差分非線性

　　差分非線性 (INL) 是一個(gè)靜態(tài)技術(shù)規(guī)格，有時(shí)也被稱為差分線性。DNL是實(shí)際模擬輸出步長(zhǎng)與1LSB的理想步長(zhǎng)值的最大偏離。這在整個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)換函數(shù)曲線上進(jìn)行評(píng)估(圖6)。由于每個(gè)代碼也許都需要調(diào)整，所以很難校準(zhǔn)這個(gè)DAC誤差。

　　圖6

　　DNL代表每個(gè)實(shí)際電壓輸出與理想曲線間的差異。一個(gè)12位DAC DNL誤差曲線，其中x軸等于DAC代碼(0至4095)，而y軸等于DNL。

　　例如，一個(gè)對(duì)于1 LSB數(shù)字代碼變化發(fā)生1.5 LSB輸出改變的DAC表現(xiàn)出0.5 LSB的差分非線性。DNL大于1也許說(shuō)明存在缺失的代碼。差分非線性的測(cè)量單位為分?jǐn)?shù)位或滿量程的百分比。出現(xiàn)DNL問(wèn)題的DAC所生成的誤差會(huì)影響到增益控制應(yīng)用。

　　單調(diào)性

　　作為一名音樂(lè)家，我從來(lái)都不理解這個(gè)術(shù)語(yǔ)的來(lái)源。在音樂(lè)領(lǐng)域，單調(diào)的定義就是只有一個(gè)音調(diào)。但接下來(lái)我們要從另外一個(gè)角度來(lái)看看這個(gè)DAC技術(shù)規(guī)格的定義。

　　少于 -1 LSB的差分非線性為DAC產(chǎn)生一個(gè)非單調(diào)轉(zhuǎn)換函數(shù)(圖7)。如果DAC是非單調(diào)的，那么DAC模擬輸出的振幅小于數(shù)字輸入代碼的增加量，反之亦然。

　　圖7

　　非單調(diào)DAC運(yùn)行狀態(tài)在模數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系中出現(xiàn)反轉(zhuǎn)。

　　一個(gè)DAC所表現(xiàn)出的任何非單調(diào)運(yùn)行狀態(tài)無(wú)法確定是否會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成影響。例如，在音頻應(yīng)用中，聽(tīng)眾能夠聽(tīng)到一個(gè)短暫的較小的模擬輸出電壓，而無(wú)法察覺(jué)較大的輸入代碼。在另外的應(yīng)用中，這會(huì)是一個(gè)很明顯的問(wèn)題，有可能導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。例如，在一個(gè)DC電機(jī)控制系統(tǒng)中，相對(duì)于輸入代碼的增加而產(chǎn)生的模擬輸出電壓減少，也許很容易地被誤解為系統(tǒng)將通過(guò)減少輸入代碼來(lái)執(zhí)行校正。

　　積分非線性

　　另外一個(gè)DAC靜態(tài)技術(shù)規(guī)格為積分非線性 (INL)，它是DAC真實(shí)轉(zhuǎn)換函數(shù)到理想轉(zhuǎn)換函數(shù)輕微偏離的測(cè)量值(圖8)。積分非線性、線性誤差、或者INL是DNL誤差的最高值。這個(gè)技術(shù)規(guī)格使用最優(yōu)直線或端到端(端點(diǎn)線性)直線來(lái)量化INL，單位為L(zhǎng)SB。

　　圖8

　　INL技術(shù)規(guī)格定義了最優(yōu)直線或端到端直線與理想DAC轉(zhuǎn)換函數(shù)之間的最差情況距離。

　　諸如仲裁波形發(fā)生器的應(yīng)用需要有較好的INL。

　　在數(shù)據(jù)表之間比較技術(shù)規(guī)格

　　當(dāng)將一個(gè)數(shù)據(jù)表與另一個(gè)數(shù)據(jù)表進(jìn)行比較時(shí)，技術(shù)規(guī)格也許會(huì)有不同的測(cè)量單位。例如，在一個(gè)數(shù)據(jù)表中，偏移誤差的單位也許是伏，而在另外一個(gè)數(shù)據(jù)表中，單位也許是LSB或FSR的百分比。表1提供了在LSB、伏、FSR百分比和PPM(百萬(wàn)分率)之間的轉(zhuǎn)換計(jì)算方法。

　　表1 技術(shù)規(guī)格單位轉(zhuǎn)換

　　結(jié)論

　　DAC的偏移、增益、INL、和DNL運(yùn)行狀態(tài)會(huì)以多種方式影響總體系統(tǒng)的有效性。但是，還有很多其它的影響因素。在這個(gè)DAC系列的第4部分，我們將涉及動(dòng)態(tài)技術(shù)規(guī)格的定義，諸如穩(wěn)定時(shí)間、毛刺脈沖和噪聲。