作者：Martina Mincica 和 Alice O‘Keeffe

任何實(shí)際的電子應(yīng)用程序都會(huì)受到多種錯(cuò)誤來源的影響， 可以使最精確的組件偏離其數(shù)據(jù)手冊(cè)的行為。 當(dāng)應(yīng)用信號(hào)鏈沒有針對(duì)這些誤差進(jìn)行自我調(diào)整的內(nèi)置機(jī)制時(shí)，將其影響降至最低的唯一方法是測(cè)量 它們并系統(tǒng)地校準(zhǔn)它們。

開環(huán)系統(tǒng)是指不使用其輸出來執(zhí)行調(diào)整的系統(tǒng) 控制其輸入上的操作以實(shí)現(xiàn)所需的性能，同時(shí)在 閉環(huán)系統(tǒng)，輸出取決于系統(tǒng)中的控制動(dòng)作，該動(dòng)作可以 自動(dòng)實(shí)施更正以提高性能。大多數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）信號(hào)鏈?zhǔn)且粍谟酪菪拖到y(tǒng)，其中 輸出的精度必須取決于信號(hào)鏈中每個(gè)模塊的精度。 一勞永逸系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于開環(huán)系統(tǒng) 需要高精度，很可能需要并建議進(jìn)行校準(zhǔn)。

我們將介紹兩種類型的DAC信號(hào)鏈校準(zhǔn)：TempCal（工作溫度下的校準(zhǔn)），它可以提供最佳的糾錯(cuò)水平， 和 SpecCal（使用規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)），這是一種有效的替代方案 當(dāng)使用TempCal是不可能的，但它并不那么全面。

DAC的類型

單極性電壓DAC只能提供正輸出或負(fù)輸出。 本文將以AD5676R為例，以單極性DAC為例，以及如何 以準(zhǔn)確校準(zhǔn)它。同樣的方法可以用來使必要的 使用其他類型的 DAC 進(jìn)行調(diào)整。

AD5766等雙極性電壓DAC可以實(shí)現(xiàn)正輸出和負(fù)輸出。

電流輸出DAC通常用于乘法配置（MDAC） 提供可變?cè)鲆?它們通常需要外部放大器來緩沖 固定電阻兩端產(chǎn)生的電壓。

精密電流源DAC （IDAC），如AD5770R和LTC2662，是 一類新的DAC，可以在預(yù)定義的輸出電流中精確設(shè)置輸出電流 范圍，無需任何額外的外部組件。

DAC傳遞函數(shù)理論和本征誤差

理想的數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬輸出電壓或電流與輸入數(shù)字代碼完全成比例，并且與不需要的數(shù)字代碼無關(guān) 外部影響，如電源和參考變化。 對(duì)于理想電壓輸出DAC，輸出增加為單步增加 在輸入數(shù)字代碼中稱為LSB，定義為：

哪里：

（VREF+） 和 （VREF-） 是正基準(zhǔn)電壓和負(fù)基準(zhǔn)電壓。在一些 情況 （VREF-） 等于地 （0 V）。

n 是以位為單位的 DAC 分辨率。

低音水平大?。╒） 是 DAC 輸出的最小增量（以伏特為單位）。

這意味著對(duì)于任何給定的輸入代碼，一旦LSB已知，它應(yīng)該是 可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)DAC的電壓輸出。

實(shí)際上，DAC輸出的精度受增益和失調(diào)誤差的影響 DAC（固有誤差）和信號(hào)鏈中的其他元件（系統(tǒng)級(jí)誤差）。例如，一些DAC具有集成輸出放大器，而其他DAC則需要一個(gè)可能成為額外誤差源的放大器。

在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，最相關(guān)的規(guī)格在術(shù)語中定義 部分。對(duì)于DAC，本節(jié)列出了失調(diào)誤差和增益誤差等參數(shù)。

零電平誤差是零碼（0x0000）時(shí)輸出誤差的測(cè)量值 加載到DAC寄存器。

圖1顯示了失調(diào)和增益誤差如何影響DAC傳遞函數(shù) 單極性電壓DAC。

增益誤差是DAC量程誤差的測(cè)量值，紫色顯示在 圖1.增益誤差是DAC傳輸特性與理想值的斜率偏差。理想的DAC傳輸以黑色顯示。

失調(diào)誤差是實(shí)際值和理想值之差的量度 輸出，在傳遞函數(shù)的線性區(qū)域中，如圖1中的藍(lán)色所示。 請(qǐng)注意，藍(lán)色傳遞函數(shù)是插值的，以滿足 y 軸 負(fù) V外并確定失調(diào)誤差。

圖1.單極性DAC的失調(diào)誤差和增益誤差表示。

增益誤差和失調(diào)誤差的影響如圖4的藍(lán)色圖所示。

相同的參數(shù)也與它們?nèi)绾巫兓ㄆ疲┯嘘P(guān) 溫度變化。

零碼誤差漂移是零碼誤差隨變化的變化的度量 在溫度上。

增益誤差溫度系數(shù)是增益變化的量度 溫度變化錯(cuò)誤。

失調(diào)誤差漂移是失調(diào)誤差隨變化而變化的測(cè)量值 在溫度上。

溫度變化對(duì)電子系統(tǒng)的精度起著重要作用。 而DAC的固有增益和失調(diào)誤差通常由 關(guān)于溫度，系統(tǒng)的其他組件可以具有 對(duì)輸出總失調(diào)和增益的影響。

因此，即使DAC的INL和DNL非常具有競(jìng)爭(zhēng)力，還有其他 要考慮的錯(cuò)誤，尤其是與溫度有關(guān)的誤差。最近的 DAC 指定總未調(diào)整誤差 （TUE） 作為輸出誤差的度量 考慮所有各種誤差，即INL誤差、失調(diào)誤差、增益誤差、 以及電源和溫度范圍內(nèi)的輸出漂移。TUE 以 %FSR 表示。

