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(多图) 数模转换器构成开环、闭环和“设定后便不需再过问”系统的核心

21ic 凌力尔特公司 Mark Thoren?? 2011年01月21日 ?? 收藏0

  图 4 显示一个“设定后便不需再过问”的应用例子。在这张图中,一个较低分辨率的 DAC 驱动一个可编程增益放大器,该放大器设定精准 DAC 偏移调节引脚上的电压。在初始系统校准时,该较低分辨率 DAC 用来有效地校准精准 DAC 的增益偏移。这个调节代码可以存储在非易失性存储器中,并在系统每次加电时装载。

“设定后便不需再过问”的系统举例

图 4:“设定后便不需再过问”的系统举例

“设定后便不需再过问”的系统举例

  进一步了解 DAC DC 性能规格

  一旦决定了闭环、开环或“设定后便不需再过问”系统的类型,就该选择最好的 DAC 了。正如之前提到的那样,有些应用需要粗略调节,这意味着系统仅需要有限数量的可变设置。在这种情况下,8 位或 10 位分辨率的 DAC 一般就足够了。就需要更精细控制的系统而言,12 位 DAC 可以提供足够的分辨率。在今天的市场上,16 位和 18 位 DAC 提供最精细的每 LSB 分辨率。

  LTC2600 是一种 16 位 8 通道 DAC,是为闭环系统而设计的。看一下它的 DC 性能规格会发现这是很明显的。典型的 INL 是 ±12LSB,最大值为 ±64LSB。典型的 INL 随输入代码的变化曲线在图 5 的下部显示了这些性能规格。16 位单调性和 ±1LSB DNL 误差允许在前馈通路中进行精准控制。正如前面提到的那样,前馈误差对闭环系统来说不重要,只要该 DAC 是单调的就行。

LTC2656 与 LTC2600 的比较

图 5:LTC2656 与 LTC2600 的比较

LTC2656 与 LTC2600 的比较

  相反,新的 LTC2656 是一种 8 通道 DAC,所有 8 个 DAC 都提供 16 位单调性和卓越的 ±4LSB INL 误差,从而使该器件可能同时适合开环和闭环系统。LTC2656 封装中所有 8 个 DAC 的典型 INL 随代码变化的曲线如图 5 所示。在 16 位 8 通道 DAC 类别中,LTC2656 提供最佳 INL。

  单个封装中的 8 个 DAC 都实现高线性度不是一个容易的设计任务。封装压力和电压随温度的漂移都必须在设计中考虑到。单个 DAC 实现较严格的 INL 性能规格会容易得多。例如,凌力尔特公司提供的 LTC2641 是一种单 16 位 DAC,该器件提供 ±1LSB INL 和 DNL 的最高 DC 性能规格。

  除了 INL 和 DNL,其他要考虑的重要 DC 性能规格是偏移误差 (或零标度误差) 和增益误差 (满标度误差)。偏移误差表示,在 (或接近) 零标度输入编码时,实际传递函数与理想传递函数的匹配程度。就需要直到地的精准控制应用而言,偏移误差是非常重要的。LTC2656 提供非常低的 ±2mV 最大偏移误差。

  增益误差表示实际传递函数斜率与理想传递函数斜率的匹配程度。增益误差和满标度误差有时可互换使用,但是满标度误差同时包括增益误差和偏移误 差。LTC2656 提供 ±64LSB 的最大增益误差,这等于满标度的0.098% (64/65536),是一个非常小的最大增益误差。

  具有非常好的偏移和增益误差的 DAC 可能允许系统不必运行控制器或 FPGA 中软件的校准周期。一个随时间和温度变化漂移非常小的 DAC 还使设计更简单,因为系统工程师不需要经常校准。

LTC2656 方框图

图 6:LTC2656 方框图

LTC2656 方框图

  ±10V 输出的 DACs

  之前提到的 DAC 用于单电源或单极性 0V 至 5V 系统。不过,有些闭环、开环或“设定后便不需再过问”的系统需要 ±10V DAC。就这些高压系统而言,设计师既可以用具可编程增益放大器的单极性 0V 至 5V DAC来执行增益和电平移动,或者也可以由 DAC 直接提供 ±10V 的信号。

  凌力尔特公司提供单、双和四通道 DAC 供客户选择,这些 DAC 提供高达 ±10V 的输出电压。LTC1592 是单通道 16 位 DAC 的一个例子,该器件提供两个单极性和 4 个双极性可由软件编程设定的输出电压范围,包括 0V 至 5V、0V 至 10V、±2.5V、±5V、±10V 和 -2.5V 至 7.5V。因此,同一个 DAC 既可以用于单极性系统也可以用于双极性系统,而无需彻底地重新设定控制器。例如,将 DAC 输出范围从 0V 至 5V 改变到 ±10V,仅需要改变至 DAC 串行位流中的两个位。

  结论

  DAC是开环、闭环或“设定后便不需再过问”系统的关键组件。这类系统每一种都需要 DAC 提供不同级别的准确度和分辨率。在特定分辨率时,总是有一些因素需要权衡,如价格、封装大小、基准准确度和输出阻抗。就最高精确度的系统而言,选择 DAC 时很重要的是不仅要考虑数据表第一页上提供的位数是多少,还要考虑 INL、DNL、偏移误差、增益误差等 DC 性能规格保证有多高的准确度。


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