許多汽車、通訊及工業系統都會從現實世界接收輸入並提供相對應的輸出，以生成精確的控制回應。舉例來說，自動駕駛系統會根據車輛跟其他物體之間實際距離的相關輸入，進行偵測並控制車輛。至於通訊無線電或基地台，由於戶外溫度可能影響傳輸的功率需求，因此必須放大訊號才能產生正確輸出。工業設備能即時應變，以保護工廠流程、測試與校準。
這類系統裡大部分零件都逐漸數位化，但提供精密度與準確性的前端系統仍然以類比為主。類比子系統需要參考電壓與電流以生成精確的設定點，進而產生雷射二極體偏壓、下達馬達位置指令或比較外部訊號。穩定的參考值對系統整體準確性至關緊要，因為這些參考值能為電路板上其他零件供應固定的電壓。
本篇技術文章將探究精密數位類比轉換器（DAC）必須符合哪些主要規格才適合用做設計當中的參考電壓，並探索數位類比轉換器可編程的特性能提供的額外優勢。這三種規格有助於數位類比轉換器的穩定度和多樣性，讓數位類比轉換器成為更適任的可編程參考電壓。
為類比電路提供正確、穩定的可編程參考
進一步了解低漂移、2.5-V可編程內部參考的DAC81404精密數位類比轉換器
規格1：輸出範圍
選擇數位類比轉換器做為可編程參考時，輸出範圍非常重要。有時您可能已經知道該供應多少參考電壓。有些數位類比轉換器，例如DAC81404能提供多種輸出範圍，包括高電壓（>5V）、低電壓（≤5V）、雙極（±5V、±10V、±20V）和單極（從0到40V）輸出。
圖1展示的是DAC81404其中一項功能，它能感測負載中由數位類比轉換器所驅動的電壓降（RLOAD），然後根據此一電壓降去調高或調低數位類比轉換器的輸出，以確保類比數位轉換器的輸出符合期望（VOUT）。電壓降的補償範圍在-12V到+12V之間。VSENSE功能可進一步提高數位類比轉換器的準確性，進而影響整體系統的準確性。圖1中的電路還有一項十分有趣的特色，可用於非對稱輸出範圍。舉例來說，有了VSENSE功能，就可以從DAC81404輸出–3-V到+23-V的輸出範圍。
圖1：利用DAC81404做為可編程VOUT參考，搭配接地偏移補償
規格2：長期穩定性與漂移
良好參考電壓最重要的特質之一，就是長時間與各種溫度下的穩定性。大部分半導體製造商，都會在數位類比轉換器產品規格表中載明產品會隨時間出現偏移，通常稱為「長期輸出電壓偏移」。這個規格是用來說明，經過一段時間後（通常為1,000個小時），數位類比轉換器在本身的全刻度輸出範圍，或某個溫度（40°C）下的全刻度輸出範圍內，維持某一輸出電壓的能力。再以DAC81404為例，我們可以從它產品規格表的螢幕截圖（圖2）中看到同樣的說明準則，其中提到整個輸出範圍漂移極低只有±6 ppm。
圖2：DAC81404的長期輸出電壓偏移
DAC81404還有精密的內部參考，最壞狀況下偏移規格最高為10 ppm/°C。這種內部參考十分有用，因為無須額外成本即可使用，只要漂移規格夠低符合既有應用。不過，還是可以使用外部參考，但對於準確性更高的應用，仍然可以選擇使用DAC81404。
規格3：直流準確性（未調整總誤差）
大部分的精密數位類比轉換器，常會利用未調整總誤差（TUE）這種規格來賦予產品特性，其算法為數位類比轉換器之相對準確度或積分非線性（INL）、偏移誤差與增益誤差的和方根。從等式一可算出未調整總誤差。
未調整總誤差是結合數位類比轉換器所有主要直流誤差的最好方法，它代表一種整體規格，可定義數位類比轉換器的準確度。像DAC81404這樣的先進數位類比轉換器，未調整總誤差非常之低，最大全刻度範圍只有0.05%。降低未調整總誤差非常重要，因為數位類比轉換器必須長時間在各種溫度下維持特定數值。這種穩定性對可編程參考應用來說十分要緊。
兼具可編程之額外功能
為何可編程特質對參考電壓如此重要？相較於固定參考電壓它又能解決哪些問題？首先，可編程參考能提供彈性—尤其是長時間後補償輸出，進而根據環境變化或系統需求做出調整的彈性。由於內建於工廠流程，它們還提供校正系統輸出的能力。透過數位輸入，就可以控制數位類比轉換器的輸出。您可以任意設定數位類比轉換器輸出數值，以替換參考電壓。
結論
數位類比轉換器十分具有彈性，能為系統提供準確、低漂移且可編程的參考電壓。數位類比轉換器還提供額外功能，透過接地偵測賦予更高的多樣性，甚至無須額外零件即可提供非對稱雙極輸出範圍的彈性。高效能數位類比轉換器還有整體誤差更低以及低漂移規格的特性，甚至無須外部放大訊號即可提供動態高電壓輸出範圍。