當(dāng)數(shù)據(jù)手冊(cè)未指定DAC的TUE時(shí)，可以使用 稱為 RSS 或和方根的技術(shù) - 一種用于對(duì)不相關(guān)的錯(cuò)誤源求和以進(jìn)行錯(cuò)誤分析的技術(shù)。

還有其他較小的錯(cuò)誤源通常被省略，因?yàn)樗鼈?不太相關(guān)的貢獻(xiàn)，如輸出漂移等。

系統(tǒng)中每個(gè)組件的每個(gè)規(guī)格都必須轉(zhuǎn)換 進(jìn)入相同的單位。這可以使用表 2 完成。

TUE 是一筆巨大的資產(chǎn)，可以簡潔地解釋 DC DAC 輸出的精度 內(nèi)在誤差總和的結(jié)果;但是，它不考慮系統(tǒng)級(jí)誤差，系統(tǒng)級(jí)誤差因DAC的信號(hào)鏈而異 及其環(huán)境。

值得注意的是，一些DAC的輸出中內(nèi)置了緩沖器/放大器。 在這種情況下，載物臺(tái)和數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格反映了兩者的影響 部分內(nèi)在錯(cuò)誤。

系統(tǒng)級(jí)錯(cuò)誤

當(dāng)嘗試分析給定應(yīng)用的DAC信號(hào)鏈誤差預(yù)算時(shí)， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮并驗(yàn)證不同組件的貢獻(xiàn)，注意系統(tǒng)的預(yù)期溫度 來操作。根據(jù)最終應(yīng)用的不同，可以有許多不同的 信號(hào)鏈的構(gòu)建模塊，包括電源 IC、緩沖器或放大器， 以及可能導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)誤差的不同類型的有源負(fù)載。

參考來源

每個(gè)DAC都需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓源才能工作。參考源是一個(gè) DAC和整個(gè)信號(hào)鏈精度的主要貢獻(xiàn)因素。

關(guān)鍵參考性能規(guī)格也可在獨(dú)立中定義 參考數(shù)據(jù)手冊(cè)，如ADR45xx系列，或作為DAC數(shù)據(jù)手冊(cè)的一部分，如果 設(shè)備具有可供用戶使用的內(nèi)部參考源。

定義壓差，有時(shí)稱為電源電壓裕量 作為輸入和輸出之間的最小電壓差，使得 輸出電壓保持在 0.1% 的精度以內(nèi)。

溫度系數(shù)（TC 或 TCV外） 與輸出電壓的變化有關(guān) 設(shè)備環(huán)境溫度的變化，由 輸出電壓為 25°C。 The TCV外對(duì)于ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550，A級(jí)和B級(jí)在三種溫度下進(jìn)行了全面測(cè)試：?40°C、+25°C 和 +125°C The TCV外對(duì)于C級(jí)經(jīng)過三個(gè)全面測(cè)試 溫度：0°C、+25°C 和 +70°C。 此參數(shù)使用兩個(gè)指定 方法。盒子方法是最常用的方法，它占 溫度系數(shù)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，而領(lǐng)結(jié) 該方法從+25°C計(jì)算最壞情況斜率，因此更有用 適用于在 +25°C 下校準(zhǔn)的系統(tǒng)

對(duì)于某些DAC，與外部基準(zhǔn)電壓源相比，外部基準(zhǔn)電壓源表現(xiàn)出更好的性能 到集成引用?；鶞?zhǔn)電壓直接影響傳輸 函數(shù)，因此此電壓的任何變化都會(huì)成比例地改變 傳遞函數(shù)，即增益。

值得注意的是，一些DAC具有內(nèi)置緩沖內(nèi)部基準(zhǔn)和 本例中的數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格反映了這些內(nèi)部的影響 塊作為固有錯(cuò)誤的一部分。

線路調(diào)節(jié)

線路調(diào)整率為每個(gè)獨(dú)立IC定義，作為變化充當(dāng)電源 響應(yīng)輸入的給定變化的輸出。這適用于電源， 緩沖器和基準(zhǔn)電壓源IC，用于保持其輸出電壓 無論輸入如何，都穩(wěn)定。線路調(diào)整率通常在數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定 環(huán)境溫度。

負(fù)載調(diào)整率

負(fù)載調(diào)整率定義為 負(fù)載電流的變化。電壓輸出通常經(jīng)過緩沖以減少影響 這種變化。某些DAC可能無法緩沖基準(zhǔn)輸入。因此，作為 代碼改變，參考輸入阻抗也會(huì)改變，導(dǎo)致 基準(zhǔn)電壓的變化。對(duì)輸出的影響通常很小，但應(yīng)該 在高精度應(yīng)用中考慮。這通常在數(shù)據(jù)中指定 片材在環(huán)境溫度下。

焊料耐熱性偏移

焊料耐熱性（SHR）偏移與參考源特別相關(guān)。 它是指由暴露引起的輸出電壓的永久偏移 回流焊并表示為輸出電壓的百分比。請(qǐng)參閱的 有關(guān)更多詳細(xì)信息，ADR45xx系列數(shù)據(jù)手冊(cè)。一般來說，所有的IC都是以某種方式 受SHR偏移的影響，但這并不總是可以量化的，它在很大程度上取決于 在應(yīng)用程序的特定系統(tǒng)程序集上。

長期穩(wěn)定性

長期穩(wěn)定性定義了輸出電壓隨時(shí)間的變化，以ppm/1000小時(shí)為單位。應(yīng)用程序的長期穩(wěn)定性可以通過以下方式提高 PCB 級(jí)老化。

