选择高精度数模转换器

在本文中我们将对高精度数模转换器的选择和使用过程中所涉及的问题进行研究。DAC 的架构对于DAC 的技术规格及其对电路板设计师的要求均有影响。为了实现最佳性能，需要谨慎地考虑DAC 上的电源、基准和输出放大器所产生的影响。

　　过采样或增量累加DAC

　　过采样或ΔΣADC 采用一个低分辨率DAC (通常仅1 位)，在其前后分别布设一个噪声整形数字调制器和一个模拟低通滤波器。最准确的商用增量累加DAC 实现±15ppm 的准确度，但是需要15ms 才能稳定，并要承受相对较高的1μV/√Hz 噪声密度。其它可购得的过采样DAC 在80us 内稳定，但是INL 较差，大约为240 ppm。

　　合成DAC

　　通过结合两个较低分辨率的单片DAC，有可能构成一个高分辨率的合成DAC。请注意，粗略DAC 的分辨率和精细DAC 的范围需要重叠，以确保所有想要的输出电压都可实现。粗略DAC 的准确度和漂移一般将限制合成DAC 的最终准确度，因此要提高准确度，就需要对合成DAC 转移函数的特性和软件进行校正。也可能需要频率校准，以校正随温度、时间、湿度和机械压力产生的变化导致的漂移。

　　电阻串DAC

　　电阻串DAC 采用具有2N 个分接点的一系列电阻分压器，以实现N 位分辨率。采用电阻串架构的单片16 位DAC 一般含有一个较低分辨率的电阻串DAC 和一个范围较小的DAC，范围较小的DAC 用于插入串器件之间，以实现16 位分辨率。这种串+内插器方法的一个优点是，DAC 输出具有固有的单调性，无需微调或校准。

　　这类DAC 的基准输入阻抗一般很高(50KΩ～300kΩ)，而且不受输入代码的影响，从而有可能使用一个非缓冲型基准。因为电阻串的输出阻抗随输入代码变化，所以大多数电阻串DAC 含有集成的输出缓冲器放大器，以驱动电阻性负载。

　　尽管电阻串DAC 的DNL 本身非常好，但是INL 由串联电阻器件的匹配决定，而且可能由于含有大量的独立器件而难以控制。直到最近，这类DAC 的准确度一直限制在约±180ppm。最近的进步已经使得准确度提高到了±60ppm。例如，LTC2656 在4mm x 5mm 封装中集成了8 个DAC 通道，在16 位分辨率时具有±4LSB 的最大INL。

　　阻性梯形或R-2R 型DAC

　　阻性梯形或R-2R DAC 采用一种三端子结构，电阻器在A 端和B 端之间切换。请注意，A 端和B 端上的阻抗与代码的相关性很高，而C 端则具有一个固定阻抗。电阻器与开关的匹配情况将会影响这种结构的单调性和准确度。此类DAC 一般经过修整或在出厂时经过校准，而且，具±1LSB INL 和DNL 的单调16 位阻性梯形电路DAC 上市已有很长时间了。

　　电压输出R-2R DAC

　　一种常见类型的R-2R DAC 将C 端用作DAC 输出电压，而A 端连接到基准，B 端连接到地。输出阻抗相对于输入代码是恒定的，从而有可能以非缓冲方式驱动电阻负载。例如，LTC2641 16 位DAC 能以非缓冲方式驱动60kΩ负载，同时保持±1LSB 的INL 和DNL，并消耗不到200μA 的电源电流。

　　这种方法的一个缺点是，基准阻抗随着输入代码大幅变化。由于R-2R 梯形电路的本质，甚至DAC 输出电压中很小的变化也可能在基准电流中引起1mA 或更大的阶跃变化。为此，必须由一个高性能放大器来对基准进行缓冲，并采用一种非常精细和针对性的检测电路布局，以限制稳定、干扰脉冲和线性度性能的最终劣化。

　　当一个输出缓冲器放大器和一个电压输出R-2R DAC 一起使用时，该放大器的开环增益和大信号共模抑制必须足够高，以保持输出的线性度(在18 位时>110dB)。输出缓冲器的失调和输入偏置电流将主要以DAC 输出偏移的形式出现，但是这些参数在输入共模范围内的任何变化都将以附加的INL 误差形式出现。

　　请注意，在正和负基准开关之间有必要保持匹配的阻抗，以保持DAC 线性度。因为CMOS 开关阻抗是电压和温度的函数，因此这给DAC 的准确度带来了挑战，尤其是在低电源电压时。可采用这种架构的18 位DAC 的PSRR 被限制在约64dB。结果，随着时间、温度、电压和负载状况的变化，电源必须在约0.5% 的范围内保持恒定，以保持18 位性能。在工作温度范围内，这类DAC 的INL 可以预期以±0.5LSB 或更大的幅度漂移。

　　迄今为止，当采用一个5V电源时，运用该架构和一个集成输出放大器的18位DAC的性能一直被限制为±2LSB INL(在18位)。采用3V电源时，其性能将进一步限制为±3LSB INL(在18位)，且单调性下降至17位。电流输出R-2R DAC

对于高准确度应用来说，这种架构具有很多优点。基准阻抗是恒定的，可以用非缓冲型基准或一个慢速低精确度运算放大器驱动。因为A 端和B 端处于相同的地电位，所以保持匹配的开关阻抗相对容易，甚至在出现电源电压和温度变化时也一样。结果，精确