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(多图) 高精度数模转换器的温漂研究

David Fry?? Maxim公司应用工程师经理?? 2013年05月15日 ?? 收藏0
理想的数/模转换器(DAC),其输出电压或电流与输入呈理想的线性关系,不受其它外部因素(如温度)的影响。当然,实际应用中,DAC必然会受各种外部因素的影响而出现误差,温度就是一个明显因素,DAC输出会随温度的变化而漂移。当用高精度DAC精确建立偏置电压时,这一点尤为重要。我们可以校准所有静态漂移,而随温度变化部分却很难补偿,温度引起的误差主要是:失调误差和增益误差。

本文介绍了如何确定DAC的失调误差、增益误差与温度的关系,帮助设计者在设计过程中预先考虑这些误差因素,掌握这些知识也有助于保证系统在温度特性方面满足规范要求。

失调和增益误差

如上所述,很多误差因素会影响DAC性能,比如失调误差和增益误差,DAC器件数据手册的“静态精度”参数部分显示了这些因素的影响。图1为MAX5134 16位、4通道DAC的规格。



注4:增益和失调测试,测试点位于100mV和AVDD
图1:MAX5134的失调和增益误差。

这些参数对DAC性能意味着什么?

失调误差通常定义器件在过零点时的输出,对于单极性输出,该值是零码对应的输出,通常称为零码误差;对于双极性输出,则定义在中间码值对应的DAC输出。

增益误差是传输函数的斜率,对于MAX5134,斜率介于理论值的99.5%-100.5%之间。

图2给出了失调误差和增益误差,注意,失调和增益误差可以为正,也可以为负。


图2:失调和增益误差。

通常我们不会直接测量失调和增益误差,如果一个单极性器件表现出负的失调误差,零码处的测试结果显然不正确。因为单极性DAC通常采用单路正电源供 电,DAC将无法产生负值。可以测试两个点,然后计算得到失调和增益误差,一个测试点靠近零码,另一侧试点靠近最大码值,甚至位于最大码值。对于MAX5134,可以选择100mV和电源AVDD两个测试点,测试条件参见图1注释4 (注4:增益和失调测试,测试点位于100mV和AVDD,参见MAX5134数据手册,可从Maxim网站下载)。

下面考虑温度的影响,失调误差和增益误差都会随着温度的变化发生漂移,对于那些利用DAC准确设置偏置电压的应用,温漂的影响更大。如果失调和增益误差固定,则可通过多种技术进行校准。总的来说,温漂校准是一项非常复杂的工作,首先需要测量温度,然后根据温度值采取相应的补偿。

计算示例和典型结果

此处以MAX5134为例,通过对大量器件的评估统计,我们可以得到最大静态误差。我们先定义几个概念或等式,以便计算误差范围。

VOUT = N × G × (GE + GET) + OE + OET



此处:VOUT = 输出电压
N = DAC输入码值
G = DAC增益
GE = DAC增益误差
GET = 温度变化产生的附加增益误差
OE = DAC失调误差
OET = 温度导变化产生的附加失调误差
VREF = 基准电压
NMAX = DAC最大码值

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数模转换器? DAC? 温漂?

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