DAC静态参数测试

第四章DAC静态电参数测试本文要点：DAC电参数义的定DAC规静态电参数测试计常方法及算公式DAC测试统系的典型硬件配置DAC数规据范（DataSheet）样例选择输码减如何入代以少DAC测试时间的如何提高DAC电参数测试的精度及稳定性关键词释解调误失差Eo（OffsetError）转换线实际值与值值：特性曲的起始理想起始（零）的偏差。误增益差EG（GainError）转换线实际与资：特性曲的斜率理想斜率的偏差。（在有些料误称为满误上增益差又刻度差）线误性差Er（LinearityError）转换线与拟线间：特性曲最佳合直的最大偏差。（NS公司义定）或者用：准确度EA（Accuracy转换线与转换线）：特性曲理想特性曲的最大偏差（AD义公司定）。线误微分性差EDL（DifferentialLinearityError）值满值围内邻输：在起始到刻度的范相入数码对应拟输电压实际值与的模出之差的1LS值简单说个理想得最大偏差。的，就是在整转换围内范每一步距（1LSB）的最大偏差。满围刻度范（FSR）：DAC输电压围的出范。最小有效位（LSB）：DAC输变时输电压变入化一位，出的化量。单调性（Monotonic）：DAC输号个变时输个变的入信朝一方向化，出也向一方向化或保持常量分辨率（Resolution）：DAC总的输数义为入位，定2n一、DAC静态电参数义测试简定及介在图4.1中，SummingJunction和Iout连没电过电端接在一起，如果有流流阻R∑输，电压出Vout为电压当零刻度；DAC电过电的最大流流阻R∑输电压，出Vout为满电压刻度。来自DAC运输电或算放大器入端的漏流以及放大器输调电压电压的入失使得零刻度偏值输电离典型。出流（Iout输）以及入基准（Vref满电压误别）的偏差引起刻度的差。特要注意的是DAC输满电压时运调电压它误出刻度，算放大器的失以及其的零点差也在起着作样误用（同零点差（offseterror响间码输电压值说满输）也影着中代出）。也就是，刻度电压误误两出包含了零点差和增益差部分。1．DAC静态电参数规范DAC静态电参数的一般在很低的输号频进测试号输数入信率下行（直流信）。通常是入码测输电压图字代，然后量出。如4.2数况所示，大多情下DAC转的化线特性是性的，模拟输电压进输码为出和二制入代1:1尽许它传输的映射。管有多其特性的DAC对数（如：DAC仅讨论线），但本文性DAC。1）分辨率（Resolution）Resolution是DAC总输码数的入代，N位DAC的为分辨率2N输码数计。入代是用于算LSB（最小有效位）个数的一系。不同的DAC个产厂器件（即使是同一生家）产册对单的品手上分辨率的表示位不户应该个单转这样选较同，用了解各位的化方法，在型上便于比不同DAC器件的性能。如表所示，LSB应在不同的用中可以用VOLTAGE、ppmFS、%FS、dBFS单等位表示。表4.1给出了N为2—24满电压围为位，刻度范10V的DAC的分辨率（Resolution）与LSB值（最小有效位）间关之的系。Table4.1:Quantization:TheSizeofaLeastSignificantBit(LSB)TRANSFERFUNCTIONSOFIDEALDATACONVERTERS2）满围刻度范（FSR）DAC与输电压区间为满围输电压围称为的最小最大出即刻度范。出范不穿越零点单极性(unipolar)输电压围称为双极，出范穿越零点的性（bipolar）。仅讨论单极本文性。论无是DAC还是ADC，数满当拟满减字刻度相于模刻度去1LSB。这一点，在第五章ADC静态电参数测试会中详细讲解。Figure4.2中的FS数满表示的是字刻度，Figure4.3中的FS为拟满别说模刻度。除非特明，本文中的FSR为数满围均字刻度范。Figure4.3:TransferFunctionsforIdeal3-BitDACandADC测试要DAC满电压围的刻度范（FSR须测试输电压），必零刻度出（VZS满）和刻度输电压出（VFS）。