嵌入式系统中DAC静态误差简析

大家好，我是电源漫谈，在嵌入式系统中，DAC的功能是基于一定参考电压，将数字信号转化为对应模拟信号。

在工业自动化领域，测试和测量仪器中，DAC经常用于输出接近DC的信号，具有一定的高精度，一般为12-16bit，低速小于10M,

这种DAC称为高精度DAC，这里我们简要介绍一下高精度DAC的主要参数。

首先介绍一下DAC的分辨率，它是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。

分辨率与数字量的位数相关，可以表示成Vdd /（2^n）。Vdd表示满量程电压输入值，n为对应的二进制位数。对于3.3V的满量程，采用12位的DAC时，分辨率为3.3V/4096＝806uV，显然，位数越多分辨率就越高。

接下来，主要介绍一下DAC相关的静态参数。DAC的静态参数主要用于测量介于实际的DAC和理想的相同位数的DAC的差异，第一个参数是线性度，DAC的线性度一般受到芯片内部半导体器件匹配误差的限制，例如电阻之间的匹配误差，高精度的DAC需要在出场测试时校准。

线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。如±１％是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±１％以内。

以下两幅图显示出实际的和理想的3bit DAC的差异，红色是实际输出曲线。

红色曲线是实际曲线，绿色为理想曲线，实际曲线可能和理想不一致。

图1 DAC的DNL的解释

DIL是微分非线性，涉及到相邻的两个输出电平的差异，相对于理想的最小步长来说，1LSB.

在上图上，如果DNL小于-1LSB,则DAC的输出是非单调的，意味着输出DAC或许在数字增加时降低了，这在很多闭环应用中是不可接受的，在这样的情况下，选择一个具有DNL大于-1LSB的器件是必要的，----针对针对相邻实际的电平。

图2 DAC的INL解释

INL是积分的非线性度，如图2，涉及到实际的输出和理想的DAC输出之间的差异，也叫做相对精度，这个参数代表DAC的输出精度，在开环应用中，INL参数需要特别注意。---针对理想和实际电平差异。

除了上述两个非线性参数，DAC的实际输出曲线，也有很多其它非线性特性，在以下两幅图中显示。

图3 调零误差和偏移误差解释

图3 增益误差解释

增益误差，代表DAC曲线输出特性和理想斜线的偏差。偏移误差，代表DAC的输出特性和理想直线的上下偏差。

零编码误差，用于校准DAC输出偏差，当编码为0时，因为内部电路接近饱和，尤其是DAC带输出buffer时，输出不会是理想的0V.

此外，增益误差和偏移误差也随着温度而变化，也称为增益漂移，偏移误差漂移，如果客户对温度特性特别敏感，这两个参数需要给出特别注意。

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