dac基礎知識：靜態技術規格以及它們對dc的偏移、增益和線性等特性的影響在平衡雙電阻 (r-2r) 和電阻串數模轉換器 (dac) 的各種拓撲結構間是基本一致的。然而，r-2r和電阻串dac的短時毛刺脈衝干擾方面的表現卻有著顯著的不同。
我們可以在dac以工作取樣率執行時觀察到其動態不是線性。造成動態非線性的原因很多，但是影響最大的是短時毛刺脈衝干擾、轉換率/穩定時間和取樣抖動。
使用者可以在dac以穩定取樣率在其輸出範圍內執行時觀察短時毛刺脈衝干擾。圖1顯示的是乙個16位r-2r dac，dac8881上的此類現象。
圖1這個16位dac (r-2r) 輸出顯示了7fffh – 8000h**變化時的短時毛刺脈衝干擾的特性。
到底發生了什麼?
在理想情況下，dac的輸出按照預期的方向從乙個電壓值移動到下乙個電壓值。但實際情況中，dac電路在某些**到**轉換的過程中具有下衝或過衝特性。
這一特性在每一次**到**轉換時都不一致。某些轉換中產生的下衝或過衝特性會比其它轉換更加明顯。而短時毛刺脈衝干擾技術規格量化的就是這些特性。dac短時毛刺脈衝干擾會瞬時輸出錯誤電壓來干擾閉環系統。
圖2顯示的是具有單突短時毛刺脈衝干擾的dac的示例。乙個電阻串dac產生的通常就是這種型別的短時毛刺脈衝干擾。
圖2 單突dac輸出短時毛刺脈衝干擾特性
在圖2中，**轉換的位置是從7fffh—8000h。如果你將這些數變換為二進位制形式，需要注意的是這兩個十六進製制**的每個位或者從1變換為0，或者從0變換為1。
短時毛刺脈衝干擾技術規格量化了這個毛刺脈衝現象所具有的能量，能量單位為納伏秒，即nv-sec (gi)。這個短時毛刺脈衝干擾的數量等於曲線下面積的大小。
單突短時毛刺脈衝干擾是由dac內部開關的不同步造成的。那是什麼引起了這一dac現象呢?原因就是內部dac開關的同步不總是那麼精確。由於整合開關電容充電或放電，你能在dac的輸出上看到這些電荷交換。
r-2r dac產生兩個區域的短時毛刺脈衝干擾錯誤(圖3)。由於出現了雙脈衝誤差，從負短時毛刺脈衝干擾 (g1) 中減去正短時毛刺脈衝干擾 (g2) 來產生最終的短時毛刺脈衝干擾技術規格。
圖3 具有r-2r內部結構的dac表現出雙突短時毛刺脈衝干擾
圖3中的**轉換仍然是從7fffh至8000h。
為了理解dac短時毛刺脈衝干擾的源頭，我們必須首先定義主進製轉換。在主進製轉換點上，最高有效位 (msb)從低變高時， 較低的位從高變為低，反之亦然。其中乙個此類**變換示例就是0111b變為1000b，或者是從1000 000b變為0111 1111b的更加明顯的變化。
有些人也許會認為這一現象在dac的輸出表現出巨大的電壓變化時出現。實際上，這並不是每個dac編碼機制都會出現的情況。
圖4和圖5顯示了這種型別的毛刺脈衝對乙個8位dac的影響。對於dac使用者來說，這一現象在單個最低有效位 (lsb) 步長時出現，或者在乙個5v、8位系統中，在19.5mv步長時出現。
圖4在這個8位dac配置中，此內部開關有7個r-2r引腳被接至vref，有1個r-2r引腳接地。
圖5在這個dac配置中，此內部開關有1個r-2r引腳被接至vref，有7個r-2r引腳接地。
在dac載入**時，會有兩個區域產生輸出毛刺脈衝：同時觸發多個開關的開關同步和開關電荷轉移。
此電阻串dac具有乙個單開關拓撲。乙個電阻串dac抽頭連線到巨大電阻串的不同點。開關網路不需要主進製上的多個轉換，因此，產生毛刺脈衝的可能進性較低。開關電荷將會產生乙個較小的毛刺脈衝，但是與r-2r結構dac產生的毛刺脈衝相比就顯得微不足道了。
**轉換期間，r-2r dac具有多個同時開關切換。任何同步的缺失都導致短時間的開關全為高電平或全為低電平，從而使得dac的電壓輸出遷移至電壓軌。然後這些開關恢復，在相反的方向上產生乙個單突短時毛刺脈衝干擾。然後輸出穩定。
這些毛刺脈衝的電壓位置是完全可預計的。在使用r-2r dac時，最糟糕的情況是毛刺脈衝誤差出現在所有數字位切換，同時仍然用小電壓變化進行轉換時。在這種情況下，用主進製轉換進行dac**變化;從**1000…變換為0111…
檢查真實dac執行狀態
現在，我們已經定義了針對短時毛刺脈衝干擾誤差的備選**轉換，我們可以仔細觀察一下16位dac8881(r-2r dac) 和16位dac8562(電阻串dac)的r-2r和電阻串dac短時毛刺脈衝干擾。
在圖6中，dac8881的短時毛刺脈衝干擾為37.7 nv-sec，而dac8562的短時毛刺脈衝干擾為0.1 nv-sec。在這兩張圖中，x軸的刻度為500ns/p，而y軸的刻度為50mv/p。
圖6 r-2r和電阻串短時毛刺脈衝干擾效能
毛刺脈衝消失了
如果存在dac短時毛刺脈衝干擾問題，使用者可以使用外部元件來減小毛刺脈衝幅度(圖7a)，或者完全消除短時毛刺脈衝干擾能量(圖7b)。
圖7 用一階低通濾波器
(a) 或取樣/保持解決方案 (b) 來減少短時毛刺脈衝干擾誤差
dac之後的rc濾波器可減少毛刺脈衝幅度(圖7a)。短時毛刺脈衝干擾週期決定了適當的rc比。rc濾波器3db的頻率比短時毛刺脈衝干擾頻率提前十倍頻。在選擇元件時需要確保電阻器的電阻值較低，否則的它將會與電阻負載一起產生乙個壓降。由於毛刺脈衝能量從不會丟失，執行單極低通濾波器的代價就是在穩定時間加長的同時誤差被分布在更長的時間段內。
第二種方法是使用乙個取樣/保持電容器和放大器(圖7b)。外部開關和放大器消除了dac內部開關產生的毛刺脈衝，從而獲得較小的取樣/保持 (s/h) 開關瞬態。在這個設計中，開關在dac的整個主進製轉換期間保持開啟狀態。一旦轉換完成，開關關閉，從而在ch取樣電容器上設定新輸出電壓。當dac準備公升級其輸出時，此電容器在外部開關開啟時繼續保持新電壓。這個解決方案成本較高，也會佔據更多的板級空間，但能夠在不增加穩定時間的情況下減少/消除毛刺脈衝。
結論
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