如何最好地計(jì)算數(shù)模轉(zhuǎn)換器信號(hào)鏈誤差預(yù)算

電信號(hào)鏈有多種形式。它們可以由不同的電氣元件組成，包括傳感器、執(zhí)行器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC），甚至微控制器。整個(gè)信號(hào)鏈的精度起著決定性的作用。為了提高準(zhǔn)確性，首先需要識(shí)別并最小化各個(gè)鏈接中的相應(yīng)錯(cuò)誤。根據(jù)信號(hào)鏈的復(fù)雜性，這種分析可能會(huì)變成一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。本文介紹一種精密DAC信號(hào)鏈誤差預(yù)算計(jì)算工具。它將描述與DAC連接的組件的單個(gè)誤差貢獻(xiàn)。最后，它將逐步演示如何使用此工具來(lái)識(shí)別和糾正這些問(wèn)題。

精密DAC誤差預(yù)算計(jì)算器精確、易于使用，可以幫助開(kāi)發(fā)人員為特定應(yīng)用選擇最合適的元件。由于DAC通常不會(huì)單獨(dú)出現(xiàn)在信號(hào)鏈中，而是連接到基準(zhǔn)電壓源和運(yùn)算放大器（例如，作為基準(zhǔn)電壓緩沖器），因此必須考慮這些附加元件及其各自的誤差并求和。為了更好地理解這個(gè)概念，我們首先看一下主要組件的各個(gè)誤差貢獻(xiàn)，如圖1所示。

圖1.DAC信號(hào)鏈的主要元件。

基準(zhǔn)電壓源有四個(gè)主要誤差貢獻(xiàn)。第一個(gè)與初始精度（初始誤差）相關(guān)，它表示在定義溫度為25°C的生產(chǎn)測(cè)試中測(cè)量的輸出電壓變化。 除此之外，還有與溫度系數(shù)（溫度系數(shù)誤差）、負(fù)載調(diào)整率誤差和線路調(diào)整率誤差相關(guān)的誤差。

初始精度和溫度系數(shù)誤差對(duì)總誤差的貢獻(xiàn)最大。在運(yùn)算放大器中，輸入失調(diào)電壓誤差和電阻容差誤差的影響最大。輸入失調(diào)電壓誤差是指必須施加到輸入端的低差分電壓，以強(qiáng)制輸出為0 V。電阻的容差誤差是由用于設(shè)置閉環(huán)增益的相應(yīng)容差引起的增益誤差。其他誤差由偏置電流、電源抑制比（PSRR）、開(kāi)環(huán)增益、輸入失調(diào)電流、CMRR失調(diào)和輸入失調(diào)電壓漂移引起。

對(duì)于DAC本身，數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出了各種類型的誤差，例如，積分非線性（INL）誤差，它與理想輸出電壓與給定輸入代碼測(cè)量的輸出電壓之間的差異有關(guān)。其他類型包括增益、失調(diào)和增益溫度系數(shù)誤差。這些有時(shí)都組合在一起以形成總意外錯(cuò)誤 （TUE）。這涉及到考慮所有DAC誤差（即INL、失調(diào)和增益誤差）以及電源電壓和溫度范圍內(nèi)的輸出漂移的輸出誤差的測(cè)量。

由于不同的誤差源通常不相關(guān)，因此計(jì)算信號(hào)鏈中總誤差的最精確方法是和方根法：

收集各個(gè)組件的誤差通常是一項(xiàng)繁瑣的任務(wù)，因此我們可以使用誤差預(yù)算計(jì)算器來(lái)簡(jiǎn)化此操作，以得出同樣精確的計(jì)算。

使用精密DAC誤差預(yù)算計(jì)算器，逐步

首先，使用誤差預(yù)算計(jì)算器，從三種DAC類型中進(jìn)行選擇：電壓輸出DAC、乘法DAC和4 mA至20 mA電流源DAC。接下來(lái)，設(shè)置所需的溫度范圍和電源電壓紋波以進(jìn)行誤差計(jì)算。后者對(duì)PSRR錯(cuò)誤具有決定性作用。輸入這些值后，計(jì)算器將生成一個(gè)圖表，顯示信號(hào)鏈中各個(gè)組件各自的誤差貢獻(xiàn)，如圖2所示。

圖2.ADI誤差預(yù)算計(jì)算器中誤差貢獻(xiàn)的表示形式。

本例中的總誤差主要受基準(zhǔn)電壓源的影響。通過(guò)使用更精確的參考模塊，可以改善該信號(hào)鏈。

DAC的集成電阻負(fù)責(zé)比較內(nèi)部反相放大器，從而提高精度，對(duì)DAC的總誤差起著決定性的作用。在沒(méi)有集成電阻或內(nèi)部反相放大器的DAC中，這些參數(shù)可以單獨(dú)指定，如圖2所示。

誤差預(yù)算計(jì)算器可靠且易于使用，因此更容易創(chuàng)建精密DAC信號(hào)鏈并快速評(píng)估設(shè)計(jì)權(quán)衡。

審核編輯：郭婷