信號(hào)鏈組件 - 高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度透視中的直流誤差分析

前面定義了信號(hào)鏈所有組件，接下來，我們來看看與各級(jí)關(guān)聯(lián)的誤差。在下面各節(jié)里，我們將基于這里討論的各個(gè)信號(hào)鏈級(jí)，考察無源誤差和有源誤差。

直流無源誤差

所有無源組件都有誤差與其相關(guān)，尤其是電阻。表面上看，電阻似乎是比較簡單的器件，但實(shí)際上，如果其規(guī)格不符合設(shè)計(jì)要求，則在整個(gè)信號(hào)鏈中都有可能導(dǎo)致誤差。這里不會(huì)討論如何選擇正確的電阻類型及其構(gòu)成。但要記住，根據(jù)具體的應(yīng)用，有些電阻類型可能比其他更合適。

阻性直流誤差源于不理想的電阻容差。簡單地指定容差值是不夠的。然而，對電阻誤差容差過分挑剔也可能產(chǎn)生不利影響，使得分析過于復(fù)雜。在為給定的信號(hào)鏈指定電阻類型時(shí)，至少要注意四個(gè)至關(guān)重要的技術(shù)規(guī)格：
1. 值容差，單位通常為%。
2. 溫度系數(shù)或漂移，單位通常為ppm/°C。
3. 壽命漂移或合格性，通常以指定小時(shí)數(shù)內(nèi)的%為單位(通常為1000)。
4. 值容差比，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中或同一封裝中有兩個(gè)或以上的電阻且值匹配時(shí)，值容差以%為單位。

為了說明電阻誤差是如何累積起來的(圖6)，我們來看看下面這個(gè)例子：假設(shè)有一個(gè)100 Ω的電阻，其值容差為1%，溫度漂移為100 ppm/°C，壽命容差為5%，則在5000小時(shí)的壽命周期內(nèi)，在85°C的溫度范圍內(nèi)，其電阻為93.15 Ω至106.85 Ω：

圖6. 此圖所示為一個(gè)電阻誤差模型

高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器精度透視中的直流誤差分析

需要注意的是，電容和電感也有誤差。但這些誤差通常可以忽略不計(jì)，在這類直流分析里并無多大的價(jià)值。另外，這些器件實(shí)際上是無功器件，對濾波和帶寬容差的影響最大，本文的直流分析里同樣沒有考慮這一點(diǎn)。

直流有源誤差

圖1所描述的信號(hào)鏈采用了最普通的構(gòu)建模塊，這是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方法。該信號(hào)鏈由兩個(gè)放大器、一個(gè)多路復(fù)用器和一個(gè)ADC構(gòu)成。但要記住的是，有許多類型的有源器件都描述了各類信號(hào)鏈和不同的系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在實(shí)施這類分析時(shí)，所有有源器件都會(huì)有某些類型的直流誤差。為了了解要設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的精度，必須決定要考慮哪些誤差，這一點(diǎn)十分重要。

基本而言，直流精度中涉及兩類/組誤差。對所有這些有源器件來說，這些誤差既有個(gè)別性，也有普遍性。單個(gè)有源器件誤差只會(huì)顯示相對于該器件的已知直流誤差。這類誤差可以在相應(yīng)的數(shù)據(jù)手冊里找到。例如，放大器的輸入失調(diào)電壓會(huì)被認(rèn)為屬于個(gè)別誤差，因?yàn)榇苏`差只是該有源器件特有的誤差。

全局誤差是信號(hào)鏈或系統(tǒng)中各個(gè)有源器件均存在的等量誤差，但根據(jù)有源器件各自性能的不同，會(huì)表現(xiàn)出不同的誤差(圖7)。全局誤差的一個(gè)例子是總線電源和溫度的電壓調(diào)整率誤差。接下來，我們逐一分解信號(hào)鏈中所示三個(gè)有源器件的這些誤差。

眾所周知，放大器還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到理想水平。它們有許多誤差，一般都列示于數(shù)據(jù)手冊當(dāng)中。失調(diào)電壓和偏置電流是兩種常見的誤差，但同時(shí)也要考慮任何漂移誤差、長期誤差和隔離誤差(如電源抑制比(PSRR))。表1列出了在使用放大器時(shí)應(yīng)考慮的下列誤差。

表1. 放大器的各種誤差