數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成開環(huán)、閉環(huán)和“設(shè)定后便不需再過問”系統(tǒng)的核心
圖 4 顯示一個(gè)“設(shè)定后便不需再過問”的應(yīng)用例子。在這張圖中，一個(gè)較低分辨率的 DAC 驅(qū)動(dòng)一個(gè)可編程增益放大器，該放大器設(shè)定精準(zhǔn) DAC 偏移調(diào)節(jié)引腳上的電壓。在初始系統(tǒng)校準(zhǔn)時(shí)，該較低分辨率 DAC 用來有效地校準(zhǔn)精準(zhǔn) DAC 的增益偏移。這個(gè)調(diào)節(jié)代碼可以存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，并在系統(tǒng)每次加電時(shí)裝載。
圖 4：“設(shè)定后便不需再過問”的系統(tǒng)舉例
進(jìn)一步了解 DAC DC 性能規(guī)格
一旦決定了閉環(huán)、開環(huán)或“設(shè)定后便不需再過問”系統(tǒng)的類型，就該選擇最好的 DAC 了。正如之前提到的那樣，有些應(yīng)用需要粗略調(diào)節(jié)，這意味著系統(tǒng)僅需要有限數(shù)量的可變設(shè)置。在這種情況下，8 位或 10 位分辨率的 DAC 一般就足夠了。就需要更精細(xì)控制的系統(tǒng)而言，12 位 DAC 可以提供足夠的分辨率。在今天的市場上，16 位和 18 位 DAC 提供最精細(xì)的每 LSB 分辨率。
LTC2600 是一種 16 位 8 通道 DAC，是為閉環(huán)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的�？匆幌滤� DC 性能規(guī)格會(huì)發(fā)現(xiàn)這是很明顯的。典型的 INL 是 ±12LSB，最大值為 ±64LSB。典型的 INL 隨輸入代碼的變化曲線在圖 5 的下部顯示了這些性能規(guī)格。16 位單調(diào)性和 ±1LSB DNL 誤差允許在前饋通路中進(jìn)行精準(zhǔn)控制。正如前面提到的那樣，前饋誤差對閉環(huán)系統(tǒng)來說不重要，只要該 DAC 是單調(diào)的就行。
相反，新的 LTC2656 是一種 8 通道 DAC，所有 8 個(gè) DAC 都提供 16 位單調(diào)性和卓越的 ±4LSB INL 誤差，從而使該器件可能同時(shí)適合開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)。LTC2656 封裝中所有 8 個(gè) DAC 的典型 INL 隨代碼變化的曲線如圖 5 所示。在 16 位 8 通道 DAC 類別中，LTC2656 提供最佳 INL。
單個(gè)封裝中的 8 個(gè) DAC 都實(shí)現(xiàn)高線性度不是一個(gè)容易的設(shè)計(jì)任務(wù)。封裝壓力和電壓隨溫度的漂移都必須在設(shè)計(jì)中考慮到。單個(gè) DAC 實(shí)現(xiàn)較嚴(yán)格的 INL 性能規(guī)格會(huì)容易得多。例如，凌力爾特公司提供的 LTC2641 是一種單 16 位 DAC，該器件提供 ±1LSB INL 和 DNL 的最高 DC 性能規(guī)格。
除了 INL 和 DNL，其他要考慮的重要 DC 性能規(guī)格是偏移誤差 (或零標(biāo)度誤差) 和增益誤差 (滿標(biāo)度誤差)。偏移誤差表示，在 (或接近) 零標(biāo)度輸入編碼時(shí)，實(shí)際傳遞函數(shù)與理想傳遞函數(shù)的匹配程度。就需要直到地的精準(zhǔn)控制應(yīng)用而言，偏移誤差是非常重要的。LTC2656 提供非常低的 ±2mV 最大偏移誤差。
增益誤差表示實(shí)際傳遞函數(shù)斜率與理想傳遞函數(shù)斜率的匹配程度。增益誤差和滿標(biāo)度誤差有時(shí)可互換使用，但是滿標(biāo)度誤差同時(shí)包括增益誤差和偏移誤 差。LTC2656 提供 ±64LSB 的最大增益誤差，這等于滿標(biāo)度的0.098% (64/65536)，是一個(gè)非常小的最大增益誤差。
具有非常好的偏移和增益誤差的 DAC 可能允許系統(tǒng)不必運(yùn)行控制器或 FPGA 中軟件的校準(zhǔn)周期。一個(gè)隨時(shí)間和溫度變化漂移非常小的 DAC 還使設(shè)計(jì)更簡單，因?yàn)橄到y(tǒng)工程師不需要經(jīng)常校準(zhǔn)。
圖 5：LTC2656 與 LTC2600 的比較
圖 6：LTC2656 方框圖
±10V 輸出的 DACs
之前提到的 DAC 用于單電源或單極性 0V 至 5V 系統(tǒng)。不過，有些閉環(huán)、開環(huán)或“設(shè)定后便不需再過問”的系統(tǒng)需要 ±10V DAC。就這些高壓系統(tǒng)而言，設(shè)計(jì)師既可以用具可編程增益放大器的單極性 0V 至 5V DAC來執(zhí)行增益和電平移動(dòng)，或者也可以由 DAC 直接提供 ±10V 的信號。
凌力爾特公司提供單、雙和四通道 DAC 供客戶選擇，這些 DAC 提供高達(dá) ±10V 的輸出電壓。LTC1592 是單通道 16 位 DAC 的一個(gè)例子，該器件提供兩個(gè)單極性和 4 個(gè)雙極性可由軟件編程設(shè)定的輸出電壓范圍，包括 0V 至 5V、0V 至 10V、±2.5V、±5V、±10V 和 -2.5V 至 7.5V。因此，同一個(gè) DAC 既可以用于單極性系統(tǒng)也可以用于雙極性系統(tǒng)，而無需徹底地重新設(shè)定控制器。例如，將 DAC 輸出范圍從 0V 至 5V 改變到 ±10V，僅需要改變至 DAC 串行位流中的兩個(gè)位。
結(jié)論
DAC是開環(huán)、閉環(huán)或“設(shè)定后便不需再過問”系統(tǒng)的關(guān)鍵組件。這類系統(tǒng)每一種都需要 DAC 提供不同級別的準(zhǔn)確度和分辨率。在特定分辨率時(shí)，總是有一些因素需要權(quán)衡，如價(jià)格、封裝大小、基準(zhǔn)準(zhǔn)確度和輸出阻抗。就最高精確度的系統(tǒng)而言，選擇 DAC 時(shí)很重要的是不僅要考慮數(shù)據(jù)表第一頁上提供的位數(shù)是多少，還要考慮 INL、DNL、偏移誤差、增益誤差等 DC 性能規(guī)格保證有多高的準(zhǔn)確度。