如Figure4.1所示，DAC数输的所有字入端（DigitalInput）为0时输电压为出VZS输为，所有入端1时输电压为出VFS。FSR=VFS-VZS（4.1）这里VFS测试满输电压是所得的刻度出，VZS测输电压是所的零刻度出3）OffsetErrorVoltage调误电压误（失差或零点差）OffsetError参数测试过测输电压实现的可以通量零刻度出。OffsetError是DAC转换线实际值与值值特性曲的起始理想起始（零）的偏差。说可以OffsetError是DAC静态电参数测试这为它电参数测试须它值来进计所有的起始点，是因其的必依托的行个算。一完美的DAC输码时输电压为在入零刻度代，出0V。计下面的公式用于算OffsetErrorVoltageVOFFSET=VZS（measured）-VZS（ideal）(4.2)OffsetErrorVoltage规为它单规见单通常格化其的位。器件范中常的位有%FS，ppm，LSB。表4.2说明了调误失差电压转换为它单如何由其位。Table4.2:NormalizingOffsetErrorVoltageMeasurements4）GainErrorVoltage误电压误（增益差或增益差）误增益差是指DAC实测满围器件的刻度范（FSR与产规满）器件品范中理想的刻度围图误范之差。用表示，增益差是指DAC实测线两为器件端点直（端点VFS测试：所得满输电压的刻度出和VZS：测输电压所的零刻度出与）斜率理想斜率的偏差。Figure4.4:GainerrorforanADCandaDAC.图如4.4所示，误当补偿满增益差相于了零点偏差后的刻度输出误差。说当也就是做出DAC实际线时调误动的端点直，失差就被自消除了。见误电压满输电压减调误电压减满电可增益差等于刻度出去失差，再去理想的刻度压。GainErrorVoltage=（VFS-VZS）-VFSR（ideal）（4.3）误电压调误电压样规为单增益差同失差一，可以被格化其他位换（算公式同表4.2）。误时规为另外增益差有被格化端点线与直斜率斜率1的偏差，如公式4.4所示：GainError=（（VFS-VZS）/VFSR（ideal））-1（4.4）5）LSBSIZE图如4.2所示，DAC输码输电压会的入代每增加一位，出就增加1LSB，因此LSB计可由下面公式算：LSB=FSRmeasured/（2bits-1）（4.5）公式中FSR为实测满围器件的刻度范。DAC的1个LSB输够变是指器件出能改的值尽最小。管理想的LSB产规规值计来是由器件品范中的定算出的当测试时，然而，LSB是实际满围个值基于器件刻度范的一平均换话说。句，每个一DAC器件的LSB值该误响是受器件的增益差影的。6）线差分非性（DNL或DLE）线误义为性差被定转换线与线特性曲端点直（end-point）线间直的偏差。差分非线则测试号性可被看作小信或邻转进线误相化步的性差。因此DAC线的差分非性的定义为值满值围内邻输数码对应拟输电压实际值与：在起始到刻度的范相入的模出之差的1LS值理想得最大偏差。DNL计图的算公式及示意如下所示：DNLcode[i]=（Vcode[i]-Vcode[i-1]）-1LSB（4.6）Figure4.5:DNLforanADCandaDAC.线电参数差分非性是DAC器件的关键静态参数。测试DNL时测该，首先要定器件实际的LSB值个输号。一入信位i的DNL测试两需要步测计量算。第一步，在DAC器输输码件的入端施加入代i-1并测试输电压出V[i-1]紧输码，接着入代i并测试输电出压V[i]计邻输码输电压输电压减该，算出相入代的出差。第二步，用出差去器件的平均LSB值（由公式4.5计结算所得），果输号即位入信i的DNL对。DAC器件的所有输码进测试计输入代均行以上算，得出每一入位的DNL。找出其中最大的DNL值并与产规进较该值产规器件品范行比，如果超出了品范要则该求，器件失效剔出。