一款溫度漂移為0.1ppm/oC的標準實驗室等級20位DAC
引言
近來,高精度、儀表等級的數(shù)模轉換技術取得了明顯的進步。10年以前,12位數(shù)模轉換器(DAC)就被認為是優(yōu)質器件。如今,16位DAC已經(jīng)面市,而且在系統(tǒng)設計中的應用也越來越普遍。這些16位DAC是真正的精密型器件,其線性誤差小于1LSB,溫度漂移低于1ppm/℃。但是,有些DAC應用還需要更高的性能。自動測試設備、儀器、校準儀表、激光修整器、醫(yī)療電子產品以及其它應用常常需要16位以上的DAC準確度。人們已經(jīng)生產出了電路組件形式的18位DAC,不過它們價格昂貴,并且需要進行經(jīng)常性的校準。準確度達20位甚至23位以上(0.1ppm/℃!)的DAC由手動開關式開爾文-華萊(Kelvin-Varley)分壓器來提供。這些器件雖然具有令人驚嘆的準確度,但缺點是體積龐大、速度緩慢且價格極為昂貴。其應用領域一般局限于標準實驗室。一項有益的開發(fā)將是一款易于構造且無需頻繁校準的實用型20位(1ppm) DAC。
20位DAC架構
圖1描繪了一款20位(1ppm)DAC的架構。該電路基于一款刻度和零點漂移低于0.02ppm/℃的真正1ppm模數(shù)轉換器的面市。這款型號為LTC?400的器件在數(shù)字校正環(huán)路被用作一個反饋組件,以實現(xiàn)20位DAC。
圖1: 基于環(huán)路的20位DAC概念圖。數(shù)字比較允許模數(shù)轉換對DAC誤差進行校正。LTC2400 模數(shù)轉換器的低不確定性特征有望實現(xiàn)1ppm的輸出準確度
實際上,“從屬”20位DAC的輸出由“主控”LTC2400 模數(shù)轉換器來監(jiān)視,后者將數(shù)字信息饋送至一個代碼比較器。該代碼比較器負責區(qū)分用戶輸入字和LTC2400的輸出,并向從屬DAC提供一個校正代碼。環(huán)路以這種方式把從屬DAC的漂移和非線性連續(xù)校正至一個由模數(shù)轉換器和VREF所決定的準確度。對DAC的唯一要求是其應具備單調性。環(huán)路中的其它組件均無需穩(wěn)定。
該環(huán)路具有諸多合乎要求的屬性。如前文所述,準確度限值是由模數(shù)轉換器及其基準來設定的。其它組件均無需穩(wěn)定。此外,環(huán)路特性還對低階位變址和抖動進行了平均處理,從而消除了環(huán)路所固有的小信號不穩(wěn)定性。最后,可采用傳統(tǒng)的遠端采樣或通過把模數(shù)轉換器置于負載側來實現(xiàn)數(shù)字化采樣。該模數(shù)轉換器采用SO-8封裝,且外部組件極少,因而使得這種數(shù)字化開爾文(Kelvin)檢測電路成為一種實用型方案。
電路細節(jié)
圖2為該1ppm DAC的詳細原理圖。從屬DAC由兩個DAC組成。代碼比較器輸出的較高16位被饋送至一個16位DAC(“MSB DAC”),而較低的位則被一個單獨的DAC (“LSB DAC”)所轉換。雖然向兩個DAC提供了總共32位,但有8位是重疊的,因而可在所有的條件下保證環(huán)路捕獲特性。組合式DAC的合成24位分辨率提供了低于第20位的4位變址范圍,從而確保了一個1ppm精度等級的穩(wěn)定LSB。
