这篇文章的类似版本出现在2001年6月的环保署杂志。

尽管数字电子产品被广泛使用，但现实世界仍然如此。因此，在系统的数字部分和数字部分之间的连接点需要数字转换器(dac)。下面的讨论涵盖了在选择DAC时应该考虑的重要参数。它还强调了设备中可用的一些有趣功能。

现在大多数电子设备都包括数字控制电路，但仍然需要数值来控制阀门、扬声器和其他执行器。从数字到数字的转换通常在专用的D/ a转换器内完成。根据转换要求和系统设置，可以从大量可用的标准电路中选择该DAC。

决议

在选择DAC时，第一步是确定必要的分辨率N，其中2(N) × LSB(最低有效位)等于最大输出。Maxim为dac提供多种产品，指定分辨率范围为8位到16位(256步到65,536步)。但是，由于必须考虑到其他误差来源，分辨率不能表明精度。

下一个感兴趣的参数是积分非线性(INL)，它描述了DAC传递函数与直线的偏差。对于dac，该偏差在每一步(图1一个）. 直线可以是实际传递函数的最佳近似值，也可以是在传递函数端点之间绘制的一条线(减去增益和偏移误差后)。虽然低成本设备规定该参数高达±16 lsb，但通常可以通过使用操作软件中的校正系数来改进。对于高端dac, INL值优于±1 LSB。

微分非线性(DNL)是实际阶跃高度与理想值1 LSB之间的差异。DNL的目标值(大于-1 LSB)确保DAC是单调的。这意味着没有数据丢失，因为输出总是与数字输入一致变化;它响应于数字增量而增加，响应于数字递减而减少。图1 b用传递函数定义DNL。

实际输出与理想值的偏差用图表表示图1 c。对于dac，当数字输入为零时，偏移误差等于输出电压。该误差对所有输入值保持恒定，通常可以通过校准电路来补偿。偏置误差通常以毫伏的绝对值而不是lbs来表示。(lsb的偏移误差取决于输出阶跃高度，而输出阶跃高度又取决于参考电压的电平。)可接受的偏移误差通常小于±10mV。

增益误差是理想最大输出电压与传递函数实际最大值减去偏移误差(图1 d）. 因为增益误差改变了传递函数的斜率，所以每一步都有相同的百分比误差。增益误差以LSB或毫伏表示，作为最大值的百分比。

图1所示。这些图表定义了DAC的主要性能参数:(a)积分非线性，(b)微分非线性，(c)偏移误差，(d)增益误差。

动态输出特性

理想的DAC应在数字值应用于输入后立即提供输出。然而，实际的dac施加一个由内部传播延迟和输出驱动器中有限的摆压率组成的稳定时间。稳定时间从转换开始开始，到DAC输出稳定时结束，并包括任何静态误差。

一种称为“数字馈通”的噪声可以在DAC的输出端测量。输入对到输出的每一个数字转换。虽然由DAC本身引起，但这种影响因接地和电路板布局不当而加剧。

数据接口

以前，最广泛使用的数据接口是并行类型。它仍然具有传输速度快和数据协议简单的优点。Maxim提供多种具有并行接口的DAC，例如具有片上精度输出的MX7839 13位电压输出DAC。

与并行接口相比，串行接口的低引脚数需要更少的板空间并允许更小的封装。两个主要的串行接口协议是SPI 和i2c。SPI支持比i2c更高吞吐量的全双工通信。此外，SPI接口不需要上拉电阻，从而降低功耗。然而，I²C接口所需的引脚/线更少。Maxim提供各种具有SPI或I²C接口的dac。例如，MAX5812是一个12位、低功率电压输出的DAC，具有I²c兼容的2线串行接口。MAX5214是一款14位、低功耗、缓冲的单DAC，带有3线SPI接口。

参考电压

在很大程度上，DAC的特性是由它的参考电压定义的，无论是在DAC内部产生的还是外部施加的。首先，参考电压(V(REF))设置DAC的最大输出电压，如果输出信号没有被额外的输出级放大。V(REF)还定义了输出响应输入1-LSB跃迁而变化的电压阶跃。一步等于V(REF)/2(N)，其中N是DAC分辨率。

在恒定温度下，基准的输出电压在其初始精度规定的范围内变化。对于温度变化，输出电压漂移对DAC的质量有直接影响(表1）.

表1。在2.5V参考电压下，最大漂移±1 LSB的允许温度范围

表1显示了DAC需要最小的参考漂移。集成基准通常为100ppm/°C，因此仅适用于有限的温度范围。一个例外是12 /13位MAX5122 / MAX5132，其集成精度参考指定最大漂移为10ppm/°C (3ppm/°C，类型)。

在连接外部参考时，不仅要考虑DAC参考输入所需的电流和电压范围，还要考虑DAC内部结构产生的任何动态影响。随着所加数字值的变化，参考输入电阻也会发生变化。因此，所选择的基准必须能够在所需的时间内跟随每个负载步骤，否则必须添加旁路电容器或运放缓冲器。

带有外部参考输入的dac(如MAX5170)也可以在乘法模式下工作。对参考输入施加可变电压(而不是恒定电压)(图2）. 可变电压与调整后的数字输入值相乘并传递到输出，产生精确数字电位器的效果。对于这种工作模式，您应该考虑DAC的带宽和电压范围，以及参考输入的动态特性。这些特性包括从参考输入到输出的电压馈通，其数字值为零。

图2。乘法DAC产生数字输入和交流参考信号的乘积。

输出阶段

DAC的输出级可以设计成提供电压或电流输出，但简单的电压输出具有更大的市场份额。一些Maxim器件提供固定增益的电压输出或未承诺放大器作为选项，即所谓的“力感”输出。这种安排允许您使用两个外部电阻设置单个增益(图3一）. 力感电压输出也可以让您实现电流输出(图3 b）.

图3。未提交输出运放提供“力感”输出(a)。配置如图(b)所示，运放为DAC提供电流输出。

MAX5120和MAX5170系列提供了一种特殊的上电功能，称为“故障预防”。如果没有这个特性，DAC输出只是在上电时跟随电源电压，直到集成电路开始工作。该动作用高达3V的脉冲破坏输出，这可能导致以下电路故障。MAX5120/MAX5170抑制这个脉冲。它们还提供上电复位，清除所有DAC寄存器。这种复位可以在0V或最大输出电压的一半(中程)上电时进行调整，这是双极输出级所需要的。

大多数现代设备使用单极电源，但如果您添加外部双极放大器并将最大输出电压的中范围定义为零，则它们可以提供双极输出信号。像12位MAX5322这样的部件工作在双极电源上，并直接提供双极输出电压。作为DAC电源的另一个考虑因素，您应该注意，如果数字输入电压比电源电压高0.3V，则可能发生锁存。特别是，在上电或下电时，数据信号不应应用于DAC输入。肖特基二极管可以防止这个问题(图4）.

图4。肖特基二极管在上电或下电时提供保护，防止闭锁效应。