点之间通常有三四个码的跨度。用这种方法无法准确确定哪个码可提供最低失调输出，但是，如果选取的码为两个跳变点码的平均值，则相对于SIGGND的DAC通道失调一般小于1 mV。

为了使本文所讨论的电路达到理想的性能，必须采用出色的布局、接地和去耦技术。至少应采用四层PCB：一层为接地层，一层为电源层，另两层为信号层。

常见变化

AD5362是AD5360的8通道版本。AD5361和AD5363分别是AD5360和AD5362的14位版本。AD8599是AD8597的双通道版本。

本文所述电路可以使用上述任一款AD536x器件。需要时，也可以改用其它基准电压源以提供不同的输出范围。