ADC的靜態(tài)誤差之失調(diào)誤差

大家好，這里是大話硬件！

根據(jù)前天分享的文章，分析了ADC轉(zhuǎn)換的過程，在評價ADC性能時有5個靜態(tài)指標和5個動態(tài)指標評價ADC?？梢宰鳛檫x型時以及理論計算時的參考。

靜態(tài)性能指標包括：失調(diào)誤差，增益誤差，微分非線性誤差（DNL），積分非線性誤差（INL），絕對精度誤差。動態(tài)性能指標包括：信噪比，信噪失真比，無雜散動態(tài)范圍，有效位，總諧波失真。

今天這篇文章我們來看看第一個靜態(tài)性能指標——失調(diào)誤差。

靜態(tài)性能指標意味這種誤差只要存在，就會影響ADC的每一個編碼。失調(diào)誤差定義為傳遞函數(shù)無法通過零點的模擬值。失調(diào)誤差也稱為偏置誤差，這種誤差反映的是第一個標準偏置點和第一個實際偏置點之間的誤差。如下圖虛線所示理想ADC和實線代表實際ADC所示的轉(zhuǎn)換函數(shù)。

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理想ADC轉(zhuǎn)換函數(shù)輸出代碼為000時，輸入電壓在0~0.5LSB范圍內(nèi)，實際轉(zhuǎn)換函數(shù)輸出代碼為000時，輸入電壓在2.5~3.0LSB范圍內(nèi)，因此，失調(diào)誤差是2.5LSB。

用數(shù)學(xué)關(guān)系的思路來理解失調(diào)誤差。假設(shè)輸入模擬信號是x，輸出數(shù)字代碼是y，在不考慮±0.5LSB的條件下，輸入信號和輸出代碼之前應(yīng)該存在下面的關(guān)系式：

即輸入信號和輸出代碼之間是線性的，用紅色來表示它們之前的線性關(guān)系。

在不存在失調(diào)誤差時，整數(shù)點1，2，3……6，7是跳變點。如果此時存在失調(diào)誤差，則輸入信號和輸出信號之前的關(guān)系式成為了：

從傳輸函數(shù)可以看出，失調(diào)誤差為0時，輸出是000時，輸入信號在0~0.5LSB以內(nèi)；若存在失調(diào)誤差，輸出是000時，輸入信號在0~1.25LSB以內(nèi)，即引入的失調(diào)誤差是0.75LSB。

用數(shù)學(xué)關(guān)系式看上述的關(guān)系類似傳輸函數(shù)向右平移了0.75LSB的單位長度。這種平移的失調(diào)誤差，將會影響到每一個代碼的輸出，編碼跳變從之前的1，2，3….6，7，變成了現(xiàn)在的1.75，2.75，3.75……6.75，7.75。

因此，從數(shù)學(xué)的角度看失調(diào)誤差，就像是一次函數(shù)的截距。如果截距為負，輸入電壓會在大于0.5LSB以后才發(fā)生跳變，如上述所示的0.75SB處產(chǎn)生第一個編碼跳變，此時的失調(diào)誤差稱為負失調(diào)誤差?？上攵撌д{(diào)誤差過大，會導(dǎo)致較大范圍的輸入電壓條件下，輸出均為0，數(shù)字編碼用幾個輸入就已經(jīng)滿量程，限制了數(shù)字編碼的量程。

同理可知，如果截距為正，輸入電壓會在小于0.5LSB之前就發(fā)生跳變，如下圖所示，輸入電壓小于0.5LSB時，輸出數(shù)字代碼為010，則會導(dǎo)致輸入電壓還未滿量程時，數(shù)字代碼就達到了飽和。

總結(jié)一下：無論是正失調(diào)偏差會影響數(shù)字編碼的量程，負失調(diào)偏差會影響模擬輸入量程。根據(jù)上面的分析，可以得到矯正的ADC失調(diào)誤差的方法，在反方向上補償對應(yīng)的偏差就能使傳輸函數(shù)的截距為0，即失調(diào)誤差為0。