研究對(duì)ADC總精度產(chǎn)生影響因素有哪些?

我們確定了模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 的分辨率和精度間的差異。現(xiàn)在我們深入研究一下對(duì)ADC總精度產(chǎn)生影響的因素，通常是指總不可調(diào)整誤差 (TUE)。

曾經(jīng)想到過(guò)ADC的TUE技術(shù)規(guī)格中的“總”代表什么嗎？他是不是簡(jiǎn)單到將ADC數(shù)據(jù)表的所有DC誤差技術(shù)規(guī)格（即偏移電壓，增益誤差，INL）相加，還是要更復(fù)雜一些？事實(shí)上，TUE是總系統(tǒng)誤差相對(duì)于ADC工作輸入范圍的比率。

更確切地說(shuō)，TUE是單位為最低有效位 (LSB) 的DC誤差技術(shù)規(guī)格。最低有效位 (LSB) 代表ADC的實(shí)際和理想傳遞函數(shù)之間的最大偏離。這個(gè)技術(shù)規(guī)格假定未執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)校準(zhǔn)。在概念上，TUE是ADC運(yùn)行方式中以下非理想類型數(shù)值的組合：

• 偏移誤差 (VOS)：如圖1所示，ADC實(shí)際和理想傳遞曲線間的恒定差異。這個(gè)值是測(cè)得的將ADC輸入短接至地而獲得的數(shù)字輸出。

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圖1. ADC偏移誤差與輸入電壓之間的關(guān)系

• 增益誤差：ADC輸出的實(shí)際和理想斜率之間的差異。他通常表示為滿量程輸出碼上的ADC范圍或最大誤差的比率。如圖2中所示，增益誤差的絕對(duì)值在模擬輸入接近滿量程值時(shí)增加。

圖2. ADC增益誤差與輸入電壓之間的關(guān)系

• 積分非線性 (INL)：實(shí)際ADC傳遞曲線到理想直線運(yùn)行方式的最大非線性偏離。ADC的INL響應(yīng)沒(méi)有一定的形狀，并且取決于內(nèi)部電路架構(gòu)，以及由前端信號(hào)調(diào)節(jié)電路導(dǎo)致的失真。

圖3. ADC INL誤差與輸入電壓之間的關(guān)系

大多數(shù)ADC數(shù)據(jù)表指定所有上述DC誤差的典型值和最大值，但是未指定TUE這方面的數(shù)值。計(jì)算TUE的最大值可不像將所有單獨(dú)的DC誤差最大值加在一起那么簡(jiǎn)單。這是因?yàn)樗羞@些誤差是不相關(guān)的，并且在出現(xiàn)最差偏移的情況下，增益和線性誤差也許不全都出現(xiàn)在ADC傳遞函數(shù)的同一個(gè)輸入電壓上。因此，誤差的簡(jiǎn)單求和也許使系統(tǒng)精度看起來(lái)未必那么差。這在應(yīng)用的動(dòng)態(tài)范圍被限制在傳遞函數(shù)的中間時(shí)更是如此。

在這典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，與ADC在一起的還有一個(gè)輸入驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)電壓基準(zhǔn)，他們也會(huì)影響總體偏移和增益誤差。因此，在大多數(shù)沒(méi)有校準(zhǔn)的系統(tǒng)中，偏移和增益誤差決定了計(jì)算TUE最大值時(shí)用到的INL。計(jì)算特定模擬輸入電壓上的最大TUE的推薦方法是，那一點(diǎn)上所有單個(gè)誤差最大值的和方根，（方程式1）。將所有這些誤差轉(zhuǎn)換為同樣的單位很重要，通常轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)SB。

方程式1生成一個(gè)針對(duì)TUE的典型“蝴蝶結(jié)”形狀的誤差圖。對(duì)于具有較高偏移誤差的系統(tǒng)，“蝴蝶結(jié)”圖有一個(gè)更厚的結(jié)（圖4A）。相反，對(duì)于增益誤差較高的系統(tǒng)，“蝴蝶結(jié)”的結(jié)變薄，而弓形變厚（圖4B）。

圖4.“蝴蝶結(jié)”形狀的ADC TUE與輸入電壓間的關(guān)系

總的來(lái)說(shuō)，由于誤差取決于ADC工作時(shí)的輸入電壓范圍，所以沒(méi)有計(jì)算ADC最大TUE的確定公式。如果系統(tǒng)不要求采用整個(gè)ADC輸入范圍，你可以通過(guò)使ADC遠(yuǎn)離其傳遞函數(shù)的端點(diǎn)運(yùn)行來(lái)大大減少TUE。