開環(huán)校準(zhǔn)理論

DAC信號(hào)鏈簡化圖如圖2所示。概述的塊 黑色表示簡化的開環(huán)信號(hào)鏈，而灰色表示 是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)所需的附加組件的示例 信號(hào)鏈。

圖2.DAC信號(hào)鏈簡化圖

閉環(huán)選項(xiàng)需要額外的組件和通過軟件進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理，以提供更準(zhǔn)確的輸出。當(dāng)這些額外的 由于各種原因（空間、成本等）無法添加資源，開環(huán) 解決方案仍然有效 — 前提是它能夠提供所需的準(zhǔn)確性。這就是哪里 本文有助于闡明如何進(jìn)行開環(huán)校準(zhǔn)。

從理論上講，校準(zhǔn)增益和失調(diào)誤差是沒有外部影響的常數(shù)是一個(gè)簡單的過程。傳遞函數(shù)的線性區(qū)域 的DAC可以建模為直線，描述如下：

哪里：

y 是輸出。

m是考慮增益誤差的傳遞函數(shù)斜率（圖1中紫色顯示）。

x 是 DAC 的輸入。

c是失調(diào)電壓（在圖1中以藍(lán)色顯示）。

理想情況下，m 始終為 1，c 始終為零。在實(shí)踐中，它們占 DAC的增益和失調(diào)誤差，一旦知道，就可以考慮它們 在DAC輸入中實(shí)現(xiàn)更接近理想DAC輸出的數(shù)字。增益 可以通過將數(shù)字DAC輸入乘以倒數(shù)來校準(zhǔn) 增益誤差。失調(diào)誤差可以通過添加 測(cè)量的數(shù)字DAC輸入失調(diào)誤差。

下面的公式顯示了如何計(jì)算正確的DAC輸入以產(chǎn)生 所需電壓：

哪里：

請(qǐng)注意，失調(diào)誤差可以是正的，也可以是負(fù)的。

另請(qǐng)參閱“數(shù)模轉(zhuǎn)換器的開環(huán)校準(zhǔn)技術(shù)”模擬對(duì)話文章。

如何成功校準(zhǔn)DAC信號(hào)鏈

在本節(jié)中，我們將介紹如何校準(zhǔn)DAC信號(hào)中的失調(diào)和增益 以AD5676R為例。對(duì)于所有測(cè)量， EVAL-AD5676評(píng)估套件在使能AD5676R內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的情況下使用。EVAL-AD5676板和測(cè)量設(shè)置都是一部分 我們?cè)谑纠袦y(cè)量的信號(hào)鏈。這個(gè)的每個(gè)組成部分 信號(hào)鏈（板上的電源IC，AD5676R，布局引入的寄生效應(yīng) 和連接器等）導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤。這個(gè)想法是為了展示 如何校準(zhǔn)該系統(tǒng)作為任何其他選擇系統(tǒng)的示例。

EVAL-SDP-CB1Z Blackfin? SDP 控制器板 （SDP-B）用于通信 在EVAL-AD5676評(píng)估套件上使用AD5676R，并使用8位數(shù)字萬用表 測(cè)量V的輸出電壓外0.氣候室用于控制 由 EVAL-SDP-CB1Z 和 EVAL-AD5676 制成的整個(gè)系統(tǒng)的溫度 AD5676R采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。

EVAL-AD5676按照用戶指南中的說明上電，鏈路配置如表3所示。

首先，對(duì)未校準(zhǔn)的信號(hào)鏈誤差（NoCal）進(jìn)行評(píng)估 不同的溫度。計(jì)算輸出誤差時(shí)考慮了 理想值與特定測(cè)量值之間的LSB差異 輸入代碼。該誤差包括DAC的固有誤差和外在誤差 以及EVAL-AD5676板上的整體信號(hào)鏈。輸出錯(cuò)誤，無 校準(zhǔn)如圖3所示。

圖3.EVAL-AD5676 輸出誤差（含無鈣時(shí)以 LSB 為單位）

計(jì)算失調(diào)和增益誤差以及隨后 校正代碼駐留在傳遞函數(shù)中。需要兩點(diǎn) 那個(gè)：一個(gè)接近零尺度的數(shù)據(jù)點(diǎn)（ZSLIN）和一個(gè)接近滿尺度的數(shù)據(jù)點(diǎn)（FSLIN）。這 想法是在DAC的線性區(qū)域工作。通常提供此信息 與 INL 和 DNL 規(guī)范一起，最有可能在規(guī)格表的尾注中。為 例如，AD5676R的線性區(qū)域從代碼256和代碼65280開始。

圖4所示為解釋DAC線性區(qū)域的示意圖。

圖4.單極性電壓DAC傳遞函數(shù)和誤差。

一旦 ZS林和FS林代碼已經(jīng)確定，我們可以收集校準(zhǔn)所需的測(cè)量值，即這兩個(gè)的DAC電壓輸出 代碼 （V外在ZS林和 V外在FS林），加上介于兩者之間的其他一些代碼（1/4 比例， 中量程和 3/4 比例）

應(yīng)在應(yīng)用的工作溫度下收集測(cè)量值。如果無法做到這一點(diǎn)，則信號(hào)鏈中器件的數(shù)據(jù)手冊(cè) 可用于推導(dǎo)出所需的信息，一旦兩個(gè)主要數(shù)據(jù)點(diǎn) 已在環(huán)境收集。

信號(hào)鏈中的每個(gè)器件都會(huì)導(dǎo)致誤差，并且每個(gè)電路板都不同 從另一個(gè)，所以它應(yīng)該單獨(dú)校準(zhǔn)。

溫度校準(zhǔn)：在工作溫度下校準(zhǔn)

