数模转换器构成开环、闭环和“设定后便不需再过问”系统的核心

1、数模转换器构成开环、闭环和“设定后 便不需再过问”系统的核心摘要：实现了一种全集成可变带宽中频宽带低通滤波器，讨论分析了跨导放大 器-电容(OTAC)连续时间型滤波器的结构、设计和具体实现，使用外部可编程 电路对所设计滤波器带宽进行控制，并利用 ADS软件进行电路设计和仿真验 证。仿真结果表明，该滤波器带宽的可调范围为126 MHz阻带抑制率大于35 dB，带内波纹小于0. 5 dB，采用1. 8 V电源，TSMC 0 18卩m CMO工艺 库仿真，功耗小于21 mV，频响曲线接近理想状态。关键词： Butte 当选择数模转换器(DAC)时，设计师可以从种类繁多的IC中选择。DAC可以 针对具

2、体的应用划分成很多不同类别。不过，DAC的划分也可以简化，仅分成DC或低速调节所需的DAC和产生高速波形所需的DAC本文专注于低速应用 所需的DAC,而无论该应用是低分辨率还是高分辨率、是粗略调节还是精细调 节。就选择低速 DAC 而言，决定设计是闭环、开环或“设定后便不需再过问”的系 统是很重要。每一种设计都需要一个具某些关键性能规格的DAC。闭环系统闭环系统包括一条反馈通路，以检测和校准任何误差。传感器根据诸如伺服电 动机、流量阀或温度检测单元等的物理参数监视输出。然后传感器将数据馈送 回控制器，而控制器则利用这个信息决定是否需要校正。DAC和模数转换器(ADC)是位于闭环系统核心的关键组

3、件。DAC用在前馈通路 中以调节系统，ADC用在反馈通路中，以监视这些调节的效果。它们一起施加 和检测模拟控制信号，以真实地调节它们控制的参数。电动机控制是这类闭环系统的一个例子，如图 1 中详细说明的那样。首先，将 一个想要的输出 ( 设定点 ) 加到控制器上，控制器对这个输出和反馈信号进行 比较。如果需要校正，那么控制器会调节 DAC 的输入编码，然后 DAC 在其输 出端产生一个模拟电压。该 DAC 的输出电压通过一个功率放大器放大，以给电 动机提供所需的驱动电流。在这个闭环系统的下一级，用一个转速计测量电动机的旋转速度。旋转信号是 该闭环系统的实际输出或可变过程。ADC将该转速计的输出

4、数字化，并将数据 发送到控制器，在控制器中，由算法决定是否需要在 DAC 输出以及最终的电动 机上进行任何校正。采用这种方式，误差被降到可接受的水平。理想情况下， 反馈允许闭环系统消除所有误差，从而有效地限制噪声、温度、外 力或其他不 想要的信号等任何误差来源的影响。闭环系统的性能取决于准确的反馈通路，包括传感器和ADC本质上，反馈通路补偿了前馈通路的误差。因为 DAC在前馈通路中，其积分非线性（INL）误 差就自动得到了补偿。INL误差是DAC输出端实际的传递函数与理想传递函数 之间的偏差。不过，DAC必须有良好的差分非线性（DNL），并且必须相对于数 据表中规定的位数呈单调性。DNL误差是

5、DAC模拟输出端的实际电压变化与理 想电压步进（等于DAC输入编码中1个最低有效位（LSB）步进）之差。单调 的DAC意味着，模拟输出始终随着数字编码的提高而提高或保持与其相同（反之亦然）。始终大于-1LSB的DNL规格意味着单调性。图2显示DAC模拟输 出电压相对于DAC输入编码的传递函数。如果DAC不是单调的，那么会存在一个负反馈变成正反馈的区域。这可能导致 振荡，而振荡最终可能毁坏电动机。图1:闭环系统举例图2： DNL传递函数开环系统 开环系统没有反馈通路。这意味着，系统自身必须是准确的。开环控制对于良 好定义的系统是有用的，在这类系统中，输入编码及其在负载上所导致行动之 间的关系是已

6、知的。如果负载不是非常可预测的，那么最好使用闭环控制。开环系统的一个例子如图3所示。在这个例子中，DAC驱动凌力尔特稳压器 LT3080的SET电压引脚。SET引脚是误差放大器的输入和输出电压的调节设 定点。LT3080的输出电压范围为0V至绝对最大额定输出电压。DAC的分辨率决定SET引脚调节的步进大小。例如，一个具有 5V基准的8 位DAC有5V / 28 = 19.5mV 的LSB。一个具有同样 5V 基准的12 位DAC 有1.2mV的LSB，一个16位DAC有76卩V的LSB。这意味着，就一个理想 DAC而言，数字编码每增大一次，模拟输出都应该增加 76卩V。开环系统中的其他重要参数包括偏移、增益误差、基准电压误差以及这些参数 随时间和温度变化的稳定性。INL尤其重要，因为与闭环系统相比，DAC的 INL对系统的总体线性度有直接影响。图3 :开环系统举例“设定后便不需再过问”的系统DAC线性度起到重要作用的第三种应用是“设定后便不需再过问”的系统。在 这类系统中，调节或校准只进行一次，也许在制造时或安装时。因此，这类系 统一开始是一 种闭环系统，然后又变成开环的。所以，与初始准确度（偏移、增益误差、INL）有关的任何参数都不关键，因为这些参数在调节时都得到了补 偿。但是一旦反馈去掉，稳定性就变得很关键了。表明稳定性的数据表性能规 格包括：增益误差漂移、失调