Giới thiệu về Linear Trim

Cắt tuyến tính là một quá trình cực kỳ quan trọng trong codec tương tự sang kỹ thuật số (ADC) với mục tiêu đảm bảo tính tuyến tính của chức năng truyền, chuyển đổi tín hiệu tương tự đến thành tín hiệu kỹ thuật số đầu ra.

Mục đích và sự cần thiết

Mục tiêu: Mục đích chính của điều chỉnh tuyến tính là hiệu chỉnh và hiệu chỉnh bất kỳ tính phi tuyến tính nào có trong chức năng truyền của ADC. Tuy nhiên, ADC trong thực tế có thể thể hiện độ lệch so với độ tuyến tính lý tưởng này do các yếu tố như dung sai thành phần, dao động nhiệt độ và dung sai sản xuất. Do đó, điều chỉnh tuyến tính phục vụ để điều chỉnh các đặc tính của ADC gần hơn với phản hồi tuyến tính lý tưởng.

Sự cần thiết: Trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao, chẳng hạn như trong dụng cụ đo lường, thiết bị y tế và hệ thống âm thanh chất lượng cao. Tính phi tuyến tính trong ADC có thể dẫn đến các lỗi và biến dạng đáng kể trong màn hình kỹ thuật số của tín hiệu tương tự. Điều chỉnh tuyến tính đã trở nên cần thiết.

Khái niệm về DNL và INL

Độ phi tuyến tính vi sai (DNL): DNL đóng vai trò là thước đo mức độ chênh lệch xảy ra giữa chiều rộng thực tế của mỗi bước mã và chiều rộng dự đoán của bước mã, thường được định nghĩa là Bit có ý nghĩa ít nhất (LSB) trong thế giới Bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC) lý tưởng. Chúng tôi mong đợi chiều rộng của mỗi mã khớp chính xác 1 LSB. Tuy nhiên, trong thực tế ADC thực sự hoạt động. Tính nhất quán hoàn hảo này thường khó tìm, vì vậy DNL đóng vai trò trong việc xác định ưu tiên biến đổi giữa chiều rộng bước mã thực tế và 1 LSB được dự đoán. Khi DNL nằm trong phạm vi từ -1 đến +1 LSB, không có mã nào bị bỏ qua hoặc thiếu trong chức năng truyền của ADC.

Tính phi tuyến tích phân (INL): INL là một giá trị định lượng độ lệch của hàm truyền của ADC so với một đường thẳng lý tưởng. Giá trị INL thấp hơn cho biết ADC tuyến tính hơn, cho biết sự liên kết tốt hơn với phản hồi tuyến tính lý tưởng.

Cả DNL và INL đều được coi là các thông số quan trọng trong việc đánh giá độ tuyến tính của ADC.

Phần tiếp theo đi sâu vào sự đa dạng của các chiến lược tương tự và kỹ thuật số để điều chỉnh tuyến tính, giải thích vai trò và tầm quan trọng của các chiến lược đó trong việc tối ưu hóa ADC.

Kỹ thuật tương tự để điều chỉnh tuyến tính

Việc áp dụng các kỹ thuật tương tự để điều chỉnh tuyến tính liên quan đến việc điều chỉnh vật lý các thành phần tương tự trong bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số. (ADC) để tăng độ tuyến tính của hàm truyền. Trong phần này, chúng tôi đi sâu vào hai trong số các kỹ thuật tương tự được sử dụng rộng rãi nhất: sửa đổi mạch điện trở bước và điều chế cung cấp dòng điện.

Điều chỉnh thang điện trở

Trong ADC, các mạch điện trở bước như mạch R-2R thường được sử dụng làm thành phần chính của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Độ chính xác và tuyến tính của các mạch điện trở bước này đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định hiệu suất của ADC.

Kỹ thuật điều chỉnh: Giữ các giá trị điện trở trong mạch thang rất gần là rất quan trọng để có hiệu suất chính xác. Các điều chỉnh có thể được thực hiện trong quá trình sản xuất, sử dụng các kỹ thuật cắt laser tỉ mỉ để đạt được giá trị điện trở mong muốn hoặc cách khác, sử dụng chiết áp kỹ thuật số, có thể được điều chỉnh thông qua thanh ghi điều khiển, cho phép hiệu chuẩn được thực hiện trong quá trình hoạt động bình thường.

Ảnh hưởng đến tuyến tính: Cải thiện sự phù hợp của điện trở trong một cấu trúc từng bước dẫn đến giảm sai số từ tính phi tuyến vi phân (DNL) và tính phi tuyến tích phân (INL). Do đó, cải tiến này cải thiện độ tuyến tính tổng thể của ADC, đạt được hiệu suất chính xác và chính xác hơn trong các chức năng chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự.

