作者：Ken Kavanagh

原則上，您向DAC提供數字輸入，并提供精確的輸出電壓。實(shí)際上，輸出電壓的精度受DAC和信號鏈中其他元件的增益和失調誤差的影響。系統設計人員必須補償這些誤差，以獲得精確的輸出電壓。這可以通過(guò)外部組件和制造后修整來(lái)實(shí)現。數字校準修改發(fā)送到DAC的輸入，從而考慮增益和失調誤差，從而消除了對外部元件和微調的需求。

開(kāi)環(huán)系統的校準

開(kāi)環(huán)系統沒(méi)有反饋路徑，因此設計人員可以相信輸出電壓處于正確的值。高精度通常需要具有14至16位分辨率的精密DAC。積分非線(xiàn)性（INL）和微分非線(xiàn)性（DNL）的數據手冊規格不包括增益和失調誤差。這些誤差因設備而異，必須先測量，然后才能刪除。這通常作為工廠(chǎng)校準的一部分完成。

圖1顯示了理想DAC與實(shí)際DAC的傳遞函數。在本例中，當預期輸出為0 V時(shí)，失調誤差會(huì )導致輸出電壓為負，增益誤差產(chǎn)生的跨度大于預期范圍。

圖1.DAC 傳遞函數

傳遞函數可以建模為由 y = mx +c 描述的直線(xiàn)。

其中：

y 是輸出
m 是傳遞函數的斜率
x 是 DAC 的輸入
c 是失調電壓

理想DAC的增益（m）為1，失調（c）為0，輸出以完美的線(xiàn)性方式跟蹤輸入。實(shí)際DAC具有非理想的增益和失調值，一旦已知即可進(jìn)行補償。

以標稱(chēng)輸出范圍為16 V至0 V的10位DAC為例。當數字輸入設置為0時(shí)，測量–30 mV輸出。當數字輸入設置為65，535（滿(mǎn)量程）時(shí)，將測量10.02 V輸出。

由此，我們可以確定：

失調誤差為 –30 mV
量程誤差為 20 mV – （–30 mV） = 50 mV，實(shí)際量程為 10.05V
增益為 10.05 V/10 V = 1.005

補償增益誤差

為了補償增益誤差，DAC的數字輸入必須乘以增益誤差的倒數：

x 1 = x × （10 V/10.05 V）

其中 x 是所需的輸入，x1 是加載到 DAC 的值。輸入為 0 和 65，535 將產(chǎn)生 10.05V 跨度，而 0 和 65，209 的輸入將產(chǎn)生所需的 10V 跨度。

補償失調誤差

失調誤差導致DAC在數字輸入為0時(shí)產(chǎn)生0 V以外的輸出電壓。失調誤差可以通過(guò)在DAC輸入中添加或減去一個(gè)等效數字來(lái)測量和消除。

在本例中，DAC有65，536個(gè)可能的代碼，輸出范圍為10.05V。這意味著(zhù)每 1 LSB（最低有效位）步長(cháng)為

10.05 V/65536 = 153.35 μV。

在本例中，–30 mV失調相當于（30 mV/153.35 μV）= 196 LSB。因此，寫(xiě)入DAC的值196將產(chǎn)生0 V的輸出電壓。

將一切整合在一起

補償增益和失調誤差可產(chǎn)生精確的電壓。下面的公式顯示了如何計算正確的DAC輸入以產(chǎn)生所需的電壓。

實(shí)際DAC輸入 = （10 V/10.05 V） × 理想 DAC 輸入 + 196

替代選項

在DSP或微處理器中執行這些計算需要額外的開(kāi)銷(xiāo)，這可能既昂貴又耗時(shí)。一些DAC包括片內寄存器，允許在DAC中進(jìn)行計算，從而釋放處理器來(lái)執行其他功能。AD536x、AD537x、AD538x和AD539x系列密集DAC ™多通道DAC具有8至40個(gè)通道，分辨率為12至16位。單電源版本可產(chǎn)生 5V 輸出。雙電源版本可產(chǎn)生 ±10V 輸出。每個(gè)器件的每個(gè)通道都有專(zhuān)用的m和c寄存器，允許每個(gè)通道的增益和失調校準。

圖2顯示了AD5370 16位、40通道DAC的一個(gè)通道。計算 m 和 c 寄存器的值的過(guò)程如下所述：

通過(guò)將DAC輸入設置為零和滿(mǎn)量程來(lái)測量失調和滿(mǎn)量程誤差。
通過(guò)將范圍除以可能的代碼數（在本例中為 65536）來(lái)計算實(shí)際 LSB 大小
從默認的 m 寄存器值中減去與超額跨度對應的 LSB 數。例如，50 V范圍內10 mV的超量范圍相當于326 LSB
將與偏移量對應的LSB數量添加到默認c寄存器值。例如，–10 mV的失調為65 LSB
現在可以將DAC視為理想值，并計算適當的值以補償內部和系統誤差。

圖2.AD5370 DAC的單通道