通過在工作溫度下測(cè)量應(yīng)用環(huán)境中的誤差并系統(tǒng)地糾正 它們?cè)趯懭?DAC 以更新輸出時(shí)。

要使用此方法校準(zhǔn)DAC，在系統(tǒng)溫度下 工作時(shí)，在代碼ZSLIN和FSLIN處測(cè)量DAC輸出。構(gòu)造 傳遞函數(shù)如下：

哪里：

VOE= 失調(diào)誤差 （V）

VFS，LIN，ACT= 滿量程的實(shí)際輸出林

VZS，LIN，ACT= ZS 的實(shí)際輸出林

VFS，林，理想= 滿量程時(shí)的理想輸出林

VZS，林，理想= ZS 的理想輸出林

請(qǐng)注意，失調(diào)誤差可以是正的，也可以是負(fù)的。

圖5顯示了采用TempCal方法的EVAL-AD5676評(píng)估套件實(shí)現(xiàn)的輸出誤差。

圖5.在不同溫度下，LSB 中的系統(tǒng)輸出誤差與溫度校準(zhǔn)。

規(guī)格：使用規(guī)格進(jìn)行校準(zhǔn)

如果無法在工作溫度下測(cè)量應(yīng)用環(huán)境中的誤差，仍然可以使用 AD5676R數(shù)據(jù)手冊(cè)和在環(huán)境溫度下校準(zhǔn)的DAC傳遞函數(shù)。

要使用此方法校準(zhǔn)DAC，請(qǐng)?jiān)诖aZS處測(cè)量DAC輸出林和FS林在環(huán)境溫度下。按所述構(gòu)造傳遞函數(shù) 在溫度校準(zhǔn)部分，通過計(jì)算環(huán)境和 應(yīng)用公式14。

哪里：

通用 電氣磁力軸承= 環(huán)境溫度下的增益誤差

VOE，磁力= 環(huán)境溫度下的失調(diào)誤差 （V）

在環(huán)境溫度下校準(zhǔn)DAC信號(hào)鏈會(huì)考慮系統(tǒng)級(jí) 錯(cuò)誤。但是，由于溫度變化引起的外部誤差的變化 沒有說明;因此，這種校準(zhǔn)方法不如 溫度校準(zhǔn)法。

由于工作溫度變化而導(dǎo)致的固有DAC誤差漂移，即失調(diào)和增益誤差，可以使用數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格來考慮。 這就是我們所說的SpecCal。失調(diào)誤差漂移的典型值列于AD5676R數(shù)據(jù)手冊(cè)的規(guī)格表中，失調(diào)誤差隨溫度的典型性能特性（TPC）表示誤差漂移的方向取決于環(huán)境溫度的升高或降低。

溫度引起的增益誤差變化在增益誤差與 溫度TPC。從圖中確定以FSR百分比為單位的增益誤差并應(yīng)用 等式 16.

現(xiàn)在我們已經(jīng)估算了工作溫度下的失調(diào)誤差和增益誤差，可以使用公式17來確定SpecCal輸出的輸入代碼。

哪里：

圖6顯示了EVAL-AD5676評(píng)估套件的輸出誤差 SpecCal方法。

圖6.不同溫度下 LSB 和 SpecCal 的系統(tǒng)輸出誤差。

本例中使用了內(nèi)部基準(zhǔn)。外部引用可以添加到 整體錯(cuò)誤。參考源引起的錯(cuò)誤可以使用 參考數(shù)據(jù)手冊(cè)，考慮了基準(zhǔn)電壓源在 利息?；鶞?zhǔn)電壓的變化會(huì)改變實(shí)際輸出范圍，從而改變 LSB 大小。如果使用外部基準(zhǔn)，則應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。這 溫度與輸出電壓的關(guān)系 TPC可用于確定 基準(zhǔn)漂移引起的輸出范圍。

哪里：

結(jié)論

本文概述了DAC信號(hào)鏈中誤差的一些主要原因。 包括數(shù)據(jù)手冊(cè)和系統(tǒng)級(jí)中定義的DAC固有誤差 誤差因系統(tǒng)而異，必須在開環(huán)應(yīng)用中加以考慮。

已經(jīng)討論了兩種校準(zhǔn)方法，一種用于何時(shí)可以使用DAC 在系統(tǒng)工作溫度下校準(zhǔn)，在無法在工作溫度下校準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行第二次校準(zhǔn)，但可以在環(huán)境溫度下進(jìn)行測(cè)量。第二種方法使用TPC和DAC數(shù)據(jù)手冊(cè)中概述的規(guī)格以及其他 信號(hào)鏈中的IC，用于考慮增益和失調(diào)誤差漂移。

TempCal方法可以達(dá)到比SpecCal方法更好的精度。為 例如，圖7顯示了EVAL-AD5676板在50°C下的溫度如何 方法達(dá)到了非常接近理想的精度水平，而 SpecCal 方法仍然設(shè)法從NoCal數(shù)據(jù)中提供了改進(jìn)。

圖7.50°C 時(shí)，無鈣、規(guī)格和溫度校準(zhǔn)時(shí)系統(tǒng)輸出誤差以 LSB 為單位。

溫度變化對(duì)電子系統(tǒng)的精度起著重要作用。 在系統(tǒng)工作溫度下校準(zhǔn)可以抵消大多數(shù)誤差。如果 這是不可能的，可以使用DAC和其他IC數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的信息來解決溫度變化問題，以實(shí)現(xiàn) 可接受的程度

任何實(shí)際的電子應(yīng)用程序都會(huì)受到多種錯(cuò)誤來源的影響， 可以使最精確的組件偏離其數(shù)據(jù)手冊(cè)的行為。 當(dāng)應(yīng)用信號(hào)鏈沒有針對(duì)這些誤差進(jìn)行自我調(diào)整的內(nèi)置機(jī)制時(shí)，將其影響降至最低的唯一方法是測(cè)量 它們并系統(tǒng)地校準(zhǔn)它們。

