增益誤差問(wèn)題

培訓(xùn)中經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)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(zhǔn)? 初學(xué)者通常建議10位至12位轉(zhuǎn)換器采用外部基準(zhǔn)。聽(tīng)起來(lái)似乎正確，但問(wèn)題本身存在一定假象，正確的回答應(yīng)當(dāng)是分辨率與精度是兩個(gè)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(zhǔn)、校準(zhǔn)，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(duì)于DAC，增益誤差定義為不考慮失調(diào)誤差時(shí)最大碼值處的實(shí)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(zhǔn)增益誤差

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

以下示例解釋了這種數(shù)字校準(zhǔn)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(jiǎn)單起見(jiàn)，假設(shè)DAC分辨率只有4位。



圖2. 數(shù)字增益校準(zhǔn)系統(tǒng)