W poprzednim artykule z tego cyklu - https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2642185.html#12700544 omówiliśmy koncepcję idealnego przetwornika DAC i ustaliliśmy podstawowe jego cechy. Teraz zastanówmy się jak rzeczywiste układy odstają od modelowego przetwornika i jego funkcji przejścia, oraz jak opisać ilościowo to odstępstwo od ideału.
Specyfikacje układów DAC podzielone są na dwie podstawowe kategorie - parametry statyczne i dynamiczne. Specyfikacja parametrów statycznych mówi nam o zachowaniu przetwornika w stanie statycznym, czyli z stałą wartością na wyjściu. Natomiast specyfikacja dynamiczna mówi nam o zachowaniach obserwowanych podczas przejścia z jednej wartości do innej. Jeśli dyskutujemy cechy takie jak liniowość i funkcję przejścia przetwornika wystarczy że skupimy się na parametrach statycznych układu.
Rozpocznijmy rozważania od parametru offsetu. Wartość tego parametru mówi o ile funkcja przejścia konkretnego układu przesunięta jest w górę lub w dół w osi napięcia (lub prądu, zależnie od typu układu) od idealnej funkcji przejścia. Parametr ten najczęściej estymuje się na podstawie dopasowania linii prostej do dwóch punktów - 10% oraz 90 % maksymalnego zakresu wyjściowego układu. Dzięki takiemu sposobowi wyznaczania tego parametru unika się wliczania do niego błędów wynikających z pracy wzmacniacza wyjściowego w zakresie pracy nieliniowej (tj. przy końcach zakresu). Załóżmy że do dwóch punktów, otrzymanych z pomiarów, dopasowaliśmy funkcję postaci y = mx + b. W takim przypadku offset to parametr b. Przykład ten ilustruje poniższa ilustracja:
Błąd kodu zerowego, to parametr bardzo podobny do offsetu, niezwykle pomocny do oceny zachowania przetwornika DAC. Błąd kodu zerowego mierzy się jako sygnał wyjściowy przetwornika gdy na jego wejście cyfrowe podane są same wartości zerowe. W przypadku idealnego przetwornika cyfrowo-analogowego sygnał analogowy na wyjściu powinien wynosić 0. Jednakże z uwagi na parametry analogowe układów wyjściowych przetwornika obserwuje się odchyłkę od idealnej wartości. Parametr ten ilustruje poniższy wykres:
Innym niezwykle istotnym parametrem jest błąd wzmocnienia. Tak jak można się domyślić opisuje on o ile nachylenie funkcji przejścia badanego przetwornika DAC różni się od ideału. W idealnym układzie nachylenie wynosi w 1 LSB, jednakże bardzo często, w realnym układzie, wartość ta różni się delikatnie od idealnej. Tak jak w przypadku offsetu możemy dopasować do dwóch punktów na krzywej funkcji przejścia funkcję liniową postaci y = mx + b. Wzmocnienie równe jest m, a jego odchyłka od jedności jest właśnie błędem wzmocnienia układu. Poniższy wykres pokazuje krzywą idealną i rzeczywistą obarczoną błędem wzmocnienia.
Offset, błąd dla kodu zerowego i błąd wzmocnienia są oszacowane holistycznymi technikami opisanymi powyżej. Dzięki temu opisowi wartości te są całkiem proste do interpretacji zważywszy na prosty model funkcji przejścia. Pozostałę specyfikacje - INL i DNL (skróty wyjaśnione poniżej) - mierzone są nie dla dwóch punktów, a dla wszystkich kodów (dyskretnych poziomów przetwornika DAC), jednakże charakteryzowane są pojedynczą liczbą. Odpowiada ona zazwyczaj najbardziej pesymistyczne,i scenariuszowi, czyli takiemu w którym odchyłki od ideału są największe dla całego układu. Dodatkowo w karcie katalogowej przetwornika DAC znaleźć można, z rozdziale z typowymi charakterystykami układu, przebieg wartości INL i DNL dla wszystkich kodów układu.
DNL to różnicowa nieliniowość wyjścia. Wartość ta opisuje różnicę pomiędzy idealną a rzeczywistą wartością LSB dla wszystkich sąsiednich kodów (tzn dla n i n+1 kodu etc). Parametr DNL używany jest często do oszacowania monotoniczności wyjścia przetwornika cyfrowo-analogowego i oceny czy układ posiada jakieś brakujące kody. Jako że zasadnicza większość układów DAC produkowanych aktualnie jest w pełni monotoniczna DNL nie jest tak użytecznym parametrem jak INL. Poniższa ilustracja obrazuje sposób wyznaczania parametru DNL:
Ostatnim statycznym parametrem opisującym liniowość układu przetwornika DAC jest INL - nieliniowość integralna układu. Czasami wartość tą nazywa się także relatywną dokładnością układu. INL opisuje jaka jest odchyłka pomiędzy idealną wartością wyjściową a rzeczywistą. W tym pomiarze wartość wyjściowa sygnału korygowana jest tak aby nie uwzględniać w tym pomiarze błędów offsetu i wzmocnienia. Z uwagi na to INL często oceniany jest jako najbardziej wartościowy parametr opisujący pracę układu DAC, szczególnie do pracy w aplikacjach wymagających wysokiej precyzji wyjścia. Dobranie układu z niskim INL jest niezwykle krytyczne gdyż błędy wartości wyjściowej wynikające z offsetu czy błędu wzmocnienia można skompensować zewnętrznie, a nie ma żadnej możliwości ingerencji w strukturę wewnętrzną przetwornika DAC w celu kompensacji INL.
W kolejnych częściach tego cyklu skupimy się na architekturze układu DAc, tak aby móc dobrać odpowiedni przetwornik do naszej aplikacji.
Źródła:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/analogwire/archive...ials-static-specifications-amp-linearity.aspx
Fajne? Ranking DIY