DAC 性能细节详解

在电子系统中，数模转换器（DAC）的功能是将数字代码转换为模拟电压或电流信号。DAC是模拟量传输和控制的核心器件，在工业自动化、测试测量和仪器仪表等领域，DAC主要用于输出接近直流的信号，具有高精度（12~16位）和低速度（<10 MHz）。这种类型的DAC通常被称为精密DAC。下面我们简要介绍精密DAC的主要参数。

1. DAC的静态参数

静态参数主要用于衡量实际DAC与相同位数的理想DAC之间的输出差异。第一个参数是线性度。DAC的线性度通常受限于芯片内部半导体器件的匹配误差，例如电阻的匹配误差。高精度DAC需要在工厂测试期间进行校准。

DAC输入码

输出(V)

001 111 110 101 100 011 010 -1

Differential Nonlinearity (DNL) 指相邻两个输出水平差异相对于理想最小步长(1LSB)的偏差。如上图所示，如果 DNL < -1LSB，则DAC的输出不是单调递增的，这意味着随着数字码值增加，DAC的输出可能会下降。这在许多闭环系统应用中是不可接受的。在这种情况下，选择 DNL > -1LSB 的设备是必要的。

Integral Nonlinearity (INL) 指实际输出与理想DAC输出之间的差异，也称为相对精度。这个参数代表了DAC输出的准确性。在开环应用中，应特别关注INL参数。

除了上述两个线性度参数外，DAC的实际输出曲线还有其他一些非理想特性：

Offset and Zero code error

Offset

Zero Code error

Real curve

2 point best fit curve

Offset error 指的是DAC输出特性偏离理想直线偏移的程度。Zero Code error 用于校准当代码为0时DAC输出的偏差。由于内部电路接近饱和（特别是带有输出缓冲器的DAC），输出并非理想的0V。

2. DAC的动态参数

下图显示了典型的DAC输出波形，它从大约0跳变到全摆幅：

Settling Time

Settling time 是衡量精密DAC速度的重要参数。从变化开始到稳定为止，DAC输出主要经历两个阶段：一个是slew rate，另一个是linear settling。Slew rate反映了输出显著变化的能力，而linear settling主要取决于输出的小信号带宽。

If the user requires the DAC output to be as stable as possible when changing，则需要关注Glitch和Digital feedthrough参数。Glitch 主要与DAC核心的切换有关。由于寄生电荷的影响以及内部节点切换时无法理想同步，导致输出抖动。通常，当DAC的最高有效位MSB发生变化时，会产生较大的Glitch。Glitch的大小也与DAC结构有关。R-string结构的Glitch一般小于R-2R结构的Glitch。

此外，用户还需要根据应用场景计算不同带宽下DAC输出噪声的影响，并限制DAC输出信号的带宽以抑制不必要的噪声。总体而言，DAC的输出精度不受带内噪声的限制。

3. 3PEAK DAC产品简介

3PEAK推出了多系列精密DAC产品，分辨率从12到16位，通道数从1到8。3PEAK的DAC产品涵盖了R-string和R-2R类型。这些DAC产品不仅确保了单调性(DNL<±1 LSB)，而且实现了±1 LSB内的积分非线性。部分产品内置高精度参考源和输出缓冲器。

3PEAK的产品采用工业级制造工艺和封装，工作温度范围从-40°C到125°C。适用于PLC/DCS、伺服控制、模拟输出、4-20mA传输等领域的使用。3PEAK的DAC产品已在工业和通信领域广泛应用近10年，其性能和可靠性已得到充分验证。产品具有高性价比和高性能的优点。有兴趣的读者可以联系公司获取样品和详细信息。