AD與DA器件的精度分析

ipolo

說(shuō)精度之前，首先要說(shuō)分辨率。最近已經(jīng)有貼子熱門(mén)討論了這個(gè)問(wèn)題，結論是分辨率決不等同于精度。比如一塊精度0.2%（或常說(shuō)的準確度0.2級）的四位半萬(wàn)用表，測得A點(diǎn)電壓1.0000V，B電壓1.0005V,可以分辨出B比A高0.0005V，但A點(diǎn)電壓的真實(shí)值可能在0.9980"1.0020之間不確定。

那么,既然數字萬(wàn)用表存在著(zhù)精度和分辨率兩個(gè)指標，那么,對于ADC和DAC，除了分辨率以外，也存在精度的指標。

模數器件的精度指標是用積分非線(xiàn)性度（Interger NonLiner）即INL值來(lái)表示。也有的器件手冊用 Linearity error 來(lái)表示。他表示了ADC器件在所有的數值點(diǎn)上對應的模擬值，和真實(shí)值之間誤差最大的那一點(diǎn)的誤差值。也就是，輸出數值偏離線(xiàn)性最大的距離。單位是LSB （即最低位所表示的量）。

比如12位ADC：TLC2543，INL值為1LSB。那么，如果基準4.095V，測某電壓得的轉換結果是1000，那么，真實(shí)電壓值可能分布在 0.999"1.001V之間。對于DAC也是類(lèi)似的。比如DAC7512,INL值為8LSB，那么，如果基準4.095V，給定數字量1000，那么輸出電壓可能是0.992"1.008V之間。

下面再說(shuō)DNL值。理論上說(shuō)，模數器件相鄰量個(gè)數據之間，模擬量的差值都是一樣的。就相一把疏密均勻的尺子。但實(shí)際并不如此。一把分辨率1毫米的尺子，相鄰兩刻度之間也不可能都是1毫米整。那么，ADC相鄰兩刻度之間最大的差異就叫差分非線(xiàn)性值（Differencial NonLiner）。DNL值如果大于1，那么這個(gè)ADC甚至不能保證是單調的，輸入電壓增大，在某個(gè)點(diǎn)數值反而會(huì )減小。這種現象在SAR（逐位比較）型 ADC中很常見(jiàn)。

舉個(gè)例子，某12位ADC，INL=8LSB，DNL=3LSB（性能比較差），基準4.095V，測A電壓讀數1000，測B電壓度數1200。那么，可判斷B點(diǎn)電壓比A點(diǎn)高197"203mV。而不是準確的200mV。對于DAC也是一樣的，某DAC的DNL值3LSB。那么，如果數字量增加200，實(shí)際電壓增加量可能在197"203mV之間。很多分辨率相同的ADC，價(jià)格卻相差很多。除了速度、溫度等級等原因之外，就是INL、DNL這兩個(gè)值的差異了。比如AD574,貴得很，但它的INL值就能做到0.5LSB，這在SAR型ADC中已經(jīng)很不容易了。換個(gè)便宜的2543吧，速度和分辨率都一樣，但INL值只有1"1.5LSB，精度下降了3 倍。另外，工藝和原理也決定了精度。比如SAR型ADC，由于采用了R-2R或C-2C型結構，使得高權值電阻的一點(diǎn)點(diǎn)誤差，將造成末位好幾位的誤差。在 SAR型ADC的2^n點(diǎn)附近，比如128、1024、2048、切換權值點(diǎn)阻，誤差是最大的。1024值對應的電壓甚至可能會(huì )比1023值對應電壓要小。這就是很多SAR型器件DNL值會(huì )超過(guò)1的原因。但SAR型ADC的INL值都很小，因為權值電阻的誤差不會(huì )累加。和SAR型器件完全相反的是階梯電阻型模數/數模器件。比如TLC5510、DAC7512等低價(jià)模數器件。比如7512，它由4095個(gè)電阻串聯(lián)而成。每個(gè)點(diǎn)阻都會(huì )有誤差，一般電阻誤差5%左右，當然不會(huì )離譜到100%，更不可能出現負數。因此這類(lèi)器件的DNL值都很小,保證單調。但是，每個(gè)電阻的誤差，串聯(lián)后會(huì )累加，因此INL值很大，線(xiàn)性度差。

這里要提一下雙積分ADC，它的原理就能保證線(xiàn)性。比如ICL7135，它在40000字的量程內，能做到0.5LSB的INL值（線(xiàn)性度達到 1/80000 !!）和0.01LSB的DNL值.這兩個(gè)指標在7135的10倍價(jià)錢(qián)內，是不容易被其他模數器件超越的。所以7135這一類(lèi)雙積分ADC特別適合用在數字電壓表等需要線(xiàn)性誤差非常小的場(chǎng)合。

還要特別提一下基準源�；鶞试词菧y量精度的重要保證�；鶞实年P(guān)鍵指標是溫飄，一般用ppm/K來(lái)表示。假設某基準30ppm/K，系統在20"70度之間工作，溫度跨度50度，那么，會(huì )引起基準電壓30*50=1500ppm的漂移，從而帶來(lái)0.15%的誤差。溫漂越小的基準源越貴，比如30ppm/K的 431，七毛錢(qián)；20ppm/K的385，1塊5；10ppm/K的MC1403，4塊5；1ppm/K的LM399,14元；0.5ppm/K的 LM199，130元。

最后說(shuō)一下Sigma-Delta型ADC，它比較特殊，對于精度，一般用直接用線(xiàn)性度表示，比如0.0015%.不說(shuō)差分非線(xiàn)性值，而直接用有效分辨率來(lái)表示。此外，Sigma-Delta型ADC還存許多怪脾氣，難伺候。我準備專(zhuān)門(mén)開(kāi)一個(gè)貼子介紹Sigma-Delta型ADC應用中被忽略的重要問(wèn)題。

eric_wang

好文！長(cháng)知識了。

zw419404669

學(xué)習了，好東西

spy007868

復制下來(lái)�。。。。。。。。。�！我自己好好學(xué)習�。。。。。。。。。。。。�！