7）积线误分性差（INL或ILE）DAC积线误义为实际转线与线的分性差可定：化特性曲理想特性直的最大偏差。这说线里所的理想特性直拟线可以是最佳合直（best-fitstraightline）也可以是端点直线（end-pointstraightline）关这两种线对该项参数测试值响将。于直得影，在第五章（ADC静态电参数测试详细绍况转换产厂的）中介。一般情下，器生家大都采用端点线测试直法INL严测试（格）线，本文中的理想直也采用端线点直。INL参数产册称对在很多品手中也被作相精度（relativeaccuracy）。INL是DAC项关键静态电参数它号绝对线误的另一，可被看作是大信或的性差。Figure4.6:INLforanADCandaDAC测试在了DAC个输码对应器件每入代的DNL后，所有用于INL测试数经的据就已备测试师仅仅进计值较具了，工程所需要做的是行算以及比。INL线误是所有差分性差积数它过测的累代和，是通量DAC输电压线器件的每一步出偏离端点直的偏差得到的（如Figure4.6线远码值所示），其中偏离直最的代偏差就是最大INL值。通常可采用两种来计方法算INL值。（1）计使用等效公式算INL线（基于端点直）线采用直等式y=（mx+b）,计可以算DAC个输电压值每出点的。式中斜率m为输出变输变数化量除以入化量，常b为调电压测试值失的（VOFFSET），x为输入码代，y为输电压预计输电压出。因此的出可由公式4.7计算得到：Output=（（VFS-VZS）/（2bits-1））∙InputCode+VOFFSET（4.7）注意：（VFS-VZS）/（2bits-1）测等效于被DAC实际器件的1LSB值。公式（4.7转换为输码与）可以下式（入代2bits值这样减计误的比），可以少算差。Output=(VFS-VZS)(InputCode/(2bits-1))+VOFFSET(4.8)（2）采用求和DNL误计差算INL线（基于端点直）DAC个输码对应输电压的每一入代出的INL值过积关也可以通分所有的相DNL值计试得到。算公式如4.9所示：n=iINL[i]=∑DNL[n]（4.9）n=0DNL与INL产规通常在品范中用LSB来况会转换为单表示，但是在特殊情下也被其他位或仅电压用表示。转换参方法可照Table4.2完成。8）单调性（Monotonicity）单调性是指：DAC输码时输时变的入代增加，出也同增加或保持不。这个对特性馈于用于反回路统系中的DAC为单调为会非常的重要，因非的行引起统两个系在DAC输码荡个入代中振。如果一DAC的DNL小于或等于±1LSB则该，可确保DAC单调是的。9）时间建立（SettlingTime）这个参数与运时间类算放大器的建立似，指的是DAC启动转换输电压达后，出到并规围内时间保持在定精度范的对数。于大多DAC围为，精度范±0.5LSB。DAC的建时间输运输压摆立受出放大器率（slewrate过）以及冲（overshoot响）的影。它静态电参数其（数输电如字端入流（IIH、IIL）、输门电压入限（Vth测试与规））的常数测试复字器件方法完全一致，本文不再述。2．DAC类静态误的各差Figure4.7图示化了DAC误图线为线所有的差。，中所采用的理想直端点直。Figure4.7:DACStaticErrors.ThisfigureillustratesallofbasicDACparameters,characteristicsanderrors.二、DAC静态电参数测试实现的特点及具体节绍上一主要介了DAC规静态电参数器件的常的义定以及计过算公式。但如何通集成电测试统路系具体实现对DAC器件测试将从测试设备规准确、快速的？本文配置、常DAC参数规测试范、快速DAC测试、提高精度等四个绍方面具体介。1．用于DAC静态电参数测试统的系配置Figure4.8:ModernMixedSignalATEArc