DAC CARATTERISTICHE DI BASE

Prestazioni Statiche di un DAC

A seconda dell' applicazione, e' possibile utilizzare parametri di misura diversi per caratterizzare la qualità e le prestazioni di un DAC. I parametri rispetto ai quali si misurano le prestazioni statiche di un DAC non ideale sono:

Risoluzione

la risoluzione di un convertitore e' pari alla minima variazione del segnale d' uscita che il dispositivo può generare. Essa e' pari a 1 LSB ed e' legata alla tensione di fondo scala e al numero di bit (parallelismo del convertitore) dalla relazione:

se si tratta di un dispositivo unipolare;

se si tratta di un dispositivo bipolare.

Errore di offset

il valore assunto dall' uscita in corrispondenza del codice d ingresso che rappresenta lo zero.

Figura 5: Errore di offset e errore di guadagno

Errore di guadagno

di quanto si discosta la pendenza della retta che passa per i punti estremi della caratteristica di uscita dalla pendenza ideale (in genere unitaria). Gli errori di offset e gain sono lineari e quindi non gravi, in quanto non introducono distorsione in uscita.

Figura 6: Funzione di trasferimento (a) ed errore di quantizzazione (b) per un DAC a 3 bit con un segnale a rampa all ingresso.

Errore di quantizzazione

se si suppone di confrontare l' uscita del convertitore con l andamento ideale di questa nel caso in cui la sequenza dei valori digitali in ingresso rappresenti una rampa, e' possibile notare una differenza tra questi due segnali che e' chiamata errore di quantizzazione o di troncamento. La linea continua in figura 1.6 (a), rappresenta l'uscita reale del DAC mentre quella tratteggiata indica il comportamento ideale della stessa. In questo esempio e' stata adottata una quantizzazione uniforme cioè il salto d ampiezza in uscita tra due codici d ingresso consecutivi e' sempre uguale indipendentemente dai codici scelti. La parte (b) della stessa figura mostra l errore di quantizzazione inteso come la di erenza tra il valore atteso dell' uscita e quello reale.

Errore di linearità:

indica lo scarto tra l'uscita reale del DAC e il corrispondente valore stimato utilizzando la curva caratteristica. A tal proposito, si definiscono:

INL (non linearita' integrale): e' la massima deviazione fra i valori d'uscita e la retta che passa per i punti estremi della caratteristica.

DNL (non linearita' differenziale): e' la massima deviazione degli step fra due valori d'uscita corrispondenti a codici adiacenti dal valore ideale (VLSB).

In figura 1.7 sono illustrati gli errori DNL e INL relativi alla funzione di trasferimento non ideale del DAC.

Figura 7: Errori INL e DNL in un DAC a 3 bit.

Con D, e' indicato il valore ideale VLSB. Le INL e DNL costituiscono dei buoni parametri di misura per identificare quali bit contengono l errore pi`u grande. La loro grande utilita' e' relativa anche alla determinazione dell accuratezza degli errori del matching relativi ai gradienti. In generale, valgono le seguenti relazioni:

che fornisce la formula inversa:

Monotonicita'

indica il fatto che, correttamente, a due codici successivi corrispondono sempre valori d'uscita crescenti. E facile vedere come una condizione sufficiente perche' questo accada e' che l'errore di non linearità integrale sia minore di 0.5LSB, ovvero:

Questo implica la seguente condizione per il DNL:

Tuttavia queste condizioni non sono affatto necessarie, nel senso che un DAC può presentare un comportamento monotonico, pur non rispettando queste condizioni.

Latenza

e' il tempo che intercorre fra un cambiamento dell ingresso e l'assestamento dell'uscita (oltre al settling time puo' comprendere un certo numero di periodi di clock nel caso di convertitori con struttura pipeline).

Accuratezza

viene, spesso indicata in termini di:

accuratezza assoluta: e' lo scarto massimo tra l'uscita ideale prevista e l'uscita reale del DAC (incluso l' errore di guadagno e di offset);

accuratezza relativa: e' lo scarto massimo tra l'uscita ideale prevista e l'uscita reale del DAC (dopo la correzione dell'errore di gain e di offset e quindi coincide con l'errore INL;

L'accuratezza non va confusa con la risoluzione. Un DAC può avere, ad esempio una risoluzione di 12 bit e una accuratezza di soli 10 bit. Un buon DAC deve garantire una accuratezza migliore della risoluzione.