第20讲数模转换器.pptVIP

10.1.3集成DAC的主要技术指标1.最小输出电压ULSB和满量程输出电压UFSR最小输出电压ULSB是指输入数字量只有最低位为1时，DAC所输出的模拟电压的幅度。或者说，就是当输入数字量的最低位的状态发生变化时（由0变成1或由1变成0），所引起的输出模拟电压的变化量。对于n位DAC电路，最小输出电压ULSB为：(10.1.16)第31页，共59页，星期日，2025年，2月5日满量程输出电压UFSR定义为：输入数字量的所有位均为1时，DAC输出模拟电压的幅度。有时也把UFSR称为最大输出电压Umax。对于n位DAC电路，满量程输出电压UFSR为：对于电流输出的DAC，则有ILSB和IFSR两个概念，其含义与ULSB和UFSR相对应。有时也将ULSB和ILSB简称为LSB，将UFSR和IFSR简称为FSR（FullScaleRange）。(10.1.17)第32页，共59页，星期日，2025年，2月5日2.转换精度D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。1）分辨率分辨率是指DAC能够分辨最小电压的能力，它是D/A转换器在理论上所能达到的精度，我们将其定义为DAC的最小输出电压和最大输出电压之比，即显然，DAC的位数n越大，分辨率越高。正因为如此，在实际的集成DAC产品的参数表中，有时直接将2n或n作为DAC的分辨率。例如：8位DAC的分辨率为28或8位。(10.1.18)第33页，共59页，星期日，2025年，2月5日2）转换误差由于DAC的各个环节在参数和性能上与理论值之间不可避免地存在着差异，所以它在实际工作中并不能达到理论上的精度。转换误差就是用来描述DAC输出模拟信号的理论值和实际值之间差别的一个综合性指标。DAC的转换误差一般有两种表示方式：绝对误差和相对误差。所谓绝对误差，就是实际值与理论值之间的最大差值，通常用最小输出值LSB的倍数来表示。例如：转换误差为0.5LSB，表明输出信号的实际值与理论值之间的最大差值不超过最小输出值的一半。相对误差是指绝对误差与DAC满量程输出值FSR的比值，以FSR的百分比来表示。例如：转换误差为0.02%FSR，表示输出信号的实际值与理论值之间的最大差值是满量程输出值的0.02%。由于转换误差的存在，转换精度只讲位数就是片面的，因为转换误差大于1LSB时，理论精度就没有意义了。第34页，共59页，星期日，2025年，2月5日造成DAC转换误差的原因有多种，如参考电压UREF的波动、运算放大器的零点漂移、模拟开关的导通内阻和导通压降、电阻解码网络中电阻阻值的偏差等等。①比例系数误差：是指由于DAC实际的比例系数与理想的比例系数之间存在偏差，而引起的输出模拟信号的误差，也称为增益误差或斜率误差，如图10.1.9所示。这种误差使得DAC的每一个模拟输出值都与相应的理论值相差同一百分比，即输入的数字量越大，输出模拟信号的误差也就越大。根据以上几种DAC电路的分析可知，参考电压UREF的波动和运算放大器的闭环增益偏离理论值是引起这种误差的主要原因。第35页，共59页，星期日，2025年，2月5日图10.1.93位DAC的比例系数误差第36页，共59页，星期日，2025年，2月5日②失调误差：也称为零点误差或平移误差，它是指当输入数字量的所有位都为0时，DAC的输出电压与理想情况下的输出电压（应为0）之差。造成这种误差的原因是运算放大器的零点漂移，它与输入的数字量无关。这种误差使得DAC实际的转换特性曲线相对于理想的转换特性曲线发生了平移（向上或向下），如图10.1.10所示。第37页，共59页，星期日，2025年，2月5日图10.1.103位DAC的失调误差第38页，共59页，星期日，2025年，2月5日③非线性误差：是指一种没有一定变化规律的误差，它既不是常数也不与输入数字量成比例，通常用偏离理想转换特性的最大值来表示。这种误差使得DAC理想的线性转换特性变为非线性，如图10.1.11所示。造成这种误差的原因有很多，如模拟开关的导通电阻和导通压降不可能绝对为零，而且各个模拟开关的导通电阻也未必相同；再如电阻网络中的电阻阻值存在偏差，各个电阻支路的电阻偏差以及对输出电压的影响也不一定相同等等，这些都会导致输出模拟电压的非线性误差。第39页，