如何最佳計(jì)算數(shù)模轉(zhuǎn)換器的信號鏈誤差預(yù)算

電信號鏈有多種形式。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)信號鏈的準(zhǔn)確性起著決定性的作用。為了提高準(zhǔn)確性，首先必須識別并盡量減小每個(gè)信號鏈中的各個(gè)誤差。由于信號鏈的復(fù)雜性，這種分析將會是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。本文介紹了一種精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的信號鏈誤差預(yù)算計(jì)算工具。本文將描述與DAC連接的元件的單項(xiàng)誤差影響。最后，本文將逐步演示如何使用該工具來識別和糾正這些問題。

精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）誤差預(yù)算計(jì)算器的計(jì)算精準(zhǔn)，易于使用，可以幫助開發(fā)人員為特定應(yīng)用選擇最合適的元件。由于數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）通常不會單獨(dú)出現(xiàn)在信號鏈中，而是連接到基準(zhǔn)電壓和運(yùn)算放大器（例如作為參考緩沖器），因此必須重視和總結(jié)這些額外的元件以及它們的各個(gè)誤差。為了更好地理解這個(gè)概念，我們首先看看主要元件的單項(xiàng)誤差影響，如圖1所示。

圖1 數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）信號鏈的主要元件

基準(zhǔn)電壓有四個(gè)主要的誤差影響。第一個(gè)與初始精度（初始誤差）有關(guān)，表現(xiàn)在25℃（指定溫度）的生產(chǎn)測試中測量的輸出電壓不穩(wěn)定。此外，還有與溫度系數(shù)相關(guān)的誤差（溫度系數(shù)誤差）、負(fù)載調(diào)節(jié)誤差和線路調(diào)節(jié)誤差。初始精度和溫度系數(shù)誤差對總誤差影響最大。

在運(yùn)算放大器中，輸入失調(diào)電壓誤差和電阻的阻值誤差影響最大。輸入失調(diào)電壓誤差是指為了獲得零電壓輸出而在輸入端強(qiáng)行施加的很小的電壓差。增益誤差是用于設(shè)置閉環(huán)增益的相應(yīng)電阻的阻值誤差引起的。其他誤差由偏置電流、電源抑制比（PSRR）、開環(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。

對于數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）本身，數(shù)據(jù)表中給出了各種類型的誤差，例如積分非線性（INL）誤差，它與理想輸出電壓和給定輸入代碼測量的實(shí)際輸出電壓之差有關(guān)。其他誤差類型有增益誤差、失調(diào)誤差和增益溫度系數(shù)誤差。有時(shí)將它們組合在一起形成總不可調(diào)整誤差（TUE）。TUE和所有測量輸出DAC誤差有關(guān)，即INL、失調(diào)和增益誤差，以及在電源電壓和溫度范圍內(nèi)的輸出漂移。

由于不同的誤差源通常不相關(guān)，計(jì)算信號鏈中總誤差的最精確方法是統(tǒng)計(jì)平方公差法：

收集各個(gè)元件的誤差通常是一項(xiàng)繁瑣的任務(wù)，現(xiàn)在我們可以使用誤差預(yù)算計(jì)算器來簡化這項(xiàng)工作，得到同樣精確的計(jì)算結(jié)果。

圖2 ADI誤差預(yù)算計(jì)算器中誤差影響的表示

使用精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）誤差預(yù)算計(jì)算器的步驟

首先，使用誤差預(yù)算計(jì)算器，從三種數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）類型中進(jìn)行選擇：電壓輸出DAC、乘法DAC和4 mA ~ 20 mA電流源DAC。接下來，設(shè)置誤差計(jì)算所需的溫度范圍和電源電壓紋波，后者對PSRR誤差將起決定性的作用。輸入這些值后，計(jì)算器將生成一個(gè)圖表，顯示信號鏈中每個(gè)元件的各個(gè)誤差影響，如圖2所示。

這個(gè)示例中的總誤差主要受基準(zhǔn)電壓的影響。通過使用更精確的參考模塊可以改進(jìn)這一信號鏈。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的集成電阻負(fù)責(zé)內(nèi)部反相放大器的比較，從而提高精度，對數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）的總誤差起決定性的作用。在沒有集成電阻或內(nèi)部反相放大器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）中，這些參數(shù)可以單獨(dú)設(shè)定，如圖2所示。

誤差預(yù)算計(jì)算器可靠且易于使用，使創(chuàng)建精密數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）信號鏈和快速評估設(shè)計(jì)權(quán)衡變得更容易。

作者簡介

Thomas Brand于2015年加入德國慕尼黑的ADI公司，當(dāng)時(shí)他還在攻讀碩士。畢業(yè)后，他參加了ADI公司的培訓(xùn)生項(xiàng)目。2017年，他成為一名現(xiàn)場應(yīng)用工程師。Thomas為中歐的大型工業(yè)客戶提供支持，并專注于工業(yè)以太網(wǎng)領(lǐng)域。他畢業(yè)于德國莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學(xué)電氣工程專業(yè)，之后在德國康斯坦茨應(yīng)用科學(xué)大學(xué)獲得國際銷售碩士學(xué)位。