多片高速ADC和DAC在闭环系统中的关键作用

　　对低失真、正弦波信号的一组采样进行FFT分析，常用于判定A/D转换系统的动态性能。低失真信号源、高于被测系统的分辨率绝对是必不可少的。部分重要的动态指标有：

　　●信噪比(SNR)

　　●总谐波失真(THD)

　　●信号与噪声+失真比(SINAD)

　　●无杂散动态范围(SFDR)

　　SNR为输入信号均方根值(RMS)与A/D转换系统产生的RMS量化误差之比。从图1中400ksps高速采样的FFT图表可知，SNR大约为90dB.这意味着输入信号的RMS值比RMS量化误差大30，000倍(计算公式为XdB = 20×log(ratio))。显而易见，比值越大，A/D转换系统的量化误差越小。类似地，THD为输入信号与总谐波失真之比。SINAD为输入信号与量化误差加谐波失真之比，SFDR为输入信号与最大失真分量之比。

　　往往利用直流信号的直方图确定A/D转换系统的噪声。由于系统中存在噪声，ADC产生的编码将在主值附近。编码的分散性表示A/D转换系统的噪声信息。图2中直方图的标准偏差为0.664(相当于16.6位的有效分辨率)，98.6%的编码在前三个中心LSB之内。本例中，标准偏差越小，系统噪声越小。

　　单调模拟输出的高速和高精度性能

　　高质量DAC决定整个系统的输出精度，对于任何控制系统都非常重要。几项重要指标决定模拟输出的性能：

　　●积分非线性(INL)

　　●微分非线性(DNL)

　　●总不可调误差(TUE)

　　●建立时间

　　任何实际的模拟输出电路都有三种基本误差：失调、增益误差和非线性。在很多应用中，可对失调和增益误差进行校准，但非线性误差的修正最为困难。所以，选择具有高线性度的DAC非常重要。INL曲线显示理想DAC输出与DAC实际输出之间的偏差，其中抵消失调和增益误差。图3所示为带有放大器的MAX5316 16位DAC的INL曲线。从曲线可看出，实际输出与理想输出之间的最大偏差大约为12 LSB.

　　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.