Điều chỉnh nguồn hiện tại

Trong một số kiến trúc ADC, chẳng hạn như ADC xấp xỉ liên tiếp, việc tạo ra điện áp tham chiếu sử dụng nguồn cung cấp dòng điện. Độ chính xác của các nguồn cung cấp dòng điện này ảnh hưởng rất nhiều đến độ tuyến tính của ADC.

Kỹ thuật tùy chỉnh: Quy trình điều chỉnh liên quan đến nguồn cung cấp hiện tại thường liên quan đến việc sử dụng phản xạ dòng điện thích ứng, liên quan đến việc điều chỉnh điện áp cổng của bóng bán dẫn MOSFET (Bóng bán dẫn hiệu ứng trường kim loại-oxit-bán dẫn) trong gương phản xạ hoặc sử dụng nguồn cung cấp dòng điện nhị phân có trọng số để xác định chính xác mức dòng điện mong muốn. Ngoài ra, một tùy chọn khác là hiệu chuẩn bên ngoài được tạo điều kiện thuận lợi thông qua giao diện kỹ thuật số. Phương pháp hiệu chuẩn này cho phép lưu trữ các hệ số hiệu chỉnh, có thể được áp dụng cho nguồn cung cấp dòng điện trong giai đoạn hoạt động của ADC.

Ảnh hưởng đến tuyến tính: Bất kỳ sự không chính xác hoặc lỗi nào trong nguồn dòng điện có thể gây ra sự xuất hiện phi tuyến tính trong điện áp tham chiếu, tác động tiêu cực đến độ tuyến tính tổng thể của ADC.

Kỹ thuật kỹ thuật số để cắt tỉa tuyến tính

Trong khi kỹ thuật tương tự để điều chỉnh tuyến tính liên quan đến việc điều chỉnh các thành phần vật lý. Trong phần này, chúng ta sẽ khám phá hai kỹ thuật số quan trọng được sử dụng để tinh chỉnh tuyến tính: phân tích mật độ mã và sửa lỗi kỹ thuật số.

Phân tích mật độ mã

Phân tích mật độ mã là một phương pháp được sử dụng để phát hiện và sửa lỗi phi tuyến tính vi sai (DNL) trong ADC. Biểu đồ mã đầu ra của ADC cũng phải hiển thị tính nhất quán.

Kỹ thuật: Kỹ thuật này bắt đầu bằng cách cung cấp tín hiệu đầu vào đã biết, được phân phối đồng đều vào ADC, sau đó kiểm tra biểu đồ của mã đầu ra. Sự hiện diện của lỗi DNL là rõ ràng khi có độ lệch so với phân phối đồng đều dự kiến trong biểu đồ của mã đầu ra.

Sửa lỗi: Dựa trên thông tin chi tiết thu được từ phân tích mật độ mã, các yếu tố hiệu chỉnh có thể được tạo ra. Các yếu tố hiệu chỉnh này được áp dụng để điều chỉnh mã đầu ra, với mục tiêu giảm thiểu và giảm thiểu ảnh hưởng của lỗi DNL. Đáng chú ý, quá trình này được thực hiện mà không sửa đổi bất kỳ thành phần tương tự nào tạo nên ADC, điều này nhấn mạnh bản chất kỹ thuật số của nó.

Sửa lỗi kỹ thuật số

Kỹ thuật sửa lỗi kỹ thuật số là một nhóm các phương pháp được sử dụng để sửa cả lỗi phi tuyến tính tích phân (INL) và phi tuyến tính vi sai (DNL) trong bộ chuyển đổi tương tự sang kỹ thuật số (ADC).

Kỹ thuật: Một trong những phương pháp phổ biến nhất là sử dụng bảng tra cứu (LUT) lưu trữ các giá trị hiệu chỉnh tương ứng với các mã đầu ra ADC khác nhau. Các giá trị đầu ra thô từ ADC hoạt động như một chỉ mục trong bảng này, cho phép truy xuất các giá trị đã sửa tương ứng với mã đầu ra từ LUT.

Hiệu chuẩn: Việc phát triển bảng tra cứu (LUT) thường yêu cầu một quy trình hiệu chuẩn. Trong quá trình hiệu chuẩn Giá trị tín hiệu đầu vào đã biết được đưa vào ADC và mã đầu ra kết quả được so sánh với giá trị dự đoán. Các dung sai được xác định trong quá trình này được sử dụng để điền vào các hiệu chỉnh cần thiết vào LUT.

Cân nhắc thực hiện: Điều quan trọng cần lưu ý là việc áp dụng các kỹ thuật sửa lỗi kỹ thuật số thường yêu cầu phân bổ tài nguyên bộ nhớ và tính toán bổ sung để lưu trữ bảng tra cứu (LUT) hoặc thuật toán sửa chữa. Ngoài ra, điều quan trọng là phải nhận ra rằng các kỹ thuật này có thể gây ra độ trễ bổ sung trong đầu ra của ADC, một yếu tố có thể là mối quan tâm trong các ứng dụng mà độ chính xác của thời gian là tối quan trọng.