问:我最近看到了一个低成本16位、30 MSPS的D/ a转换器的数据表。经检测，其微分非线性(DNL)仅在14位水平，并且需要35 ns (1/28.6 MHz)才能达到满量程步进的0.025%(12位)。这不是最好的14位，28兆赫的转换器吗?如果转换器只有14位单调的，最后两位似乎不是很有效;为什么要保留它们呢?我能确定他们之间有联系吗?

答:有很多问题。我们从最后一个开始，一个一个地讲。你可以验证第15位和第16位是连在一起的，通过计算它们并观察到0..00, 0 . .01, 0 . .10，和0…11给出了一个非常好的4级输出阶梯，每一步都是满量程的1/65,536。您可以看到，它们在跟踪在0..之间摆动的波形时特别有用。00和0…11，或为一个在更大范围内摆动的人提供重要细节。这是分辨率规格的关键，DAC能够输出2(16)个单独的电压电平，以响应16位数字字可能的65,536个代码。

必须同时处理强弱信号的系统需要大的动态范围。早期CD播放器设计中使用的dac就是一个显著的例子。这些转换器提供16-20位的动态范围，但只有大约14位的差分线性。数字输入有些不准确的表现远不如以下事实重要:动态范围比LP唱片宽得多，并且可以在几乎听不见的噪音下再现响亮和柔和的声音，而且转换器的低成本使CD播放机负担得起。

分辨率是使16位DAC成为“16位DAC”的原因。分辨率与动态范围密切相关，动态范围是可分辨的最大信号与最小信号的比值。所以动态范围也取决于噪声水平;理想adc或dac中不可降低的“噪声”电平是量化噪声。

问:什么是量化噪声?

a .理想n位转换器的锯齿波形量化噪声是线性递增值与逐步递增的数字值之间的差值。它的有效值为1/(2(n+1)√3)的跨度，或-(6.02 n+ 10.79) dB(低于p-p满量程)。对于正弦波，其峰峰幅值等于变换器的跨距，有效值为√2/4，即-9.03 dB，因此理想n位变换器的满量程信噪比(以dB表示)成为经典

6.02 n + 1.76 dB。（1）

当信号通过多个量化级别变化时，相关的量化噪声类似于叠加的“白”噪声。在一个真实的变换器中，由构成变换器的器件产生的电路噪声以平方根方式加到量化噪声中，以对最小可检测信号的幅度设定一个限制。

问:但我仍然担心微分非线性规范。14位微分非线性是否意味着转换器在16位水平上可能是非单调的，也就是说，最后两位对整体精度的影响很小?

a:没错，但是否要担心要看申请情况。如果您的仪表应用程序确实需要16位分辨率，所有代码的1/2-LSB精度，以及在31.25 ns内的1-LSB满量程沉降(我们将很快讨论这个问题)，那么这不是合适的转换器。但也许你真的需要16位动态范围来处理小范围内的精细结构，就像上面的例子一样，而不需要高的整体精度——如果成本很重要，这实际上是一种负担。

在信号处理应用中，关于DNL需要考虑的是:1)DNL误差产生的噪声功率;2)D/A将产生的信号类型。让我们考虑一下这些可能会如何影响性能。

在许多情况下，DNL错误只发生在转换器传递函数的特定位置。这些误差以杂散分量的形式出现在变换器的输出频谱中，降低了信噪比。如果这些杂散的功率使得无法区分期望的信号，则DNL误差太大。另一种考虑方法是将其视为好代码与坏代码(具有大DNL错误的代码)的数量之比。这就是信号的类型很重要的地方。

各种应用可以集中在转换器传递函数的不同部分。例如，假设D/A转换器必须能够产生非常大的信号和非常小的信号。当信号较大时，DNL误差的比例较高。但是，在许多应用中，信噪比是可以接受的，因为信号很大。

现在考虑信号非常小的情况。发生在信号行使传递函数区域的DNL误差的比例可能相当小。事实上，在这个特定区域，由DNL误差产生的杂散可以达到与转换器量化噪声相当的水平。当量化噪声成为决定信噪比的限制因素时，与14位相比，16位的分辨率将真正产生差异(12 dB!)。

问:好的，我明白了。这就是为什么市面上有各种各样的转换器，也是为什么我必须小心地根据我的应用程序解释规范的原因。事实上，可能包含大量“典型”参数图的数据表提供了真正有用的信息，而这些参数图很难说明。那么，沉淀时间的问题呢?

a . D/ a转换器的更新速率是指数字输入电路能够接受新输入的速率，而稳定时间是输出达到指定精度水平所需的时间，通常采用满量程步长。

与准确性一样，不同应用程序对时域性能的要求差别很大。如果转换之间需要全精度和全量程步长，则沉降要求将相当苛刻(如使用CCD图像数字化器进行偏移校正的情况)。另一方面，波形合成通常需要相对较小的采样步长。坚实的实践基础是，连续采样的全尺寸步骤意味着以奈奎斯特速率(采样频率的一半)操作，这使得设计有效的抗成像滤波器变得极其困难(如何说是“不可能”?)。

因此，用于波形重建和许多其他应用*的dac不可避免地过采样。对于这种操作，不需要全尺寸沉降;一般来说，较小的转换需要更少的时间来达到给定的精度。过采样波形，利用这一事实，实现精度和速度大于全尺寸规格所隐含的。

* AD768就是这样一个DAC的例子。