你的 DAC 有多精確？

我們的 DAC 基礎(chǔ)知識(shí)系列文章現(xiàn)已涵蓋大量的技術(shù)信息，從簡(jiǎn)單的理想數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 到減少干擾等復(fù)雜問題，應(yīng)有盡有。在本系列的最后一篇文章中，我們將討論總體未調(diào)整誤差 (TUE)。

高精度 DAC 可實(shí)現(xiàn)出色的 DC 性能或極低頻率性能。在很多高精度 DAC 應(yīng)用中，與代碼轉(zhuǎn)換、干擾和壓擺率有關(guān)的 AC 誤差技術(shù)參數(shù)在定義 DAC 精確度時(shí)可以忽略。這是因?yàn)檩敵鲈诖蟛糠謺r(shí)間里是趨穩(wěn)不變的。

在《DAC 基礎(chǔ)知識(shí)：靜態(tài)規(guī)范與線性度》一文中，我介紹了所有 DAC DC 誤差參數(shù)：失調(diào)誤差、零代碼誤差、增益誤差、差分非線性 (DNL) 與積分非線性 (INL)。在試圖表達(dá) DAC 在 DC 下有多精確時(shí)，很難考慮到所有這些誤差源。這正是 TUE 的亮點(diǎn)所在。它是一個(gè)對(duì)所有這些誤差源進(jìn)行綜合后得出的單個(gè)數(shù)字，用以簡(jiǎn)潔表達(dá) DC DAC 輸出的精確度。唯一的不足是需要您做一點(diǎn)統(tǒng)計(jì)工作。

在統(tǒng)計(jì)過程中，可使用名為和的平方根 (RSS) 的方法來為誤差分析累計(jì)不相關(guān)的誤差源。在串形和梯形 DAC 架構(gòu)中，失調(diào)、增益和 INL 誤差來自 DAC 架構(gòu)的不同組成部分。這就意味著它們是不相關(guān)的，可安全使用 RSS 技術(shù)。計(jì)算公式如下：

您可能已經(jīng)注意到了，我并沒有列入零代碼誤差和 DNL。這是因?yàn)榱愦a誤差只適合很小部分的 DAC 輸出。對(duì)于 16 位 DAC 來說，這可能是 65,536 個(gè)總代碼中的幾百個(gè)代碼。同時(shí)，DNL 事實(shí)上已通過 INL 納入誤差計(jì)算。

現(xiàn)在，我們來看一個(gè)簡(jiǎn)短的實(shí)例，了解如何計(jì)算 TUE。下面是 16 位雙通道 DAC8562 說明書中的最大和典型技術(shù)參數(shù)。

DAC8562 的每個(gè)技術(shù)參數(shù)都采用不同的單位提供，這是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。要計(jì)算 TUE，每個(gè)參數(shù)都要采用相同的單位，因此我們將使用下表轉(zhuǎn)換各值。

在單位轉(zhuǎn)換完成后，我們可將這些值帶回 TUE 公式，并計(jì)算 DAC8562 的總體未調(diào)整誤差。

使用所有技術(shù)參數(shù)的最大值，可得到我所指的、+/-111 LSB、+/-8.5mV 或 0.17% FSR 的“可能最大 TUE”。我之所以這樣說是因?yàn)楫a(chǎn)品說明書中的最大值是 3-∑ 數(shù)字，應(yīng)該包含曾經(jīng)產(chǎn)生的所有部分的 99.7%。在典型的高斯分布中，這些邊緣情況不太可能發(fā)生。您更不可能找到所有參數(shù)都表現(xiàn)出最大誤差(“絕對(duì)最大誤差”，就是簡(jiǎn)單將所有誤差加到一起得到的數(shù)字)的器件。即便是該“可能最大 TUE”，也是個(gè)不太可能觀察到的單位。

使用典型數(shù)字，可得到您將從大部分系統(tǒng)中看到的最真實(shí)估值。DAC8562 的典型TUE 是 +/- 23 LSB、1.78mV 或 0.0356% FSR。查看這款德州儀器 (TI) 高精度設(shè)計(jì)在真實(shí)系統(tǒng)中的真實(shí)數(shù)據(jù)，了解該方法的實(shí)際使用及業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的可靠性。

記住，這些參數(shù)還具有與其相關(guān)的方向性問題。對(duì)于具有正失調(diào)誤差的 DAC 來說，負(fù)增益誤差實(shí)際上有助于讓系統(tǒng)更準(zhǔn)確。在使用 RSS 累計(jì)最大誤差時(shí)，這點(diǎn)未納入考慮范圍內(nèi)。因此在很多情況下，對(duì)典型誤差數(shù)字進(jìn)行 RSS 計(jì)算，仍然只能得到很一般的 TUE 估值。