目次
DACの基礎知識
・一般的に、DACの分解能とサンプリング周波数はトレードオフの関係にある。
DAC関連の用語
・FSR(Full Scale Range) : 出力電圧の最大値 – 最小値
・LSB(Least Significant bit) : 最下位ビット
DAC ICの基本仕様
各種DAC ICの仕様書を見て、記載されていたスペック項目についてメモ。
・MCP4726
電気的仕様
Offset Error
・記号 : Vos
・出力したい電圧からどの程度ずれるか。
・単位 : % of FSR (Full Scale Range)
・計算例) FSR = 5[V]、Vos = ±0.02[%] → ±1[mV]
Offset Error Temperature Coefficient
・上記のOffset Errorの温度係数。
・単位 : ppm/℃
・計算例) ±2[ppm/℃]の場合、25℃→85℃で±120[ppm] = ±0.012[%]。
FSR = 5[V]であれば、±0.6[mV]。
Zero-Scale Error
・DACの最小値デジタル値(例えば、0x00)を入力したときの出力電圧誤差。
・Offset Errorは出力範囲全体を対象としている。
対して、Zero-Scale Errorは最小出力電圧設定の1点を対象としている。
・単位 : LSB
・計算例) 12bit(0～4095)、VREF=5[V]、2[LSb]とすると、
1[LSB] = 5[V] / 4095 ≒ 1.22[mV]
2[LSB] = 2.44[mV]
※メーカーの仕様書によっては、1[LSB] = 5[V] / 4096としているものも多い。
Full-Scale Error
・DACの最小値デジタル値(例えば、0x00)を入力したときの出力電圧誤差。
・Offset Errorは出力範囲全体を対象としている。
対して、Full-Scale Errorは最大出力電圧設定の1点を対象としている。
・単位 : LSB
・計算例) Zero-Scale ErrorのLSB計算と同様。
・Full-Scale Errorは、Offset誤差とGain誤差の合成ともいえる。
Gain Error
・出力電圧の変化量が理想とどの程度ずれているか。
・単位 : % of FSR
・計算例) Offset Errorの% of FSR計算と同様。
INL Error
・INL : integral non-linearity、積分非直線性誤差。
・出力電圧の設定値(digit)を上げていけば、出力電圧は直線的に増えるのが理想。
ただし、実際は非直線性で滑らかな曲線となって誤差が生じる。
この誤差の最大値をとったものがINL Error。
・単位 : LSB
DNL Error
・DNL : differential non-linearity、微分非直線性誤差。
・単位 : LSB
・出力電圧設定値を1stepあげると、変化量は1LSBが理想。このときは、DNL = 0[LSB]。
実際は誤差があって、1stepあげて+1.1LSB変化したのであれば、DNL = +0.1[LSB]。
・Gain Errorは直線の傾きの誤差を示す。
対して、DNLは隣接したstep間の誤差を示す(直線のガタガタ具合)。
あるstepではDNL = +0.1[LSB]、別のstepではDNL = +0.3[LSB]だったりする。
仕様書に記載されているのは、これらの最大値。
Minimum(Maximum) Output Voltage
・単位 : [V]
・Minimum : 理想の出力電圧が0Vであっても、実際は0.01Vになったりする。
・Maximum : 理想の出力電圧が5Vであっても、実際は4.96Vになったりする。
・上記のErrorのように、FSRやLSBに依らない。
VREF -3dB Bandwidth
・単位 : [Hz]
・例えば、VREF -3dB Bandwidth = 70[kHz]だとする。
VREFラインに70kHzより高い周波数のノイズが乗る分には、影響は見えづらい。
Total Harmonic Distortion
・記号 : THD
・単位 : [%]、[dB]
・条件にFreq = 1kHzなどの記載がある。
・1kHz正弦波を出力したい場合でも、DAC出力はデジタルのため、高調波が発生する。
・分子 : 全高調波の実効値(2f, 3f, …)、分母 : 基本波の実効値(1f)。
Major Code Transition Glitch
・メジャーコード遷移グリッチ
・例えば、出力電圧設定値を 0111 → 1000 としたとき、
切り替えの瞬間に一時的な出力電圧の乱れ(=Glitch)が発生する。
各bit切替のタイミングずれによって、0000や1111などに瞬間的になり得るため。
このGlitchを定量的に表現したもの。
・単位 : [nV・s]
・グリッチはスパイク波形となるので、その変動する電圧波形の面積を積分したもの。
Digital Feedthrough
・Digitalライン(I2Cなど)の変化によって、DAC出力電圧にどの程度変動が見えるか。
・単位 : [nV・s]
DAC ICの主要メーカー
主要なメーカー : Analog Devices、Texas Instruments、Microchip Technology
