低速数模转换器

发布时间:2024-05-16 14:33:34 作者:汉语成语

当选择数模转换器(DAC)时,设计师可以从种类繁多的IC中选择。DAC可以针对具体的应用划分成很多不同类别。不过,DAC的划分也可以简化,仅分成DC或低速调节所需的DAC和产生高速波形所需的DAC。本文专注于低速应用所需的DAC,而无论该应用是低分辨率还是高分辨率、是粗略调节还是精细调节。

就选择低速DAC而言,决定设计是闭环、开环或"设定后便不需再过问"的系统是很重要。每一种设计都需要一个具某些关键性能规格的DAC。

闭环系统

闭环系统包括一条反馈通路,以检测和校准任何误差。传感器根据诸如伺服电动机、流量阀或温度检测单元等的物理参数监视输出。然后传感器将数据馈送回控制器,而控制器则利用这个信息决定是否需要校正。

DAC和模数转换器(ADC)是位于闭环系统核心的关键组件。DAC用在前馈通路中以调节系统,ADC用在反馈通路中,以监视这些调节的效果。它们一起施加和检测模拟控制信号,以真实地调节它们控制的参数。

电动机控制是这类闭环系统的一个例子,首先,将一个想要的输出(设定点)加到控制器上,控制器对这个输出和反馈信号进行比较。如果需要校正,那么控制器会调节DAC的输入编码,然后DAC在其输出端产生一个模拟电压。该DAC的输出电压通过一个功率放大器放大,以给电动机提供所需的驱动电流。

开环系统

开环系统没有反馈通路。这意味着,系统自身必须是准确的。开环控制对于良好定义的系统是有用的,在这类系统中,输入编码及其在负载上所导致行动之间的关系是已知的。如果负载不是非常可预测的,那么使用闭环控制。

DAC驱动凌力尔特稳压器LT3080的SET电压引脚。SET引脚是误差放大器的输入和输出电压的调节设定点。LT3080的输出电压范围为0V至额定输出电压。

DAC的分辨率决定SET引脚调节的步进大小。例如,一个具有5V基准的8位DAC有5V/28=19.5mV的LSB。一个具有同样5V基准的12位DAC有1.2mV的LSB,一个16位DAC有76μV的LSB。这意味着,就一个理想DAC而言,数字编码每增大一次,模拟输出都应该增加76μV。

开环系统中的其他重要参数包括偏移、增益误差、基准电压误差以及这些参数随时间和温度变化的稳定性。INL尤其重要,因为与闭环系统相比,DAC的INL对系统的总体线性度有直接影响。

性能规格

一旦决定了闭环、开环或"设定后便不需再过问"系统的类型,就该选择的DAC了。正如之前提到的那样,有些应用需要粗略调节,这意味着系统仅需要有限数量的可变设置。在这种情况下,8位或10位分辨率的DAC一般就足够了。就需要更精细控制的系统而言,12位DAC可以提供足够的分辨率。在今天的市场上,16位和18位DAC提供最精细的每LSB分辨率。

LTC2600是一种16位8通道DAC,是为闭环系统而设计的。看一下它的DC性能规格会发现这是很明显的。典型的INL是±12LSB,值为±64LSB。典型的INL随输入代码的变化曲线在图5的下部显示了这些性能规格。16位单调性和±1LSBDNL误差允许在前馈通路中进行精准控制。正如前面提到的那样,前馈误差对闭环系统来说不重要,只要该DAC是单调的就行。

相反,新的LTC2656是一种8通道DAC,所有8个DAC都提供16位单调性和卓越的±4LSBINL误差,从而使该器件可能同时适合开环和闭环系统。LTC2656封装中所有8个DAC的典型INL随代码变化的曲线如图5所示。在16位8通道DAC类别中,LTC2656提供INL。

单个封装中的8个DAC都实现高线性度不是一个容易的设计任务。封装压力和电压随温度的漂移都必须在设计中考虑到。单个DAC实现较严格的INL性能规格会容易得多。例如,凌力尔特公司提供的LTC2641是一种单16位DAC,该器件提供±1LSBINL和DNL的DC性能规格。

除了INL和DNL,其他要考虑的重要DC性能规格是偏移误差(或零标度误差)和增益误差(满标度误差)。偏移误差表示,在(或接近)零标度输入编码时,实际传递函数与理想传递函数的匹配程度。就需要直到地的精准控制应用而言,偏移误差是非常重要的。LTC2656提供非常低的±2mV偏移误差。

增益误差表示实际传递函数斜率与理想传递函数斜率的匹配程度。增益误差和满标度误差有时可互换使用,但是满标度误差同时包括增益误差和偏移误差。LTC2656提供±64LSB的增益误差,这等于满标度的0.098%(64/65536),是一个非常小的增益误差。