理解ADC誤差對系統(tǒng)性能的影響（二）

2.5V基準(zhǔn)時+8mV的失調(diào)誤差相當(dāng)于12位ADC具有13LSB的誤差（8mV/［2.5V/4096］）。雖然分辨率仍是12位，但是你必須從每次轉(zhuǎn)換結(jié)果中扣除13個碼以補償失調(diào)誤差。值得注意的是，實際上這時的可測量滿量程值就變?yōu)榱?.5V（4083/4096） = 2.492V。此范圍以上的任何值都會使ADC溢出。因此，ADC的動態(tài)范圍或者說輸入范圍減小了。這個問題在較高分辨率的ADC中尤為顯著；在16位系統(tǒng)中，8mV對應(yīng)于210LSB （VREF = 2.5V）。

如果失調(diào)為-8mV （假設(shè)為單極性輸入），接近于零的小信號輸入將不會引起任何輸出變化，一直到模擬輸入增加到+8mV 。這同樣造成了ADC動態(tài)范圍的減小。

增益誤差定義為滿量程誤差減去失調(diào)誤差（圖5）。滿量程誤差在轉(zhuǎn)換函數(shù)曲線上最后一次ADC跳變處進行測量，并和理想ADC的轉(zhuǎn)換函數(shù)相比較。增益誤差可通過軟件用一個簡單的線性函數(shù)y = （m1/m2）（x）進行簡單的校正，其中的m1是理想轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率，m2是實際測得的轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率（圖5）。

圖5. 失調(diào)、增益和滿量程誤差

增益誤差指標(biāo)中可能包含或不含ADC參考電壓對于誤差的貢獻。在電氣規(guī)范中，檢查一下增益誤差的測試條件，并決定采用內(nèi)部或外部基準(zhǔn)工作是非常重要的。一般情況下，當(dāng)采用片內(nèi)基準(zhǔn)時增益誤差會比較大。如果增益誤差為零，在對滿量程模擬輸入作轉(zhuǎn)換時轉(zhuǎn)換結(jié)果應(yīng)為全1 （對于本例的12位系統(tǒng)則為3FFh） （見圖6） 。由于我們的轉(zhuǎn)換器不理想，全1轉(zhuǎn)換結(jié)果可能會在施加的輸入電壓大于滿量程（負增益誤差）或小于滿量程（正增益誤差）時出現(xiàn)。有兩種辦法可以調(diào)整增益誤差，其一是調(diào)節(jié)參考電壓，以便在某特定參考電壓下得到滿量程輸出，或者在軟件中采用一個線性校正曲線改變ADC轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率（一階線性方程或查表法）。

圖6. 增益誤差降低了動態(tài)范圍

和失調(diào)誤差一樣，增益誤差也會降低動態(tài)范圍。舉例來說，如果滿量程輸入電壓時轉(zhuǎn)換得到的數(shù)碼輸出為4050而非理想的4096 （12位轉(zhuǎn)換器），也就是所謂的負增益誤差，在這種情況下，高端的46個碼將無法利用。類似地，如果滿量程數(shù)碼4096出現(xiàn)在輸入電壓低于滿量程時，ADC的動態(tài)范圍同樣被降低了（見圖6）。值得注意的是對于正的滿量程誤差，你無法在轉(zhuǎn)換結(jié)果變?yōu)槿?的點之外對轉(zhuǎn)換器進行校準(zhǔn)。

對付失調(diào)和增益誤差最簡單的辦法就是找一個誤差值足夠低的ADC，這樣你就不必再考慮校正了。找到一個失調(diào)和增益誤差小于4LSB的12位ADC并不困難。

其它誤差源

碼沿噪聲

碼沿噪聲是在轉(zhuǎn)換函數(shù)中恰好發(fā)生編碼跳變時出現(xiàn)的噪聲。通常在規(guī)格書中對該項特性不作規(guī)定。甚至對于較高分辨率的轉(zhuǎn)換器（16位以上），由于更小的LSB間隔，碼沿噪聲更為顯著，通常都對這項性能未作規(guī)定。很多時候，碼沿噪聲能有幾個LSB。轉(zhuǎn)換恰好位于代碼邊緣的模擬輸入時，代碼會在LSB位發(fā)生跳動。如果出現(xiàn)明顯的碼沿噪聲，就應(yīng)該對采樣進行平均，這樣可以有效地從轉(zhuǎn)換結(jié)果中去除這種噪聲。需要對多少個采樣取平均？ 如果碼沿噪聲為2/3LSB RMS，這接近于4LSB P-P。那么要將噪聲降低到1LSB，則需要對16次采樣取平均（性能的改進正比于采樣數(shù)的均方根）。

基準(zhǔn)