13.4 Линейность преобразования - близкое знакомство
==899
Кратко упоминавшиеся в §13.1.3 ошибки линейности преобразования, которые влияют на ЦАПы ( как и на АЦП ), требуют дополнительного рассмотрения.
Взглянем на рис. 13.21 и 13.22 . Оба представленных там ЦАПа имеют ошибки линейности, но есть нюанс, поэтому сначала несколько определений. Интегральная нелинейность ( INL ) - максимальное отклонение от идеальной прямой линии преобразования цифрового входа в аналоговый выход по всему диапазону преобразования 27 . Дифференциальная нелинейность ( DNL ) - максимальное отклонение разницы между аналоговыми представлениями двух любых соседних цифровых значений ( n=2 и n=3 в приведённом примере ) от корректной величины 1 LSB .
Рис. 13.21 ЦАП демонстрирует одновременно и монотонность ( DNL < 1 LSB ), и относительно большую интегральную нелинейность ( INL = 1.5 LSB )
Рис. 13.22 У этой микросхемы интегральная нелинейность меньше, чем на предыдущем рисунке ( INL = 0.75 LSB ), но большая дифференциальная ( DNL = 1.25 LSB ) создаёт предпосылки для немонотонности. Что хуже, зависит от конкретной ситуации
==900
Когда важно различать INL и DNL ? Когда нужна схема с наилучшими измерительными параметрами, доминирует интегральная нелинейность, а разброс между шагами не очень важен. Если же устройство находится в цепи обратной связи, предпочтения противоположны: работа обратной связи уберёт INL , а большая DNL вызовет появление невидимых областей нестабильности, которые к тому же очень трудно отлаживать.
Архитектура ЦАП влияет на соотношение INL/DNL . Возьмём два хороших 16-разрядных ЦАПа - DAC8564 и AD5544. Первый использует делитель на цепочке резисторов, и нужно сильно постараться, чтобы получить DNL , большую чем 1 LSB . Кроме того, гарантируется монотонность. Зато никаких механизмов контроля за INL нет ( исключая статистическую флуктуацию номиналов в цепочке ), поэтому общая ошибка интегральной нелинейности ±8 LSB удивления не вызывает. Причём речь идёт о весьма дорогой микросхеме. В массовом сегменте 12 LSB - обыденность.
Для сравнения в архитектуре R-2R большие цифры INL часто переходят в большую DNL , или иначе, механизм, сдерживающий рост INL , улучшает одновременно и DNL , а коррекция DNL снижает также INL . Отсюда INL AD5544 укладывается в ±4 LSB , а DNL в 1.5 LSB . Все остальные характеристики обеих моделей идентичны ( исключая принципиально разные ). Отсюда понятно, что выставлять точное напряжение лучше с помощью AD5544, а в цепях управления использовать DAC8564.
И, хотя везде в книге расставлены предупреждения, никогда, НИКОГДА, НИКОГДА не используйте аудио-ЦАПы для чего-либо не относящегося к звуковой аппаратуре. Во-первых, потому что, если интегральная нелинейность не указывается, то значит, она имеет неприлично высокую величину. Это в большинстве случаев допустимо в звуковой аппаратуре, но неприемлемо ни при контроле напряжения, ни в цепях управления. Во-вторых, дрейф усиления в аудио-ЦАПах слишком часто слишком велик, чтобы использовать их для установки напряжений.
==900
27 Здесь есть некоторое пространство для манипуляций, потому что линию можно задать по конечным точкам ( «линейность по конечным точкам», которая используется здесь ) или можно приукрасить действительность и провести линию с наименьшим отклонением от желаемой характеристики. <-
