如何最好地计算数模转换器信号链误差预算

电信号链有多种形式。它们可以由不同的电气元件组成，包括传感器、执行器、放大器、模数转换器 （ADC）、数模转换器 （DAC），甚至微控制器。整个信号链的精度起着决定性的作用。为了提高准确性，首先需要识别并最小化各个链接中的相应错误。根据信号链的复杂性，这种分析可能会变成一项艰巨的任务。本文介绍一种精密DAC信号链误差预算计算工具。它将描述与DAC连接的组件的单个误差贡献。最后，它将逐步演示如何使用此工具来识别和纠正这些问题。

精密DAC误差预算计算器精确、易于使用，可以帮助开发人员为特定应用选择最合适的元件。由于DAC通常不会单独出现在信号链中，而是连接到基准电压源和运算放大器（例如，作为基准电压缓冲器），因此必须考虑这些附加元件及其各自的误差并求和。为了更好地理解这个概念，我们首先看一下主要组件的各个误差贡献，如图1所示。

图1.DAC信号链的主要元件。

基准电压源有四个主要误差贡献。第一个与初始精度（初始误差）相关，它表示在定义温度为25°C的生产测试中测量的输出电压变化。 除此之外，还有与温度系数（温度系数误差）、负载调整率误差和线路调整率误差相关的误差。

初始精度和温度系数误差对总误差的贡献最大。在运算放大器中，输入失调电压误差和电阻容差误差的影响最大。输入失调电压误差是指必须施加到输入端的低差分电压，以强制输出为0 V。电阻的容差误差是由用于设置闭环增益的相应容差引起的增益误差。其他误差由偏置电流、电源抑制比（PSRR）、开环增益、输入失调电流、CMRR失调和输入失调电压漂移引起。

对于DAC本身，数据手册中给出了各种类型的误差，例如，积分非线性（INL）误差，它与理想输出电压与给定输入代码测量的输出电压之间的差异有关。其他类型包括增益、失调和增益温度系数误差。这些有时都组合在一起以形成总意外错误 （TUE）。这涉及到考虑所有DAC误差（即INL、失调和增益误差）以及电源电压和温度范围内的输出漂移的输出误差的测量。

由于不同的误差源通常不相关，因此计算信号链中总误差的最精确方法是和方根法：

收集各个组件的误差通常是一项繁琐的任务，因此我们可以使用误差预算计算器来简化此操作，以得出同样精确的计算。

使用精密DAC误差预算计算器，逐步

首先，使用误差预算计算器，从三种DAC类型中进行选择：电压输出DAC、乘法DAC和4 mA至20 mA电流源DAC。接下来，设置所需的温度范围和电源电压纹波以进行误差计算。后者对PSRR错误具有决定性作用。输入这些值后，计算器将生成一个图表，显示信号链中各个组件各自的误差贡献，如图2所示。

图2.ADI误差预算计算器中误差贡献的表示形式。

本例中的总误差主要受基准电压源的影响。通过使用更精确的参考模块，可以改善该信号链。

DAC的集成电阻负责比较内部反相放大器，从而提高精度，对DAC的总误差起着决定性的作用。在没有集成电阻或内部反相放大器的DAC中，这些参数可以单独指定，如图2所示。

误差预算计算器可靠且易于使用，因此更容易创建精密DAC信号链并快速评估设计权衡。

审核编辑：郭婷