DAC基礎知識：靜態技術規格以及它們對DC的偏移、增益和線性等特性的影響在平衡雙電阻 (R-2R) 和電阻串數模轉換器 (DAC) 的各種拓撲結構間是基本一致的。然而，R-2R和電阻串DAC的短時毛刺脈沖干擾方面的表現卻有著顯著的不同。

我們可以在DAC以工作采樣率運行時觀察到其動態不是線性。造成動態非線性的原因很多，但是影響最大的是短時毛刺脈沖干擾、轉換率/穩定時間和采樣抖動。

用戶可以在DAC以穩定采樣率在其輸出范圍內運行時觀察短時毛刺脈沖干擾。圖1顯示的是一個16位R-2R DAC，DAC8881上的此類現象。

圖1

這個16位DAC (R-2R) 輸出顯示了7FFFh – 8000h代碼變化時的短時毛刺脈沖干擾的特性。

在理想情況下，DAC的輸出按照預期的方向從一個電壓值移動到下一個電壓值。但實際情況中，DAC電路在某些代碼到代碼轉換的過程中具有下沖或過沖特性。

這一特性在每一次代碼到代碼轉換時都不一致。某些轉換中產生的下沖或過沖特性會比其它轉換更加明顯。而短時毛刺脈沖干擾技術規格量化的就是這些特性。DAC短時毛刺脈沖干擾會瞬時輸出錯誤電壓來干擾閉環系統。

圖2顯示的是具有單突短時毛刺脈沖干擾的DAC的示例。一個電阻串DAC產生的通常就是這種類型的短時毛刺脈沖干擾。

圖2  單突DAC輸出短時毛刺脈沖干擾特性

在圖2中，代碼轉換的位置是從7FFFh—8000h。如果你將這些數變換為二進制形式，需要注意的是這兩個十六進制代碼的每個位或者從1變換為0，或者從0變換為1。

短時毛刺脈沖干擾技術規格量化了這個毛刺脈沖現象所具有的能量，能量單位為納伏秒，即nV-sec (GI)。這個短時毛刺脈沖干擾的數量等于曲線下面積的大小。

單突短時毛刺脈沖干擾是由DAC內部開關的不同步造成的。那是什么引起了這一DAC現象呢?原因就是內部DAC開關的同步不總是那么精確。由于集成開關電容充電或放電，你能在DAC的輸出上看到這些電荷交換。

R-2R DAC產生兩個區域的短時毛刺脈沖干擾錯誤(圖3)。由于出現了雙脈沖誤差，從負短時毛刺脈沖干擾 (G1) 中減去正短時毛刺脈沖干擾 (G2) 來產生最終的短時毛刺脈沖干擾技術規格。

圖3 具有R-2R內部結構的DAC表現出雙突短時毛刺脈沖干擾

圖3中的代碼轉換仍然是從7FFFh至8000h。

為了理解DAC短時毛刺脈沖干擾的源頭，我們必須首先定義主進位轉換。在主進位轉換點上，最高有效位 (MSB)從低變高時， 較低的位從高變為低，反之亦然。其中一個此類代碼變換示例就是0111b變為1000b，或者是從1000 000b變為0111 1111b的更加明顯的變化。

有些人也許會認為這一現象在DAC的輸出表現出巨大的電壓變化時出現。實際上，這并不是每個DAC編碼機制都會出現的情況。

圖4和圖5顯示了這種類型的毛刺脈沖對一個8位DAC的影響。對于DAC用戶來說，這一現象在單個最低有效位 (LSB) 步長時出現，或者在一個5V、8位系統中，在19.5mV步長時出現。

圖4

在這個8位DAC配置中，此內部開關有7個R-2R引腳被接至VREF，有1個R-2R引腳接地。

圖5

在這個DAC配置中，此內部開關有1個R-2R引腳被接至VREF，有7個R-2R引腳接地。

在DAC載入代碼時，會有兩個區域產生輸出毛刺脈沖：同時觸發多個開關的開關同步和開關電荷轉移。

此電阻串DAC具有一個單開關拓撲。一個電阻串DAC抽頭連接到巨大電阻串的不同點。開關網絡不需要主進位上的多個轉換，因此，產生毛刺脈沖的可能進性較低。開關電荷將會產生一個較小的毛刺脈沖，但是與R-2R結構DAC產生的毛刺脈沖相比就顯得微不足道了。