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在使用數(shù)模轉換器 (DAC) 進行設計時，您肯定希望輸出能夠從一個值向另一個值單調(diào)轉換，但實際電路并不總是以這種方式工作的。 在某些特定代碼范圍內(nèi)出現(xiàn)過沖與下沖(即干擾脈沖)也很平常。這些脈沖會以這兩種形式中的一種出現(xiàn)，如圖 1 所示。 圖1：DAC 干擾行為 圖 1a 是一種可產(chǎn)生兩個代碼轉換誤差區(qū)的干擾，在R-2R 高精度 DAC中很常見。圖 1b 是單波瓣干擾脈沖，在電阻串 DAC拓撲中較常見。干擾脈沖可通過能量測量進行量化，單位常為每秒納伏 (nV-s)。 在討論 DAC 干擾源之前，我們必須先給“主要進位轉換”這個術語下定義。主要進位轉換是指因較低位 (LSB) 轉換而造成最高有效位 (MSB) 發(fā)生變化的單個代碼轉換。0111 到 1000 或 1000 到 0111 的二進制代碼轉換就是主要進位轉換的具體實例�？蓪⑵淇醋魇谴蠖鄶�(shù)開關的反相。這也是干擾最常見的地方。 兩個需要注意的地方是多個開關同時觸發(fā)時的開關同步與開關電荷轉移。為了便于討論，我們需要看一下設計旨在依賴開關(可在代碼轉換過程中同步)的 R2R 電阻串 DAC，如圖 2 所示。 圖2：DAC 主要進位轉換 我們都知道完美同步是不可能實現(xiàn)的。開關過程中的任何變化都會導致所有開關在短時間內(nèi)處于或高或低的切換狀態(tài)，造成 DAC 輸出誤差。恢復之后，開關電荷將在趨穩(wěn)之前創(chuàng)建一個反向波瓣。 因此，讓我們來看一下主要進位轉換過程的三個階段以及 DAC 輸出響應情況，如圖 3 所示。 圖3：轉換過程中的 DAC 輸出 1.代碼轉換前的 DAC 初始階段。我們看一下本例中代表二進制代碼 011 的 3 個 MSB。 2.DAC 輸出進入主要進位轉換后，會導致所有 R-2R 開關短時間接地。 3.短期開關電荷注入之后，DAC 恢復，同時輸出開始趨穩(wěn)。 通過比較主要進位轉換與非主要進位轉換的輸出干擾(如圖 4 所示)可以證明， 開關同步是其主要原因。 X 軸標度是 200ns/p，Y 軸標度是 50mV/p。 圖4：R-2R DAC 輸出干擾 到目前為止，我們已經(jīng)了解了 R-2R DAC 架構中的干擾現(xiàn)象，證明開關同步是產(chǎn)生干擾的主要原因。但當我們了解電阻串 DAC 的干擾時發(fā)現(xiàn)事情并非完全如此。在設計上，它會接入電阻器串上的不同點來產(chǎn)生輸出電壓。在不進行多重開關的情況下，不僅脈沖幅度比較小，而且主要由數(shù)字饋通控制。圖 5 是進行相同主要進位代碼轉換時，R-2R DAC 與電阻串 DAC 拓撲的對比。 圖5：R-2R 與電阻串 DAC 的輸出干擾對比 理解干擾產(chǎn)生的原因有助于您確定設計方案是否能夠承受這類短暫脈沖。未來幾周內(nèi)我將介紹一些幫助降低干擾的方法。 如欲了解有關電阻串及 R2R DAC 的更多詳情，敬請在這里查看模擬線路上DAC 基礎知識系列以前發(fā)布的這類博客文章。 |
