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[参考译文] 需要低偏移误差 DAC

Guru**** 1074580 points
Other Parts Discussed in Thread: DAC8750, OPA191, OPA2338, OPA192, OPA188, OPA189, TLV2186, DAC8801, DAC8830, DAC7811, TIPD159
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/data-converters-group/data-converters/f/data-converters-forum/872288/need-low-offset-error-dac

主题中讨论的其他器件:DAC8750OPA191OPA2338OPA192OPA188OPA189TLV2186DAC8801DAC8830DAC7811TIPD159

您好!

我们有一个误差小于0.5%的电压控制电流源。  我们希望使用电压 DAC 驱动它、但偏移大约为0.5mV、这会导致电流源出现~5%的误差。  我看不到任何偏移小于50uV 的 DAC。  您能提出解决方案吗?  为什么没有像运算放大器那样具有 AutoZero 功能的 DAC?  此时、我唯一能想到的是使用 ADC (力/感应)进行校准。  我的另一个想法是使用高电压输出 DAC 并衰减(也衰减失调电压)、因为我们只需要0-2V 输出。

我还想使用 DAC8750作为电流源、但其精度在满量程 TUE 中有所规定、这似乎仍然过高、20mA 的0.2%= 100uA。  我们需要~1uA 的精度。

谢谢、

Erik

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    Erik、

    您能否分享有关电流源本身设计的任何详细信息? 也许我们可以在这里提出一些建议、从而减少对 DAC 偏移误差的依赖。

    有一些 DAC 产品是非缓冲的、无论是 R-2R 还是乘法 DAC、它们不包含失调电压误差、因为没有输出缓冲器来产生端点误差、这可能是一个很好的考虑因素。

    至于 DAC 不包含自动置零输出缓冲器的原因-这些输出级比标准运算放大器复杂得多、并且通常以插值放大器的形式实际上是 DAC 本身分段方案的一部分。 在某些情况下、对于要求极低偏移的标准 DAC 产品而言、实现自动置零或斩波创意过于复杂、但我们将考虑反馈。

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    它与本应用手册中的图8有点相似:

    https://www.analogue.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an45f.pdf

    不过、我们以不同的方式连接仪表放大器(实际上我们使用差动放大器)、但为了进行误差分析、您可以假设它与 AppNote 图8类似。  我们需要100uA 至20mA 的范围、误差小于1%。  我们的电流设置电阻器为100欧姆。  由于电阻器上的偏移误差为0.5mV、我们在100uA 的低电流范围内得到5uA 的误差(5%)。

    再想一想、我们可能会接受一个非缓冲差分电流输出 DAC 直接进入我们的差分放大器级(没有输入电阻器)。  这可能很好、您是否有几个您可以建议的器件型号?  这不是高速应用。

    Erik

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    Erik、

    我可能应该提前考虑过这个问题-但您希望设计的输出电流范围是多少? 根据 DAC8750以及您从链接中引用的电路、您似乎需要高侧电流源。

    一种选择是以分立方式构建 DAC8750、这样您就可以根据所需的输出范围定制设计、从而潜在地降低 DAC 失调电压误差的影响。 DAC8750内部包含一本"电路设计指导手册"、网址 为:http://www.ti.com/lit/an/slaa867/slaa867.pdf

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    实际上、我们已经使用"轨外高侧"电流源沿着该路径走。  我们遇到的问题是找到一个轨到轨输入放大器、该放大器可以处理+15V 电源(我们的合规性要求)、但也具有非常低的输入失调电压和输入偏置电流。  这对于运算放大器而言是一个相当高的阶数、我认为 OPA191可能是我发现的唯一一款能够实现它的放大器、我不希望依赖一个运算放大器进行生产。

    本应用手册使用 OPA2338、其输入失调电压误差典型值为0.5mV、这意味着该4.7欧姆输出电阻器上的误差高达0.5mV、误差大约为100uA!  为了使某项工作正常、我需要一个偏移仅为5uV 的放大器(同样、这就是 OPA191 (-:)。 如果应用手册分析了直流精度、那将是很好的。

    您能否再次详细说明没有输出错误的非缓冲 DAC?  我承认我对 DAC 架构的了解有限、是否有应用手册可以引导我了解输出级、以及我需要如何使用非缓冲输出?

