高精度数模转换器的温漂研究 转换器, 实际应用, 影响

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关键字：数模转换器   DAC   温漂  
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