作者：Ken Kavanagh
原則上，您向DAC提供數字輸入，并提供精確的輸出電壓。實際上，輸出電壓的精度受DAC和信號鏈中其他元件的增益和失調誤差的影響。系統設計人員必須補償這些誤差，以獲得精確的輸出電壓。這可以通過外部組件和制造后修整來實現。數字校準修改發送到DAC的輸入，從而考慮增益和失調誤差，從而消除了對外部元件和微調的需求。
開環系統的校準
開環系統沒有反饋路徑，因此設計人員可以相信輸出電壓處于正確的值。高精度通常需要具有14至16位分辨率的精密DAC。積分非線性（INL）和微分非線性（DNL）的數據手冊規格不包括增益和失調誤差。這些誤差因設備而異，必須先測量，然后才能刪除。這通常作為工廠校準的一部分完成。
圖1顯示了理想DAC與實際DAC的傳遞函數。在本例中，當預期輸出為0 V時，失調誤差會導致輸出電壓為負，增益誤差產生的跨度大于預期范圍。
圖1.DAC 傳遞函數
傳遞函數可以建模為由 y = mx +c 描述的直線。
其中：
y 是輸出
m 是傳遞函數的斜率
x 是 DAC 的輸入
c 是失調電壓
理想DAC的增益（m）為1，失調（c）為0，輸出以完美的線性方式跟蹤輸入。實際DAC具有非理想的增益和失調值，一旦已知即可進行補償。
以標稱輸出范圍為16 V至0 V的10位DAC為例。當數字輸入設置為0時，測量–30 mV輸出。當數字輸入設置為65，535（滿量程）時，將測量10.02 V輸出。
由此，我們可以確定：
失調誤差為 –30 mV
量程誤差為 20 mV – （–30 mV） = 50 mV，實際量程為 10.05V
增益為 10.05 V/10 V = 1.005
補償增益誤差
為了補償增益誤差，DAC的數字輸入必須乘以增益誤差的倒數：
x 1 = x × （10 V/10.05 V）
其中 x 是所需的輸入，x1 是加載到 DAC 的值。輸入為 0 和 65，535 將產生 10.05V 跨度，而 0 和 65，209 的輸入將產生所需的 10V 跨度。
補償失調誤差
失調誤差導致DAC在數字輸入為0時產生0 V以外的輸出電壓。失調誤差可以通過在DAC輸入中添加或減去一個等效數字來測量和消除。
在本例中，DAC有65，536個可能的代碼，輸出范圍為10.05V。這意味著每 1 LSB（最低有效位）步長為
10.05 V/65536 = 153.35 μV。
在本例中，–30 mV失調相當于（30 mV/153.35 μV）= 196 LSB。因此，寫入DAC的值196將產生0 V的輸出電壓。
將一切整合在一起
補償增益和失調誤差可產生精確的電壓。下面的公式顯示了如何計算正確的DAC輸入以產生所需的電壓。
實際DAC輸入 = （10 V/10.05 V） × 理想 DAC 輸入 + 196
替代選項
在DSP或微處理器中執行這些計算需要額外的開銷，這可能既昂貴又耗時。一些DAC包括片內寄存器，允許在DAC中進行計算，從而釋放處理器來執行其他功能。AD536x、AD537x、AD538x和AD539x系列密集DAC ™多通道DAC具有8至40個通道，分辨率為12至16位。單電源版本可產生 5V 輸出。雙電源版本可產生 ±10V 輸出。每個器件的每個通道都有專用的m和c寄存器，允許每個通道的增益和失調校準。
圖2顯示了AD5370 16位、40通道DAC的一個通道。計算 m 和 c 寄存器的值的過程如下所述：
通過將DAC輸入設置為零和滿量程來測量失調和滿量程誤差。
通過將范圍除以可能的代碼數（在本例中為 65536）來計算實際 LSB 大小
從默認的 m 寄存器值中減去與超額跨度對應的 LSB 數。例如，50 V范圍內10 mV的超量范圍相當于326 LSB
將與偏移量對應的LSB數量添加到默認c寄存器值。例如，–10 mV的失調為65 LSB
現在可以將DAC視為理想值，并計算適當的值以補償內部和系統誤差。
圖2.AD5370 DAC的單通道
|
