深入探討實際器件與理想 DAC 傳輸函數(shù)的差異

作者：Kevin Duke? 德州儀器

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在上篇“追求完美”一文中，我介紹了理想 DAC 概念并概括了其重要性能規(guī)范?，F(xiàn)在我們將深入探討實際器件與理想 DAC 傳輸函數(shù)的差異，以及如何量化這些差異。

DAC 規(guī)范分為兩個基本類別：靜態(tài)與動態(tài)。靜態(tài)規(guī)范是在穩(wěn)定輸出狀態(tài)下、在 DAC 輸出端觀察到的行為，而動態(tài)規(guī)范則是指在代碼至代碼轉(zhuǎn)換過程中所觀察到的行為。在討論線性度與 DAC 傳輸函數(shù)時，您只需考慮靜態(tài)規(guī)范。

我們首先介紹一下失調(diào)誤差。失調(diào)誤差可描述整個 DAC 傳輸函數(shù)的上下移動量。通常對 10% 和 90% 左右滿量程的兩個點進行測量得到最適合線，可得出測量結(jié)果。我們這樣做的目的是避免輸出運算放大器工作在臨近其電源軌的非線性區(qū)域內(nèi)。觀察斜截式直線方程式 y = mx + b（如下圖所示），失調(diào)誤差為 b 項。

0 代碼誤差與失調(diào)誤差類似，但描述的是另一個不同的實用 DAC 行為。測量 0 代碼誤差的方法是為 DAC 加載所有 0 的數(shù)據(jù)，并觀察 DAC 輸出電壓。在理想 DAC 中，在加載所有 0 的數(shù)據(jù)時 DAC 輸出端電壓均為 0V，但由于輸出緩沖器的余量需求，我們會看到一些小量 0V 的失調(diào)。

另一個重要規(guī)范是增益誤差。就像您可能期望的那樣，其可比較實際 DAC 傳輸函數(shù)斜率與理想斜率的差距。在理想情況下，傳輸函數(shù)斜率正好等于 1 LSB，但實際上經(jīng)常會略微偏離這個數(shù)字。增益誤差的測量方式與失調(diào)誤差一樣，也是從相同兩點的最適合線獲得。如果失調(diào)誤差是 y = mx + b 中的 b 項，那么增益誤差就是 m 項。

可使用上述各種測量方法為 DAC 全面提供所有失調(diào)誤差、0 代碼誤差以及增益誤差，鑒于它們所描述的內(nèi)容，這樣做是完全沒有問題的。剩下的規(guī)范包括 INL 和 DNL，可針對 DAC 傳輸函數(shù)中的每個代碼進行測量，但在電氣特性表中提供的單個數(shù)字，可用來表示在整個傳輸函數(shù)中所能觀察到的最差情況。此外，產(chǎn)品說明書的典型特性部分還包括用來顯示所有代碼中典型 INL 或 DNL 的圖表。

DNL 為微分非線性度，用來表示任意兩個連續(xù) DAC 代碼的 LSB 測量值與 LSB 理想值之間的差異。DNL 通常用來推斷 DAC 單調(diào)性，確定 DAC 是否有任何丟失代碼。由于現(xiàn)代 ADC 和 DAC 大多數(shù)都是單調(diào)的，因此 DNL 通常沒有 INL 實用。

最后一個靜態(tài)線性規(guī)范是積分非線性度?(INL)，也稱為相對精度。INL 描述的是理想 DAC 輸出與實際 DAC 輸出之間的差異，其中失調(diào)誤差與增益誤差一直可從測量中通過校準(zhǔn)消除。在很多情況下，對于需要極高精度的應(yīng)用來說，INL 都是最具考慮價值的規(guī)范。失調(diào)、增益以及 0 代碼誤差都可進行外部補償，但我們無法深入器件封裝內(nèi)部,通過糾正內(nèi)部不匹配現(xiàn)象來修復(fù) INL 問題。

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閱讀原文，請參見: ?http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive/2013/04/10/dac-essentials-static-specifications-amp-linearity.aspx

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