開環(huán)系統(tǒng)是指不使用其輸出來執(zhí)行調(diào)整的系統(tǒng) 控制其輸入上的操作以實(shí)現(xiàn)所需的性能，同時(shí)在 閉環(huán)系統(tǒng)，輸出取決于系統(tǒng)中的控制動(dòng)作，該動(dòng)作可以 自動(dòng)實(shí)施更正以提高性能。大多數(shù)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）信號(hào)鏈?zhǔn)且粍谟酪菪拖到y(tǒng)，其中 輸出的精度必須取決于信號(hào)鏈中每個(gè)模塊的精度。 一勞永逸系統(tǒng)是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)。對(duì)于開環(huán)系統(tǒng) 需要高精度，很可能需要并建議進(jìn)行校準(zhǔn)。

我們將介紹兩種類型的DAC信號(hào)鏈校準(zhǔn)：TempCal（工作溫度下的校準(zhǔn)），它可以提供最佳的糾錯(cuò)水平， 和 SpecCal（使用規(guī)范進(jìn)行校準(zhǔn)），這是一種有效的替代方案 當(dāng)使用TempCal是不可能的，但它并不那么全面。

DAC的類型

單極性電壓DAC只能提供正輸出或負(fù)輸出。 本文將以AD5676R為例，以單極性DAC為例，以及如何 以準(zhǔn)確校準(zhǔn)它。同樣的方法可以用來使必要的 使用其他類型的 DAC 進(jìn)行調(diào)整。

AD5766等雙極性電壓DAC可以實(shí)現(xiàn)正輸出和負(fù)輸出。

電流輸出DAC通常用于乘法配置（MDAC） 提供可變?cè)鲆?它們通常需要外部放大器來緩沖 固定電阻兩端產(chǎn)生的電壓。

精密電流源DAC （IDAC），如AD5770R和LTC2662，是 一類新的DAC，可以在預(yù)定義的輸出電流中精確設(shè)置輸出電流 范圍，無需任何額外的外部組件。

DAC傳遞函數(shù)理論和本征誤差

理想的數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的模擬輸出電壓或電流與輸入數(shù)字代碼完全成比例，并且與不需要的數(shù)字代碼無關(guān) 外部影響，如電源和參考變化。 對(duì)于理想電壓輸出DAC，輸出增加為單步增加 在輸入數(shù)字代碼中稱為LSB，定義為：

哪里：

（VREF+） 和 （VREF-） 是正基準(zhǔn)電壓和負(fù)基準(zhǔn)電壓。在一些 情況 （VREF-） 等于地 （0 V）。

n 是以位為單位的 DAC 分辨率。

低音水平大?。╒） 是 DAC 輸出的最小增量（以伏特為單位）。

這意味著對(duì)于任何給定的輸入代碼，一旦LSB已知，它應(yīng)該是 可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)DAC的電壓輸出。

實(shí)際上，DAC輸出的精度受增益和失調(diào)誤差的影響 DAC（固有誤差）和信號(hào)鏈中的其他元件（系統(tǒng)級(jí)誤差）。例如，一些DAC具有集成輸出放大器，而其他DAC則需要一個(gè)可能成為額外誤差源的放大器。

在數(shù)據(jù)手冊(cè)中，最相關(guān)的規(guī)格在術(shù)語中定義 部分。對(duì)于DAC，本節(jié)列出了失調(diào)誤差和增益誤差等參數(shù)。

零電平誤差是零碼（0x0000）時(shí)輸出誤差的測(cè)量值 加載到DAC寄存器。

圖1顯示了失調(diào)和增益誤差如何影響DAC傳遞函數(shù) 單極性電壓DAC。

增益誤差是DAC量程誤差的測(cè)量值，紫色顯示在 圖1.增益誤差是DAC傳輸特性與理想值的斜率偏差。理想的DAC傳輸以黑色顯示。

失調(diào)誤差是實(shí)際值和理想值之差的量度 輸出，在傳遞函數(shù)的線性區(qū)域中，如圖1中的藍(lán)色所示。 請(qǐng)注意，藍(lán)色傳遞函數(shù)是插值的，以滿足 y 軸 負(fù) V外并確定失調(diào)誤差。

圖1.單極性DAC的失調(diào)誤差和增益誤差表示。

增益誤差和失調(diào)誤差的影響如圖4的藍(lán)色圖所示。

相同的參數(shù)也與它們?nèi)绾巫兓ㄆ疲┯嘘P(guān) 溫度變化。

零碼誤差漂移是零碼誤差隨變化的變化的度量 在溫度上。

增益誤差溫度系數(shù)是增益變化的量度 溫度變化錯(cuò)誤。

失調(diào)誤差漂移是失調(diào)誤差隨變化而變化的測(cè)量值 在溫度上。

溫度變化對(duì)電子系統(tǒng)的精度起著重要作用。 而DAC的固有增益和失調(diào)誤差通常由 關(guān)于溫度，系統(tǒng)的其他組件可以具有 對(duì)輸出總失調(diào)和增益的影響。

因此，即使DAC的INL和DNL非常具有競(jìng)爭(zhēng)力，還有其他 要考慮的錯(cuò)誤，尤其是與溫度有關(guān)的誤差。最近的 DAC 指定總未調(diào)整誤差 （TUE） 作為輸出誤差的度量 考慮所有各種誤差，即INL誤差、失調(diào)誤差、增益誤差、 以及電源和溫度范圍內(nèi)的輸出漂移。TUE 以 %FSR 表示。

