理解ADC誤差對系統性能的影響（二）

溫漂

溫漂是規格書(shū)中最容易被忽視的一項指標。下面的舉例可以說(shuō)明溫度漂移是如何影響ADC性能的（圖7）。對于一個(gè)12位轉換器，要在整個(gè)擴展級溫度范圍（-40°C至+85°C）內保持精度，最大允許的溫漂為4ppm/°C。不幸的是，沒(méi)有任何一個(gè)ADC包含有這樣高性能的片內基準。如果我們放松要求，將溫度范圍限制于10°C以?xún)?，那?2位ADC的參考電壓最多允許25ppm/°C的溫度漂移，這對于片內基準來(lái)講仍然是相當嚴格的要求。即便進(jìn)行多次樣機測試也不能發(fā)現這種誤差的嚴重性，因為所采用的元件通常都來(lái)自于同一批次。這樣，測試結果不能反映規格書(shū)中的極端情況，這主要是由于制造工藝的變化而導致。

圖7. 電壓基準溫漂要求和ADC分辨率的關(guān)系

對有些系統來(lái)講，參考電壓的精度不是一個(gè)大問(wèn)題，因為溫度被保持于恒定，避免了溫度漂移問(wèn)題。還有一些系統采用一種比例測量方式，用同一個(gè)信號激勵傳感器和作為參考電壓，可以消除基準引起的誤差（圖8）。因為激勵源和基準同時(shí)漂移，漂移誤差相互抵消。

圖8. 比例式ADC轉換

在其它系統中，采用補償手段消除基準漂移通常也很有效。另外也有一些系統并不關(guān)注絕對精度，而注重于相對精度。這樣的系統允許基準隨著(zhù)時(shí)間緩慢漂移，同時(shí)又能夠提供期望的精度。

電壓噪聲

另外一個(gè)重要指標是電壓噪聲。它通常規定為RMS值或峰–峰值。要估計它對于性能的影響，需要將RMS值轉換為峰–峰值。如果一個(gè)2.5V基準在輸出端具有500μV的峰–峰電壓噪聲（或83μV RMS），該噪聲會(huì )帶來(lái)0.02%的誤差，或將系統性能限制于僅12位，而且這還沒(méi)考慮任何其它的轉換器誤差。理想情況下，基準的噪聲應該遠低于一個(gè)LSB ，這樣才不至于限制ADC的性能發(fā)揮。帶有片內基準的ADC通常都不規定電壓噪聲，這樣就將確定誤差的任務(wù)留給了用戶(hù)。如果你的設計沒(méi)有達到預期性能，而你又正在使用內置基準，可嘗試采用一個(gè)高性能的外部基準，這樣你就可以確定造成性能下降的真正元兇是否是內部基準。

負載調整

最后一項指標是基準的負載調整。用于A(yíng)DC的電壓基準通常具有足夠的電流可用于驅動(dòng)其它器件，因此有時(shí)也被其它IC使用。其它元件的吸取電流會(huì )影響到電壓基準，也就是說(shuō)隨著(zhù)吸取電流的增大，參考電壓會(huì )跌落。如果使用基準的器件被間歇性地打開(kāi)和關(guān)閉，將會(huì )導致參考電壓隨之上升或下降。如果一個(gè)2.5V基準的負載調整率指標為0.55μV/μA，那就意味著(zhù)當有另外一個(gè)器件吸取800μA電流時(shí)，參考電壓將會(huì )改變多達440μV，這將帶來(lái)0.0176%的誤差（440μV/2.5V），或占去現有誤差余量的幾乎20%。

其它溫度效應

接下來(lái)繼續討論溫度相關(guān)的問(wèn)題，另外還有兩項指標通常很少有人關(guān)注，那就是失調漂移和增益漂移。這兩項指標一般只給出典型數值，用戶(hù)只能自己判斷它是否足以滿(mǎn)足系統要求。失調和增益的漂移可采用多種不同方法加以補償。一個(gè)辦法是仔細測出失調和增益漂移的完整數據，并在存儲器中建立一個(gè)表格，然后隨著(zhù)溫度的變化調節測量值。然而，這是一項繁重的任務(wù)，因為每個(gè)ADC必須單獨補償，而且補償工序非常費時(shí)。第二個(gè)辦法是只在溫度發(fā)生顯著(zhù)變化時(shí)才執行校準。