Для некоторых приложений, таких как тестирование и калибровка АЦП, требуются ЦАП с очень хорошим разрешением, монотонностью и точностью. В этих категориях характеристик схему на Рисунке 1 трудно превзойти. Ее типичные параметры следующие:
- Разрешение: 32 бита = 3×10–10 = 1.2 нВ = 192 дБ.
- DNL (дифференциальная нелинейность): 27 бит = 400 нВ = 162 дБ.
- INL (интегральная нелинейность): 22 бита = 1.6 мкВ = 130 дБ.
- Погрешность максимального значения шкалы (без подстройки) = 11 бит = ±2.5 мВ = 66 дБ.
- Точность нуля: 23 бита = ±500 нВ ±10 нВ/°C = 140 дБ.
- Пульсации и шум: 21 бит = 2 мкВ пик-пик = 128 дБ.
Рисунок 1. | Для достижения 32-битного разрешения эта схема ЦАП с помощью точных аналоговых коммутаторов суммирует два 16-битных ШИМ-сигнала. |
В основе 32-разрядного разрешения ЦАП лежит суммирование двух 16-битных сигналов ШИМ с помощью аналоговых переключателей S1 и S2 и цепи прецизионных резисторов R2-R6. Монотонность и DNL ЦАП теоретически бесконечны, и на практике единственным ограничением является отношение 1 к 216 сопротивлений резисторов:
R2 : (R6 + R5 + RS2-ON),
R3 : (R6 + R4 + RS2-ON),
где RS2-ON – сопротивление замкнутого ключа S2. Типичная DNL, достижимая с резисторами точностью 0.1%, составляет примерно 0.1 ppm или 27 бит.
INL ограничивается в основном выходным сопротивлением источника опорного напряжения AD586, которое составляет менее 0.1 Ом, и коэффициентом ослабления синфазного сигнала 130 дБ усилителя с нулевым дрейфом A1, стабилизированного прерыванием. Резистор R7 подавляет потенциальный вклад асимметрии сопротивления ключа S1, обеспечивая типичное значение INL приблизительно 0.3 ppm или 22 бита.
Характеристики точности нуля и выходного шума находятся на уровне единиц микровольт благодаря превосходным параметрам операционных усилителей LTC1151 A1 и A2 и низкой инжекции заряда коммутатора MAX4053A S2: приблизительно 0.4 ppm или 23 бита.
Абсолютная точность ограничена точностью опорного напряжения 5 В микросхемы AD586L, которая без подстройки составляет ±500 ppm. Если конструкция требует большей точности, ее можно дополнительно подстроить, используя простую схему из технического описания Analog Devices. В предлагаемой частоте ШИМ 200 Гц нет ничего критичного. Чтобы подобрать любую удобную частоту, нужно только изменить номиналы R1 и C1. От того, насколько точно постоянная времени R1C1 соответствует времени цикла ШИМ, зависит время установления синхронного интегрирующего запоминающего фильтра «с нулевыми пульсациями» A1-S2-A2, которое при точном совпадении может составлять всего один цикл.