著者: Thomas Brand、アナログ デバイセズ、フィールド アプリケーション エンジニア
電気信号チェーンにはさまざまな形式があります。電気信号チェーンは、センサー、アクチュエーター、アンプ、アナログ - デジタル コンバーター (ADC)、デジタル - アナログ コンバーター (DAC) などのさまざまな電気コンポーネントで構成されます。マイクロコントローラ。 信号チェーン全体の精度が決定的な役割を果たします。 精度を向上させるには、まず各信号チェーン内の個々のエラーを特定して最小限に抑える必要があります。 シグナルチェーンは複雑であるため、この分析は困難な作業となるでしょう。 この記事では、高精度のデジタルからアナログへの変換について紹介します。 コンバータ (DAC) シグナルチェーンエラーバジェット計算ツール。 この記事では、DAC に接続されているコンポーネントの個別の誤差の影響について説明します。 最後に、この記事では、ツールを使用してこれらの問題を特定し、修正する方法を段階的に説明します。
精密なデジタルからアナログへの変換 コンバータ (DAC) エラー バジェット計算ツールは正確で使いやすく、開発者が特定のアプリケーションに最適なコンポーネントを選択するのに役立ちます。 デジタル - アナログ コンバーター (DAC) は通常、信号チェーン内に単独で現れることはなく、リファレンスに接続されます。 電圧 およびオペアンプ (たとえば、リファレンス バッファとして) を使用する場合は、これらの追加コンポーネントとその個別の誤差に注意を払い、要約する必要があります。 この概念をより深く理解するために、図 1 に示すように、まず主要コンポーネントの個々の誤差の影響を調べます。
図 1. デジタル - アナログ コンバータ (DAC) シグナル チェーンの主要コンポーネント
参照 電圧 には 25 つの主なエラー効果があります。 XNUMX つ目は初期精度 (初期誤差) に関するもので、XNUMX°C (仕様温度) での製造テストで測定された出力電圧が不安定であることを示しています。 また、温度係数に関する誤差（温度係数誤差）、負荷調整誤差、ライン調整誤差なども存在します。 初期精度と温度係数誤差は、合計誤差に最も大きな影響を与えます。
オペアンプでは、入力オフセット電圧誤差と 抵抗誤差が最も大きな影響を及ぼします。 入力オフセット電圧誤差とは、ゼロ電圧出力を得るために入力端子に強制的に印加される小さな電圧差を指します。 ゲイン誤差は、対応する抵抗誤差によって引き起こされます。 抵抗 閉ループゲインの設定に使用されます。 その他の誤差は、バイアス電流、電源電圧変動除去比 (PSRR)、開ループ ゲイン、入力オフセット電流、CMRR オフセット、および入力オフセット電圧ドリフトによって発生します。
デジタル - アナログ コンバータ (DAC) 自体については、積分非直線性 (INL) 誤差など、さまざまな種類の誤差がデータシートに記載されています。これは、理想的な出力電圧と、指定された入力コードによって測定された実際の出力電圧の差に関連します。 他の誤差タイプには、ゲイン誤差、オフセット誤差、ゲイン温度係数誤差があります。 場合によっては、それらが組み合わされて合計調整不能誤差 (TUE) が形成されることがあります。 TUE は、すべての測定出力 DAC 誤差、つまり INL、オフセットおよびゲイン誤差、および電源電圧および温度範囲内の出力ドリフトに関連します。
通常、さまざまな誤差原因には相関関係がないため、信号チェーン内の合計誤差を計算する最も正確な方法は、統計的二乗許容誤差法です。
各コンポーネントのエラーを収集するのは、通常、面倒な作業です。 エラーバジェット計算ツールを使用してこの作業を簡素化し、同じ正確な計算結果を得ることができるようになりました。
図 2. ADI 誤差バジェット計算ツールにおける誤差の影響の表現
高精度デジタルアナログコンバーター (DAC) エラーバジェット計算ツールを使用する手順
まず、誤差バジェット計算ツールを使用して、電圧出力 DAC、乗算 DAC、および 4 mA ～ 20 mA 電流源 DAC の 2 種類のデジタル - アナログ コンバータ (DAC) から選択します。 次に、誤差計算に必要な温度範囲と電源電圧リップルを設定します。後者は PSRR 誤差において決定的な役割を果たします。 これらの値を入力すると、図 XNUMX に示すように、計算機は信号チェーン内の各コンポーネントに対する各誤差の影響を示すグラフを生成します。
この例の合計誤差は主に基準電圧の影響を受けます。 この信号チェーンは、より正確なリファレンスを使用することで改善できます。 モジュール.
デジタル - アナログ コンバータ (DAC) の統合抵抗は、内部反転アンプの比較に関与し、それによって精度が向上し、デジタル - アナログ コンバータ (DAC) の合計誤差に決定的な役割を果たします。 抵抗や内部反転アンプを内蔵していないデジタル - アナログ コンバータ (DAC) では、図 2 に示すように、これらのパラメータを個別に設定できます。
エラー バジェット カリキュレーターは信頼性が高く使いやすいため、高精度のデジタル - アナログ コンバーター (DAC) シグナル チェーンの作成や設計のトレードオフの迅速な評価が容易になります。
著者について
トーマス ブランドは、修士号取得に向けて勉強していた 2015 年にドイツのミュンヘンにある ADI に入社しました。 卒業後はADIの研修生プログラムに参加。 2017 年にフィールド アプリケーション エンジニアに就任。 Thomas は、中央ヨーロッパの大規模産業顧客にサポートを提供し、産業用イーサネット分野に重点を置いています。 彼は、ドイツのモースバッハにあるユニオン教育大学で電気工学を卒業し、その後、ドイツのコンスタンツ応用科学大学で国際販売の修士号を取得しました。