增益誤差問題

培訓中經(jīng)常遇到的一個問題是：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中，在什么樣的分辨率下使用分立電壓基準? 初學者通常建議10位至12位轉(zhuǎn)換器采用外部基準。聽起來似乎正確，但問題本身存在一定假象，正確的回答應當是分辨率與精度是兩個概念。一般意義上，大家很容易理解：高分辨率數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的精度高于低分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器。但這一答案并不完善，利用低分辨率轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)在配合使用精密的電壓基準、校準，或者二者兼用的情況下仍然可以獲得高精度。

影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)精度的因素有很多，其中最重要的是增益誤差。對于DAC，增益誤差定義為不考慮失調(diào)誤差時最大碼值處的實際結(jié)果與理想值的偏差，如圖1所示。ADC的定義類似。



圖1. 增益和失調(diào)誤差

數(shù)字校準增益誤差

增益誤差是由模擬信號鏈路的非理想增益和電壓基準的誤差造成的。這個誤差可以通過數(shù)字化方式進行校準。但是，數(shù)字校準要求系統(tǒng)使用高分辨率轉(zhuǎn)換器，這會增加系統(tǒng)成本。

以下示例解釋了這種數(shù)字校準方法。系統(tǒng)采用理想的DAC和非理想模擬輸出放大器建模(圖2)。簡單起見，假設DAC分辨率只有4位。



圖2. 數(shù)字增益校準系統(tǒng)