增益誤差問題

培訓中經常遇到的一個問題是：數據轉換系統(tǒng)中，在什么樣的分辨率下使用分立電壓基準? 初學者通常建議10位至12位轉換器采用外部基準。聽起來似乎正確，但問題本身存在一定假象，正確的回答應當是分辨率與精度是兩個概念。一般意義上，大家很容易理解：高分辨率數據轉換器的精度高于低分辨率的數據轉換器。但這一答案并不完善，利用低分辨率轉換器的系統(tǒng)在配合使用精密的電壓基準、校準，或者二者兼用的情況下仍然可以獲得高精度。

影響數據轉換系統(tǒng)精度的因素有很多，其中最重要的是增益誤差。對于DAC，增益誤差定義為不考慮失調誤差時最大碼值處的實際結果與理想值的偏差，如圖1所示。ADC的定義類似。



圖1. 增益和失調誤差

數字校準增益誤差

增益誤差是由模擬信號鏈路的非理想增益和電壓基準的誤差造成的。這個誤差可以通過數字化方式進行校準。但是，數字校準要求系統(tǒng)使用高分辨率轉換器，這會增加系統(tǒng)成本。

以下示例解釋了這種數字校準方法。系統(tǒng)采用理想的DAC和非理想模擬輸出放大器建模(圖2)。簡單起見，假設DAC分辨率只有4位。



圖2. 數字增益校準系統(tǒng)