增益误差问题

培训中经常遇到的一个问题是：数据转换系统中，在什么样的分辨率下使用分立电压基准? 初学者通常建议10位至12位转换器采用外部基准。听起来似乎正确，但问题本身存在一定假象，正确的回答应当是分辨率与精度是两个概念。一般意义上，大家很容易理解：高分辨率数据转换器的精度高于低分辨率的数据转换器。但这一答案并不完善，利用低分辨率转换器的系统在配合使用精密的电压基准、校准，或者二者兼用的情况下仍然可以获得高精度。

影响数据转换系统精度的因素有很多，其中最重要的是增益误差。对于DAC，增益误差定义为不考虑失调误差时最大码值处的实际结果与理想值的偏差，如图1所示。ADC的定义类似。



图1. 增益和失调误差

数字校准增益误差

增益误差是由模拟信号链路的非理想增益和电压基准的误差造成的。这个误差可以通过数字化方式进行校准。但是，数字校准要求系统使用高分辨率转换器，这会增加系统成本。

以下示例解释了这种数字校准方法。系统采用理想的DAC和非理想模拟输出放大器建模(图2)。简单起见，假设DAC分辨率只有4位。



图2. 数字增益校准系统