當(dāng)數(shù)據(jù)手冊(cè)未指定DAC的TUE時(shí)，可以使用 稱為 RSS 或和方根的技術(shù) - 一種用于對(duì)不相關(guān)的錯(cuò)誤源求和以進(jìn)行錯(cuò)誤分析的技術(shù)。

還有其他較小的錯(cuò)誤源通常被省略，因?yàn)樗鼈?不太相關(guān)的貢獻(xiàn)，如輸出漂移等。

系統(tǒng)中每個(gè)組件的每個(gè)規(guī)格都必須轉(zhuǎn)換 進(jìn)入相同的單位。這可以使用表 2 完成。

TUE 是一筆巨大的資產(chǎn)，可以簡潔地解釋 DC DAC 輸出的精度 內(nèi)在誤差總和的結(jié)果;但是，它不考慮系統(tǒng)級(jí)誤差，系統(tǒng)級(jí)誤差因DAC的信號(hào)鏈而異 及其環(huán)境。

值得注意的是，一些DAC的輸出中內(nèi)置了緩沖器/放大器。 在這種情況下，載物臺(tái)和數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格反映了兩者的影響 部分內(nèi)在錯(cuò)誤。

系統(tǒng)級(jí)錯(cuò)誤

當(dāng)嘗試分析給定應(yīng)用的DAC信號(hào)鏈誤差預(yù)算時(shí)， 系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)考慮并驗(yàn)證不同組件的貢獻(xiàn)，注意系統(tǒng)的預(yù)期溫度 來操作。根據(jù)最終應(yīng)用的不同，可以有許多不同的 信號(hào)鏈的構(gòu)建模塊，包括電源 IC、緩沖器或放大器， 以及可能導(dǎo)致系統(tǒng)級(jí)誤差的不同類型的有源負(fù)載。

參考來源

每個(gè)DAC都需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓源才能工作。參考源是一個(gè) DAC和整個(gè)信號(hào)鏈精度的主要貢獻(xiàn)因素。

關(guān)鍵參考性能規(guī)格也可在獨(dú)立中定義 參考數(shù)據(jù)手冊(cè)，如ADR45xx系列，或作為DAC數(shù)據(jù)手冊(cè)的一部分，如果 設(shè)備具有可供用戶使用的內(nèi)部參考源。

定義壓差，有時(shí)稱為電源電壓裕量 作為輸入和輸出之間的最小電壓差，使得 輸出電壓保持在 0.1% 的精度以內(nèi)。

溫度系數(shù)（TC 或 TCV外） 與輸出電壓的變化有關(guān) 設(shè)備環(huán)境溫度的變化，由 輸出電壓為 25°C。 The TCV外對(duì)于ADR4520/ADR4525/ADR4530/ADR4533/ADR4540/ADR4550，A級(jí)和B級(jí)在三種溫度下進(jìn)行了全面測(cè)試：?40°C、+25°C 和 +125°C The TCV外對(duì)于C級(jí)經(jīng)過三個(gè)全面測(cè)試 溫度：0°C、+25°C 和 +70°C。 此參數(shù)使用兩個(gè)指定 方法。盒子方法是最常用的方法，它占 溫度系數(shù)在整個(gè)溫度范圍內(nèi)，而領(lǐng)結(jié) 該方法從+25°C計(jì)算最壞情況斜率，因此更有用 適用于在 +25°C 下校準(zhǔn)的系統(tǒng)

對(duì)于某些DAC，與外部基準(zhǔn)電壓源相比，外部基準(zhǔn)電壓源表現(xiàn)出更好的性能 到集成引用。基準(zhǔn)電壓直接影響傳輸 函數(shù)，因此此電壓的任何變化都會(huì)成比例地改變 傳遞函數(shù)，即增益。

值得注意的是，一些DAC具有內(nèi)置緩沖內(nèi)部基準(zhǔn)和 本例中的數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格反映了這些內(nèi)部的影響 塊作為固有錯(cuò)誤的一部分。

線路調(diào)節(jié)

線路調(diào)整率為每個(gè)獨(dú)立IC定義，作為變化充當(dāng)電源 響應(yīng)輸入的給定變化的輸出。這適用于電源， 緩沖器和基準(zhǔn)電壓源IC，用于保持其輸出電壓 無論輸入如何，都穩(wěn)定。線路調(diào)整率通常在數(shù)據(jù)手冊(cè)中指定 環(huán)境溫度。

負(fù)載調(diào)整率

負(fù)載調(diào)整率定義為 負(fù)載電流的變化。電壓輸出通常經(jīng)過緩沖以減少影響 這種變化。某些DAC可能無法緩沖基準(zhǔn)輸入。因此，作為 代碼改變，參考輸入阻抗也會(huì)改變，導(dǎo)致 基準(zhǔn)電壓的變化。對(duì)輸出的影響通常很小，但應(yīng)該 在高精度應(yīng)用中考慮。這通常在數(shù)據(jù)中指定 片材在環(huán)境溫度下。

焊料耐熱性偏移

焊料耐熱性（SHR）偏移與參考源特別相關(guān)。 它是指由暴露引起的輸出電壓的永久偏移 回流焊并表示為輸出電壓的百分比。請(qǐng)參閱的 有關(guān)更多詳細(xì)信息，ADR45xx系列數(shù)據(jù)手冊(cè)。一般來說，所有的IC都是以某種方式 受SHR偏移的影響，但這并不總是可以量化的，它在很大程度上取決于 在應(yīng)用程序的特定系統(tǒng)程序集上。

長期穩(wěn)定性

長期穩(wěn)定性定義了輸出電壓隨時(shí)間的變化，以ppm/1000小時(shí)為單位。應(yīng)用程序的長期穩(wěn)定性可以通過以下方式提高 PCB 級(jí)老化。

