Calibration of the Ultra-High-Speed ​​Converter ADC08xxxx Series

1.0 引言千兆采样速率ADC的A D C 0 8 x x x x 系列（ 例如ADC08D1500）内部集成了精密的自校准电路。这种特性是此款器件在宽温度范围内显著性能中的重要部分。本文旨在为系统设计师全面描述如何充分利用这种特性。器件的数据手册包含了自校准在不同方面的详细内容，所以用户也可参阅数据手册。2.0 自校准方案由于校准对于表述的性能非常重要，因而在每次上电开始器件要执行自校准。此外，在需要的情况下还允许用户可通过手动命令来执行器件的自校准。一般仅当系统温度的变化已超出系统设计确立的阈值时才会执行这项操作。因为最终还是器件本身的温度对其性能造成影响，用户可将芯片上的二极管连到一个外置温度传感器，从而能监控器件温度。美国国家半导体推荐LM95221（或其它类似产品）温度传感器来实现这项功能。无论是根据上电抑或是根据指令，校准程序约需1-2毫秒时间，具体取决于时钟频率和特定的器件（参考器件的数据手册和在本文中提到的所有其它参数）。此外，仅在上电时，器件会在启动自校准程序之前插入较长的时延。用户选择的这种延迟可相对较短（几十毫秒）或相对较长（几秒）。这种延迟的目的是允许电源和其它的变量保持稳定。注意，当器件配置为扩展控制的工作模式时无法提供较长的时延（例如，通过串行接口配置）。CalRun引脚总是指示器件是否处于自校准模式或正常工作模式。3.0 实施自校准首先需要确认的是自校准是器件“正常”工作的组成部分。正因为此，在校准期间，器件的工作条件应尽量与“正常”系统条件相近并同样稳定。这意味着电源、温度和所有的输入值都必须在数据手册的“工作额定值”中标明的工作条件范围内，且保持稳定。其次，为了得到较高的校准精度，操作条件必须尽量接近其工作条件。为了让这些条件保持稳定，有必要维持特定量的时延。系统工程师必须决定其系统所需的时延，其变化范围可从大约1-2秒变化至几十秒。如第二章中所述，器件具有内置校准时延的特性。如果需要更长的时延，采用CAL输入引脚可进一步延迟校准周期的启动。具体实现的方法是，用户在上电期间将CAL引脚保持为高电平，并且按照时延的需要维持足够长的时间。器件保持等待状态，直到启动上电校准周期之前，CAL引脚会被周期性地从低电平加到高电平。在数据手册的交流电气特性表中可查阅CAL输入的“低—高周期”时序要求。除了抑制校准产生之外，这种方案不会干扰器件的其它特性。尽管用CAL输入并以这种方式实现延迟，我们仍应考虑，在得到合适的性能之前必须要作上电校准。除了期望环境条件（电源和温度）保持稳定之外，器件的其它工作条件也需要保存恒定，以获得最精确的校准。这里提供了一些具体要求：• 时钟输入必须保持稳定（这包括不执行DCLK_RST）;• 模拟输入必须在其有效的范围内，但是频率并不重要－包括直流;• 当执行校准时，禁止干扰控制和配置设定;• 对于ADC08D500/1000/1500和ADC08500/1000/1500系列器件，器件必须处于正常模式（非DES模式）。在新推出的ADC08D1020/1520和ADC083000/B3000器件上，则不存在这样的限制;• 尽管SCLK可被激活，但禁止访问控制寄存器;• 当启动校准时器件不应处于关机模式，在校准时也禁止进入关机模式。* “有效”意味着输入在工作额定值所规定的范围内。4.0自校准期间器件的行为除了对信号处理路径产生明显中断外，器件在校准期间还会表现出其它几种影响。1. 禁止数字输出2. 该系列的某些器件也会禁止DCLK输出器件的DCLK输出通常仅供数据捕捉使用。事实上它是会被中断的，意味着ASIC/FPGA器件不应将其用作时钟信号，因为其逻辑电平高于捕捉的逻辑电平。然而，在有必要将DCLK信号用作通用时钟的应用中，该系列新推出的器件为用户提供了在校准期间保持DCLK运行的控制功能。所付出的代价是，如果保持DCLK激活，模拟输入终接电阻（Rterm）未被校准，这样会得到不太精确的Rterm值。因而，不应在上电校准期间采用这种选项，而是仅适用于上电之后的命令校准期间。在ADC08D1020/1520和ADC083000/B3000器件上，由扩展配置寄存器中的RTD（电阻微调禁止）位控制是否允许DCLK在校准期间被停止。一旦上电，该位的默认状态就会表现为，停止DCLK，且在校准过程中对Rterm实施微调。在上电校准期间，用户必须将该位置于默认状态，并期望在校准期间将DCLK停止。其后用户必须将该位清零以便在随后的命令校准周期内保持DCLK的运行状态。5.0 性能影响在数据手册中器件的性能是器件经过正确校准的情况下保证的，校准是在测试期间以规定的工作条件进行。同任何其它电路一起工作时，器件随着校准后环境条件的变化，也表现出不同程度的性能下降。通常在校准后仍会影响性能的系统参数是温度。当温度变化超过一个特定阈值时，应执行命令自校准操作。通常这个阈值是系统设计师在设计过程中确定下来的。美国国家半导体不保证由于温度变化而造成未校准的器件性能下降的数值。然而，从有限数据中得到的下列观测结果，会对用户有些帮助。1. 在55℃的温度变化范围（硅片温度从+45℃变化至+100℃）内，器件的ENOB性能降低0.35位。2. 在80℃温度变化范围（硅片温度从+20℃变化至+105℃）内会产生2%的增益误差。3. 如果用户激活DCLK使之在校准期间运行，在要求的上电校准之后Rterm未经过校准，仅由于温度的影响，Rterm值在宽达120℃的温度变化范围（硅片温度从0℃变化至+120℃）内预期变化整体的1%。基于这组有限的数据，触发自校准周期的合理温度变化阈值将落在20至30℃的最大范围内。6.0 结论自校准是千兆采样8位ADC系列的强大特性。其为用户提供了大量的灵活性，使得这些器件可在宽广的温度范围内提供更可靠的性能。