多片高速ADC和DAC在闭环系统中的关键作用

图3. INL，-10V至+10V输出范围，20%过量程。

DAC的单调性非常重要。DAC编码增大时，单调DAC的输出始终增大或最坏也保持相同。如果在闭环控制系统中使用非单调DAC，负反馈可能变为正反馈。此外，根据控制理论，正反馈系统是不稳定的。为了确定DAC是否为单调，观察其DNL曲线。DNL误差是实际步长与1 LSB理想值之差。步长意味着两个相邻数字输入编码之间的输出电压差。图4所示为带放大器的MAX5316的DNL曲线。对于单调的模拟输出，DNL曲线上的所有点必须大于-1 LSB.

图4. DNL，-10V至+10V输出范围，20%过量程。

总不可调误差（TUE）曲线显示实际输出电压相对于理想输出电压的误差，以满幅百分比表示。图5所示为带放大器的MAX5316的TUE曲线。本例中，最大输出误差为满幅的0.054%.

图5.总不可调输出误差，-10V至+10V输出范围，20%过量程。

最后，建立时间是从更新DAC输出命令到输出达到指标范围内的规定值之间的时间间隔。建立时间受DAC和放大器摆率以及放大器过冲和振铃的影响。例如，在MAXREFDES71参考设计中，电压输出稳定至2 LSB之内只需17μs.

形成闭环

两个新型子系统参考设计满足"不妥协"闭环工厂环境要求。MAXREFDES71#（图6）和MAXREFDES32#子系统具有足够的灵活性，满足使用电压或电流信号的低速和高速闭环系统。这些子系统使用两片高速、高精度和低噪声ADC （MAX11166）和DAC （MAX5316）。400ksps 16位输入通道和高速16位输出通道支持±10V和±20mA信号，再加上20%裕量。集成多种其他高精度和高速元件，集成了电源以及600VRMS数据隔离。MAXREFDES32与MAXREFDES71完全相同，只是采用反激转换器产生隔离电源。两款设计连接至FMC兼容现场可编程门阵列（FPGA）/微控制器开发板。

图6. MAXREFDES71子系统方框图。

此处所示的所有数据均由MAXREFDES71#参考设计电路板产生。现在，设计者可利用比以往更快的高质量模拟输入和输出构建新型闭环工业系统。并且显而易见，更可靠、更高精度的闭环系统有助于保证工业4.0工厂的效率和正常运转。