開環(huán)校準(zhǔn)理論

DAC信號(hào)鏈簡化圖如圖2所示。概述的塊 黑色表示簡化的開環(huán)信號(hào)鏈，而灰色表示 是實(shí)現(xiàn)閉環(huán)所需的附加組件的示例 信號(hào)鏈。

圖2.DAC信號(hào)鏈簡化圖

閉環(huán)選項(xiàng)需要額外的組件和通過軟件進(jìn)行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理，以提供更準(zhǔn)確的輸出。當(dāng)這些額外的 由于各種原因（空間、成本等）無法添加資源，開環(huán) 解決方案仍然有效 — 前提是它能夠提供所需的準(zhǔn)確性。這就是哪里 本文有助于闡明如何進(jìn)行開環(huán)校準(zhǔn)。

從理論上講，校準(zhǔn)增益和失調(diào)誤差是沒有外部影響的常數(shù)是一個(gè)簡單的過程。傳遞函數(shù)的線性區(qū)域 的DAC可以建模為直線，描述如下：

哪里：

y 是輸出。

m是考慮增益誤差的傳遞函數(shù)斜率（圖1中紫色顯示）。

x 是 DAC 的輸入。

c是失調(diào)電壓（在圖1中以藍(lán)色顯示）。

理想情況下，m 始終為 1，c 始終為零。在實(shí)踐中，它們占 DAC的增益和失調(diào)誤差，一旦知道，就可以考慮它們 在DAC輸入中實(shí)現(xiàn)更接近理想DAC輸出的數(shù)字。增益 可以通過將數(shù)字DAC輸入乘以倒數(shù)來校準(zhǔn) 增益誤差。失調(diào)誤差可以通過添加 測(cè)量的數(shù)字DAC輸入失調(diào)誤差。

下面的公式顯示了如何計(jì)算正確的DAC輸入以產(chǎn)生 所需電壓：

哪里：

請(qǐng)注意，失調(diào)誤差可以是正的，也可以是負(fù)的。

另請(qǐng)參閱“數(shù)模轉(zhuǎn)換器的開環(huán)校準(zhǔn)技術(shù)”模擬對(duì)話文章。

如何成功校準(zhǔn)DAC信號(hào)鏈

在本節(jié)中，我們將介紹如何校準(zhǔn)DAC信號(hào)中的失調(diào)和增益 以AD5676R為例。對(duì)于所有測(cè)量， EVAL-AD5676評(píng)估套件在使能AD5676R內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源的情況下使用。EVAL-AD5676板和測(cè)量設(shè)置都是一部分 我們?cè)谑纠袦y(cè)量的信號(hào)鏈。這個(gè)的每個(gè)組成部分 信號(hào)鏈（板上的電源IC，AD5676R，布局引入的寄生效應(yīng) 和連接器等）導(dǎo)致系統(tǒng)錯(cuò)誤。這個(gè)想法是為了展示 如何校準(zhǔn)該系統(tǒng)作為任何其他選擇系統(tǒng)的示例。

EVAL-SDP-CB1Z Blackfin? SDP 控制器板 （SDP-B）用于通信 在EVAL-AD5676評(píng)估套件上使用AD5676R，并使用8位數(shù)字萬用表 測(cè)量V的輸出電壓外0.氣候室用于控制 由 EVAL-SDP-CB1Z 和 EVAL-AD5676 制成的整個(gè)系統(tǒng)的溫度 AD5676R采用內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源。

EVAL-AD5676按照用戶指南中的說明上電，鏈路配置如表3所示。

首先，對(duì)未校準(zhǔn)的信號(hào)鏈誤差（NoCal）進(jìn)行評(píng)估 不同的溫度。計(jì)算輸出誤差時(shí)考慮了 理想值與特定測(cè)量值之間的LSB差異 輸入代碼。該誤差包括DAC的固有誤差和外在誤差 以及EVAL-AD5676板上的整體信號(hào)鏈。輸出錯(cuò)誤，無 校準(zhǔn)如圖3所示。

圖3.EVAL-AD5676 輸出誤差（含無鈣時(shí)以 LSB 為單位）

計(jì)算失調(diào)和增益誤差以及隨后 校正代碼駐留在傳遞函數(shù)中。需要兩點(diǎn) 那個(gè)：一個(gè)接近零尺度的數(shù)據(jù)點(diǎn)（ZSLIN）和一個(gè)接近滿尺度的數(shù)據(jù)點(diǎn)（FSLIN）。這 想法是在DAC的線性區(qū)域工作。通常提供此信息 與 INL 和 DNL 規(guī)范一起，最有可能在規(guī)格表的尾注中。為 例如，AD5676R的線性區(qū)域從代碼256和代碼65280開始。

圖4所示為解釋DAC線性區(qū)域的示意圖。

圖4.單極性電壓DAC傳遞函數(shù)和誤差。

一旦 ZS林和FS林代碼已經(jīng)確定，我們可以收集校準(zhǔn)所需的測(cè)量值，即這兩個(gè)的DAC電壓輸出 代碼 （V外在ZS林和 V外在FS林），加上介于兩者之間的其他一些代碼（1/4 比例， 中量程和 3/4 比例）

應(yīng)在應(yīng)用的工作溫度下收集測(cè)量值。如果無法做到這一點(diǎn)，則信號(hào)鏈中器件的數(shù)據(jù)手冊(cè) 可用于推導(dǎo)出所需的信息，一旦兩個(gè)主要數(shù)據(jù)點(diǎn) 已在環(huán)境收集。

信號(hào)鏈中的每個(gè)器件都會(huì)導(dǎo)致誤差，并且每個(gè)電路板都不同 從另一個(gè)，所以它應(yīng)該單獨(dú)校準(zhǔn)。

