往往利用直流信號的直方圖確定A/D轉換系統的噪聲。由于系統中存在噪聲，ADC產生的編碼將在主值附近。編碼的分散性表示A/D轉換系統的噪聲信息。圖2中直方圖的標準偏差為0.664(相當于16.6位的有效分辨率)，98.6%的編碼在前三個中心LSB之內。本例中，標準偏差越小，系統噪聲越小。

單調模擬輸出的高速和高精度性能

高質量DAC決定整個系統的輸出精度，對于任何控制系統都非常重要。幾項重要指標決定模擬輸出的性能：

●積分非線性(INL)

●微分非線性(DNL)

●總不可調誤差(TUE)

●建立時間

任何實際的模擬輸出電路都有三種基本誤差：失調、增益誤差和非線性。在很多應用中，可對失調和增益誤差進行校準，但非線性誤差的修正最為困難。所以，選擇具有高線性度的DAC非常重要。INL曲線顯示理想DAC輸出與DAC實際輸出之間的偏差，其中抵消失調和增益誤差。圖3所示為帶有放大器的MAX5316 16位DAC的INL曲線。從曲線可看出，實際輸出與理想輸出之間的最大偏差大約為12 LSB。

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圖3. INL，-10V至+10V輸出范圍，20%過量程。

DAC的單調性非常重要。DAC編碼增大時，單調DAC的輸出始終增大或最壞也保持相同。如果在閉環控制系統中使用非單調DAC，負反饋可能變為正反饋。此外，根據控制理論，正反饋系統是不穩定的。為了確定DAC是否為單調，觀察其DNL曲線。DNL誤差是實際步長與1 LSB理想值之差。步長意味著兩個相鄰數字輸入編碼之間的輸出電壓差。圖4所示為帶放大器的MAX5316的DNL曲線。對于單調的模擬輸出，DNL曲線上的所有點必須大于-1 LSB。

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圖4. DNL，-10V至+10V輸出范圍，20%過量程。

總不可調誤差(TUE)曲線顯示實際輸出電壓相對于理想輸出電壓的誤差，以滿幅百分比表示。圖5所示為帶放大器的MAX5316的TUE曲線。本例中，最大輸出誤差為滿幅的0.054%。

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圖5. 總不可調輸出誤差，-10V至+10V輸出范圍，20%過量程。

最后，建立時間是從更新DAC輸出命令到輸出達到指標范圍內的規定值之間的時間間隔。建立時間受DAC和放大器擺率以及放大器過沖和振鈴的影響。例如，在MAXREFDES71參考設計中，電壓輸出穩定至2 LSB之內只需17μs。

形成閉環

兩個新型子系統參考設計滿足“不妥協”閉環工廠環境要求。MAXREFDES71#(圖6)和MAXREFDES32#子系統具有足夠的靈活性，滿足使用電壓或電流信號的低速和高速閉環系統。這些子系統使用兩片高速、高精度和低噪聲ADC (MAX11166)和DAC (MAX5316)。400ksps 16位輸入通道和高速16位輸出通道支持±10V和±20mA信號，再加上20%裕量。集成多種其他高精度和高速元件，集成了電源以及600VRMS數據隔離。MAXREFDES32與MAXREFDES71完全相同，只是采用反激轉換器產生隔離電源。兩款設計連接至FMC兼容現場可編程門陣列(FPGA)/微控制器開發板。

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圖6. MAXREFDES71子系統方框圖。

此處所示的所有數據均由MAXREFDES71#參考設計電路板產生。現在，設計者可利用比以往更快的高質量模擬輸入和輸出構建新型閉環工業系統。并且顯而易見，更可靠、更高精度的閉環系統有助于保證工業4.0工廠的效率和正常運轉。