理解ADC誤差對系統性能的影響（二）

2.5V基準時(shí)+8mV的失調誤差相當于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換結果中扣除13個(gè)碼以補償失調誤差。值得注意的是，實(shí)際上這時(shí)的可測量滿(mǎn)量程值就變?yōu)榱?.5V（4083/4096） = 2.492V。此范圍以上的任何值都會(huì )使ADC溢出。因此，ADC的動(dòng)態(tài)范圍或者說(shuō)輸入范圍減小了。這個(gè)問(wèn)題在較高分辨率的ADC中尤為顯著(zhù)；在16位系統中，8mV對應于210LSB （VREF = 2.5V）。

如果失調為-8mV （假設為單極性輸入），接近于零的小信號輸入將不會(huì )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(dòng)態(tài)范圍的減小。

增益誤差定義為滿(mǎn)量程誤差減去失調誤差（圖5）。滿(mǎn)量程誤差在轉換函數曲線(xiàn)上最后一次ADC跳變處進(jìn)行測量，并和理想ADC的轉換函數相比較。增益誤差可通過(guò)軟件用一個(gè)簡(jiǎn)單的線(xiàn)性函數y = （m1/m2）（x）進(jìn)行簡(jiǎn)單的校正，其中的m1是理想轉換函數的斜率，m2是實(shí)際測得的轉換函數的斜率（圖5）。

圖5. 失調、增益和滿(mǎn)量程誤差

增益誤差指標中可能包含或不含ADC參考電壓對于誤差的貢獻。在電氣規范中，檢查一下增益誤差的測試條件，并決定采用內部或外部基準工作是非常重要的。一般情況下，當采用片內基準時(shí)增益誤差會(huì )比較大。如果增益誤差為零，在對滿(mǎn)量程模擬輸入作轉換時(shí)轉換結果應為全1 （對于本例的12位系統則為3FFh） （見(jiàn)圖6） 。由于我們的轉換器不理想，全1轉換結果可能會(huì )在施加的輸入電壓大于滿(mǎn)量程（負增益誤差）或小于滿(mǎn)量程（正增益誤差）時(shí)出現。有兩種辦法可以調整增益誤差，其一是調節參考電壓，以便在某特定參考電壓下得到滿(mǎn)量程輸出，或者在軟件中采用一個(gè)線(xiàn)性校正曲線(xiàn)改變ADC轉換函數的斜率（一階線(xiàn)性方程或查表法）。

圖6. 增益誤差降低了動(dòng)態(tài)范圍

和失調誤差一樣，增益誤差也會(huì )降低動(dòng)態(tài)范圍。舉例來(lái)說(shuō)，如果滿(mǎn)量程輸入電壓時(shí)轉換得到的數碼輸出為4050而非理想的4096 （12位轉換器），也就是所謂的負增益誤差，在這種情況下，高端的46個(gè)碼將無(wú)法利用。類(lèi)似地，如果滿(mǎn)量程數碼4096出現在輸入電壓低于滿(mǎn)量程時(shí)，ADC的動(dòng)態(tài)范圍同樣被降低了（見(jiàn)圖6）。值得注意的是對于正的滿(mǎn)量程誤差，你無(wú)法在轉換結果變?yōu)槿?的點(diǎn)之外對轉換器進(jìn)行校準。

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

其它誤差源

碼沿噪聲

碼沿噪聲是在轉換函數中恰好發(fā)生編碼跳變時(shí)出現的噪聲。通常在規格書(shū)中對該項特性不作規定。甚至對于較高分辨率的轉換器（16位以上），由于更小的LSB間隔，碼沿噪聲更為顯著(zhù)，通常都對這項性能未作規定。很多時(shí)候，碼沿噪聲能有幾個(gè)LSB。轉換恰好位于代碼邊緣的模擬輸入時(shí)，代碼會(huì )在LSB位發(fā)生跳動(dòng)。如果出現明顯的碼沿噪聲，就應該對采樣進(jìn)行平均，這樣可以有效地從轉換結果中去除這種噪聲。需要對多少個(gè)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(jìn)正比于采樣數的均方根）。

基準