溫度校準(zhǔn)：在工作溫度下校準(zhǔn)

通過在工作溫度下測(cè)量應(yīng)用環(huán)境中的誤差并系統(tǒng)地糾正 它們?cè)趯懭?DAC 以更新輸出時(shí)。

要使用此方法校準(zhǔn)DAC，在系統(tǒng)溫度下 工作時(shí)，在代碼ZSLIN和FSLIN處測(cè)量DAC輸出。構(gòu)造 傳遞函數(shù)如下：

哪里：

VOE= 失調(diào)誤差 （V）

VFS，LIN，ACT= 滿量程的實(shí)際輸出林

VZS，LIN，ACT= ZS 的實(shí)際輸出林

VFS，林，理想= 滿量程時(shí)的理想輸出林

VZS，林，理想= ZS 的理想輸出林

請(qǐng)注意，失調(diào)誤差可以是正的，也可以是負(fù)的。

圖5顯示了采用TempCal方法的EVAL-AD5676評(píng)估套件實(shí)現(xiàn)的輸出誤差。

圖5.在不同溫度下，LSB 中的系統(tǒng)輸出誤差與溫度校準(zhǔn)。

規(guī)格：使用規(guī)格進(jìn)行校準(zhǔn)

如果無法在工作溫度下測(cè)量應(yīng)用環(huán)境中的誤差，仍然可以使用 AD5676R數(shù)據(jù)手冊(cè)和在環(huán)境溫度下校準(zhǔn)的DAC傳遞函數(shù)。

要使用此方法校準(zhǔn)DAC，請(qǐng)?jiān)诖aZS處測(cè)量DAC輸出林和FS林在環(huán)境溫度下。按所述構(gòu)造傳遞函數(shù) 在溫度校準(zhǔn)部分，通過計(jì)算環(huán)境和 應(yīng)用公式14。

哪里：

通用 電氣磁力軸承= 環(huán)境溫度下的增益誤差

VOE，磁力= 環(huán)境溫度下的失調(diào)誤差 （V）

在環(huán)境溫度下校準(zhǔn)DAC信號(hào)鏈會(huì)考慮系統(tǒng)級(jí) 錯(cuò)誤。但是，由于溫度變化引起的外部誤差的變化 沒有說明;因此，這種校準(zhǔn)方法不如 溫度校準(zhǔn)法。

由于工作溫度變化而導(dǎo)致的固有DAC誤差漂移，即失調(diào)和增益誤差，可以使用數(shù)據(jù)手冊(cè)規(guī)格來考慮。 這就是我們所說的SpecCal。失調(diào)誤差漂移的典型值列于AD5676R數(shù)據(jù)手冊(cè)的規(guī)格表中，失調(diào)誤差隨溫度的典型性能特性（TPC）表示誤差漂移的方向取決于環(huán)境溫度的升高或降低。

溫度引起的增益誤差變化在增益誤差與 溫度TPC。從圖中確定以FSR百分比為單位的增益誤差并應(yīng)用 等式 16.

現(xiàn)在我們已經(jīng)估算了工作溫度下的失調(diào)誤差和增益誤差，可以使用公式17來確定SpecCal輸出的輸入代碼。

哪里：

圖6顯示了EVAL-AD5676評(píng)估套件的輸出誤差 SpecCal方法。

圖6.不同溫度下 LSB 和 SpecCal 的系統(tǒng)輸出誤差。

本例中使用了內(nèi)部基準(zhǔn)。外部引用可以添加到 整體錯(cuò)誤。參考源引起的錯(cuò)誤可以使用 參考數(shù)據(jù)手冊(cè)，考慮了基準(zhǔn)電壓源在 利息?；鶞?zhǔn)電壓的變化會(huì)改變實(shí)際輸出范圍，從而改變 LSB 大小。如果使用外部基準(zhǔn)，則應(yīng)考慮到這一點(diǎn)。這 溫度與輸出電壓的關(guān)系 TPC可用于確定 基準(zhǔn)漂移引起的輸出范圍。

哪里：

結(jié)論

本文概述了DAC信號(hào)鏈中誤差的一些主要原因。 包括數(shù)據(jù)手冊(cè)和系統(tǒng)級(jí)中定義的DAC固有誤差 誤差因系統(tǒng)而異，必須在開環(huán)應(yīng)用中加以考慮。

已經(jīng)討論了兩種校準(zhǔn)方法，一種用于何時(shí)可以使用DAC 在系統(tǒng)工作溫度下校準(zhǔn)，在無法在工作溫度下校準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行第二次校準(zhǔn)，但可以在環(huán)境溫度下進(jìn)行測(cè)量。第二種方法使用TPC和DAC數(shù)據(jù)手冊(cè)中概述的規(guī)格以及其他 信號(hào)鏈中的IC，用于考慮增益和失調(diào)誤差漂移。

TempCal方法可以達(dá)到比SpecCal方法更好的精度。為 例如，圖7顯示了EVAL-AD5676板在50°C下的溫度如何 方法達(dá)到了非常接近理想的精度水平，而 SpecCal 方法仍然設(shè)法從NoCal數(shù)據(jù)中提供了改進(jìn)。

圖7.50°C 時(shí)，無鈣、規(guī)格和溫度校準(zhǔn)時(shí)系統(tǒng)輸出誤差以 LSB 為單位。

溫度變化對(duì)電子系統(tǒng)的精度起著重要作用。 在系統(tǒng)工作溫度下校準(zhǔn)可以抵消大多數(shù)誤差。如果 這是不可能的，可以使用DAC和其他IC數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的信息來解決溫度變化問題，以實(shí)現(xiàn) 可接受的程度

審核編輯：郭婷