數(shù)模轉(zhuǎn)換器 (DAC) 將位轉(zhuǎn)換回聲音、圖像或位置。芯片制造商非常努力地創(chuàng)建可靠和準(zhǔn)確的 DAC。盡管如此，有時(shí)還是會(huì)出現(xiàn)打嗝，在輸出波形中產(chǎn)生波紋。非線性誤差可能會(huì)累加，而其表親非單調(diào)性可能會(huì)帶來(lái)更大的問(wèn)題。DAC 中點(diǎn)毛刺也可以將相當(dāng)大的尖峰發(fā)射到原本平滑的信號(hào)中。

以下是 DAC 異常制造商應(yīng)該尋找的簡(jiǎn)短版本，以及可以采取的措施。

理論上，DAC 不會(huì)遺漏代碼——輸入的每一位組合都有一個(gè)模擬輸出。理想情況下，輸出應(yīng)產(chǎn)生一條響應(yīng)增量位值增加的直線?？偸怯幸稽c(diǎn)點(diǎn)量化不確定性，通常遠(yuǎn)小于步長(zhǎng)。非線性表現(xiàn)為兩種形式。

積分非線性 (INL) 測(cè)量輸出偏離理想直線的距離。微分非線性 (DNL) 測(cè)量整個(gè)范圍內(nèi)每一步的步寬穩(wěn)定性。在一個(gè)不完美的世界中，DNL 會(huì)導(dǎo)致步長(zhǎng)大于或小于所需寬度，并且在極端情況下，會(huì)導(dǎo)致我們稍后將討論的非單調(diào)性。

在較低分辨率的轉(zhuǎn)換器中，INL 可能很重要，甚至?xí)P(guān)閉一整位。如果位置精度很重要，那么提高 DAC 分辨率是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。隨著分辨率的提高，DNL 通常成為主要因素，在輸出中顯示為不需要的噪聲。為音頻或視頻設(shè)計(jì)的部件通常會(huì)優(yōu)化 DNL 以及失真以保持更清晰的輸出。

非單調(diào)性可能會(huì)以錯(cuò)誤的方式摩擦

單調(diào)性在說(shuō)話的聲音中是一件壞事，但在 DAC 的模擬輸出中是一件好事。人們會(huì)期望輸出跟蹤輸入。如果數(shù)字輸入增加，模擬輸出應(yīng)該增加。有時(shí)，取決于 DAC 如何發(fā)揮作用以及信號(hào)在其傳輸曲線上的位置，位增加會(huì)導(dǎo)致輸出下降，然后在下一個(gè)更高位輸入處恢復(fù)增加。

如果它出現(xiàn)，非單調(diào)性可能很糟糕。假設(shè) DAC 輸出驅(qū)動(dòng)電機(jī)——在關(guān)鍵轉(zhuǎn)換時(shí)將其短暫推向錯(cuò)誤方向。正是這種情況讓模擬控制工程師有點(diǎn)抓狂。在某些情況下，一個(gè)小的瞬態(tài)誤差可能不會(huì)突破機(jī)械慣性和摩擦力。某些應(yīng)用可能需要具有更仔細(xì)設(shè)計(jì)和徹底校準(zhǔn)的精密 DAC，以保證單調(diào)行為。

中點(diǎn)一次切換大量電流

DAC 容易在中點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，其中代碼在大部分為 1(例如，對(duì)于 8 位字為 01111111)和大部分為 0(對(duì)于 8 位字為 10000000)之間切換。零件內(nèi)部的一切都在切換，所有位都在運(yùn)動(dòng)，由此產(chǎn)生的電流浪涌可能會(huì)顯示為轉(zhuǎn)換中的故障。事實(shí)上，芯片制造商經(jīng)常測(cè)試并指定“故障能量”來(lái)描述影響的持續(xù)時(shí)間和大小。請(qǐng)注意，這是與 DAC 建立時(shí)間或 DNL 不同的影響;這是一個(gè)輸出變化，比它應(yīng)該為一個(gè)位的步驟大得多。

對(duì)于 DAC，對(duì)模擬輸出進(jìn)行低通濾波可以消除一些毛刺能量，或者可能需要更復(fù)雜的外部采樣保持電路來(lái)消除輸出毛刺。減輕 DAC 中的毛刺的另一種策略是完全避免中點(diǎn)，縮放和偏移信號(hào)以僅使用轉(zhuǎn)換器工作范圍的一半。這可能需要在將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)發(fā)送到 DAC 之前對(duì)其進(jìn)行一些預(yù)處理。

示波器可以幫助制造商處理 DAC

如果您聽(tīng)到音頻突然出現(xiàn)或看到來(lái)自 DAC 的視頻有缺陷，那么找出問(wèn)題所需要的不僅僅是數(shù)字萬(wàn)用表。使用 DAC 是投資示波器的好理由。觸發(fā)可能是一項(xiàng)有趣的練習(xí)，使用具有深度數(shù)字存儲(chǔ)的示波器可能有助于捕獲異常。

大多數(shù)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 不需要太多的模擬專業(yè)知識(shí)來(lái)使用它們，而 DAC 很容易連接，但可能需要一些模擬護(hù)理和饋送才能良好運(yùn)行。同樣，我們處于芯片設(shè)計(jì)人員已經(jīng)看到許多潛在問(wèn)題并正在針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)化 DAC 的地步，這有助于制造商選擇正確的部件。