    感谢 Kevin!

    Erik

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    Erik、

    还有一些其他放大器、我可以从我的脑海中想到、也可以应用于这里。 OPA192和 OPA188。 但是、一般来说、36V "高电压"轨到轨放大器很难实现。 我可以请求放大器业务部门的一位同行参与此主题、他们当然会更好地了解自己的产品系列或任何即将推出的路线图器件、从而扩大您的选择范围。

      TI.com 上的参数搜索工具是一个有助于您查找这些 DAC 的工具、该工具位于 http://www.ti.com/data-converters/dac-circuit/precision/products.html

    在侧栏上、您会发现一些有用的滤波器。

    要查看倍增 DAC、请单击"Architecture"滤波器中的"倍增 DAC"复选框。

    要查看非缓冲 R-2R DAC、请取消选中此框(此外、不要选中"架构"中的"R-2R"框)、然后单击"输出类型"滤波器中的"非缓冲电压"。

    两者之间的基本区别在于 R-2R 电阻梯的使用方式、但两种结构使用相同的电阻梯拓扑。 在传统的 R-2R 拓扑中、您创建了一个从基准输入到电压输出的二进制加权分压器、因此只需在输出端应用缓冲器即可。

    MDAC 在将基准输入施加到旧的"VOUT"节点上并在"VREF"节点上获取输出时有效地翻转了这一翻转。 这将梯形电阻用作二进制加权电流分压器、然后输出端需要一个跨阻级、以便转换为更传统的电压输出 DAC 系统。

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    您好 Erik、

    我将扮演"运算放大器"的角色。  :o ) OPA191及其速度更快的兄弟 OPA192是一款旗舰设备,不会很快到达任何地方。  事实上、我们继续从该核心 IP 开发衍生产品。  因此、请放心、这些是很好的选择、我们的许多客户每天都在设计这些出色的产品。  同样、OPA188和更新版本的 OPA189也是具有类似衍生路线图计划的旗舰型零漂移器件。  TLV2186低成本零漂移器件可提供轨到轨输入性能。   

    话虽如此、虽然 OPA19x 系列器件是轨到轨器件、但它们确实表现出交叉、并且在整个共模范围内不会承载 UV 电平精度(输入级在正电源轨附近转换)。  是否可以为 Vcc 提供大于输入信号的电压以避免该交叉区域?   

    AutoZero 器件具有比线性 CMOS 器件更高的偏置电流(由于电荷注入)。  话虽如此、您提到了构建差分放大器、通过电阻器的电流将远远超过我们在这里讨论的偏置电流。  也许您可以在这个阶段提供更多详细信息、以确保我不会错过任何内容。  此外、还可以使用固定增益电流分流监控器作为差分放大器。   

    谢谢、
    Scott

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    大家好、Scott (运算放大器家伙)、

    感谢您的输入。  目前、我们将 OPA192用于基于扩散放大器的电流源、在100uA 到20mA 范围内的精度为~0.5%、稳定在1us 左右时似乎效果良好。  回顾我的实验手册、我们实际上没有尝试使用 OPA191或 OPA192来实现该线程中链接的脱离轨高侧方法。  我可能必须返回并尝试它。  我们尝试了多个其他 RR 输入运算放大器、但在100uA 时精度不能比5%高得多、我怀疑失调电压会更差、因为我靠近电源轨。  我不喜欢上面链接的离轨电流源 AppNote 是1% FSR 精度的规格、 除非我理解错误、否则这意味着如果 FSR 输出为20mA、则在输出范围内的任何位置(包括本例中的100uA 低电流范围)、我可能会有高达20m*0.01=200uA 的误差。  我发现在整个范围内的任何一点设计1%的精度都要困难得多、尤其是在低范围、因为失调电压往往占主导地位。  您是对的、失调电流不是这些 FET 输入运算放大器的问题。  尽管我们尝试的一些 RR 输入放大器是电流为200nA 的双极输入、但对于1k 电阻器而言、这不可忽略、因为偏移为200uV。  不管怎样、感谢其他器件的提示、我会查看这些提示

    Erik

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    尊敬的 Kevin:

    我将根据您的建议查看非缓冲 DAC。  DAC8801电流输出乍一看看起来很好、但看起来满量程精度仅为20%。  奇怪的是、它仅在第一页上指定了20%、但在电气特性中没有任何相关内容。   

    然后是 DAC8830、我喜欢它、因为它显示零代码误差在1LSB 时非常小、然后 INL/DNL 就可以了。  我们不需要完整的16位、12位就足够好了。  如果您对具有良好绝对精度的 DAC 有任何其他建议(<1%、来自代码0、1、2、3、3、... 请告诉我。

    感谢所有的帮助!

    Erik

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    Erik、

    您可能会将 DAC7811视为此设计的 MDAC 候选项、因为您正在寻找12位解决方案。 它还在提供 IOUT1和 IOUT2输出引脚方面具有一些很好的优势。 几年前、我针对 DAC7811的一些独特功能发布了两个参考设计:

    http://www.ti.com/tool/TIPD159

    http://www.ti.com/tool/TIPD157

    关于 DAC8801、可以说电流输出的绝对值将变化+/-20%。 当使用具有输出端互阻抗级的器件、使用内部反馈电阻器将电流输出转换为电压时、这并不意味着+/-20%的增益误差。 基本上、修整精度在这些产品上的作用更多是电阻器值的比例式匹配、而不是绝对值。 因此、虽然绝对值以及输出端的电流幅度会发生+/-20%变化、但增益误差仍然与最大+/-4mV 和典型+/-1mV 保持一致。

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    您好 Erik、

    在低电流下、失调电压将占主导地位、而在高电流下、增益误差将占主导地位(主要是电阻容差、因此购买的电阻器要优于1%)。  但对于电流、差动放大器的增益等还有一些其他问题  由于电阻器容差、输入阻抗、CMRR 等原因、土生土长的差动放大器面临一些挑战  如果您希望将其脱机、以便您可以共享敏感的原理图、请告诉我。  我在电压控制电流源方面拥有丰富的经验、可能会有所帮助。   

    谢谢、
    Scott   

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    好的、我仍然厌倦了这些电流输出 DAC、因为它们没有指定偏移。  我看到您的参考设计文档 TIPD159。  您能否向我介绍如何在图1中计算%FSR 的 TUE 误差?  我了解传统上在您具有总增益、失调电压等时 TUE 的计算方法-它是 RMS 总和。  我已经阅读了有关这方面的 TI 应用手册。  但是、您如何具体计算图1中每个代码的 TUE?  例如、如果第一个代码应为5uA、您得到6uA、则根据%FSR 计算出的 TUE 是多少?  我只是不明白为什么我们不只在缩小和测量 DAC 中的总精度误差时使用常规旧的"%误差"。  例如:(6uA-5uA)/(5uA)*100=+20%。

    为什么 DAC8830如此出色?  仅为零代码偏移的1LSB??  这太棒了、我找不到任何其他好的东西。

    感谢您的帮助、

    Erik

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    Erik、

    器件未指定失调电压误差、因为没有失调电压误差-只有一些流经 R-2R 开关的泄漏电流、该电流通常在所有开关均应连接到 GND 时以零代码定义。 在没有放大器的情况下、没有 Vos 参数会影响线性运行区域或输出电压摆幅至靠近正或负电源轨的电源轨限制。

    我认为您对总体精度与目标的评论与对%FSR 的分析相反、我对您来说没有什么好的答案。 我们的大多数客户以%FSR 的形式对此进行定义、因此我们以传统格式提供数据。 绝对幅度的最大误差将在满量程时发生,因此,也许这就是《公约》的起源。 在较低代码时百分比可能更大、但误差可能低于毫伏、而在满量程时则为数毫伏。