這個情景真的令人很沮喪：你終于將模數轉換器 (ADC) 搭建起來并開始運行，不過事情看起來有點兒不太正常。你輸入了一個電壓，不過ADC的輸出有所不同。

出了什么問題？

看起來所有的設置都沒有什么問題。有可能是通信問題，或者是你的ADC沒有正確地測量模擬輸入。

調試測量問題的最好工具是低噪聲電壓源和精密萬用表，如圖1所示。使用這個電壓源作為ADC的輸入信號，而高精度萬用表測量ADC的輸入和基準，你可以將預計的結果與ADC報告值相比較。只需確保輸入電壓以輸入范圍內的一個DC電壓為基準。

圖1：一個低噪聲電壓源和高精度萬用表是2個很不錯的模擬調試工具

需牢記的一點是，ADC測量輸入，并且輸出一個轉換代碼，這個代碼與輸入和基準的比成比例。如果你使用的是一個具有±VREF 兩級范圍的24位ADC，輸出數據由方程式1確定：

你可以在滿量程范圍內獲得數個模擬輸入測量值，并且比較預計輸出代碼與ADC的報告值。通過使用這些數據，你可以計算結果值的偏離程度。你還可以確定這個誤差是增益誤差還是偏移誤差。只要確保直接在器件的輸入引腳上測量信號，獲得一個準確的萬用表讀數。

如果差異比較小，那么ADC也許只需校準一下就可以了。高精度ADC通常需要一個校準命令來消除偏移和增益誤差。

也許你嘗試增加輸入電壓，但是ADC代碼并沒有移動。由于輸入緩沖器限制了信號，有可能運行范圍在輸入范圍之外。例如，24位，30kSPS ADS1255內的輸入緩沖器在底端擴展至GND，在頂端擴展至AVDD -2V。

對于其它器件（比如說24位、2kSPS ADS1220），緩沖器是一個完全模擬可編程增益放大器 (PGA)。在這些情況下，你需要考慮PGA增益，輸入和輸出共模范圍，或者PGA也許會限制你的測量。

圖2顯示的是，ADS1220數據表內描述這些限制的PGA共模電壓要求部分的PGA圖。

圖2：ADS1220數據表內描述的PGA共模電壓

另外一個潛在的誤差源有可能位于輸入濾波內，大輸入串聯電阻會與輸入偏置電流相互作用，增加測量值中的電壓誤差。此外，使用截止頻率過低的輸入濾波會干擾ADC的采樣屬性。對于每個模塊化時鐘，用一個輸入電容器對輸入和基準進行采樣。這個采樣必須在模塊時鐘周期內完成。由于輸入被定期采樣和放電，輸入路徑中的電感會由于定期采樣而導致電壓誤差。

與模擬輸入相類似，你需要對基準輸入采取相似的操作。大輸入阻抗將導致相似誤差。

驗證基準是否正確運行也很重要。例如，24位，2kSPS ADS1248的內部基準需要1μF和47μF之間的負載電容。此外，VREFCOM引腳到AC接地節點路徑的電阻必須小于10W。如果不滿足這兩個條件，基準會變得不穩定。外部基準會有相似的穩定性問題。這些不常見的誤差也許用萬用表無法檢測出來，有可能需要示波器才能追蹤到。

在高集成器件中，比如說ADS1248，很多功能是在特定情況下使用的。如果使用這些選項不當，它們會干擾測量值。

圖3顯示的是ADS1248的方框圖。紅圈內的功能塊在接通但未使用時有可能干擾測量值。

圖3：ADS1248的方框圖，顯示了使用不當會引入誤差的功能塊

模擬與數字部分的不當接地會導致電路中的接地環路電壓。這會干擾輸入信號以及基準電壓。良好的布局布線能夠減少測量值中的這些誤差。ADC周圍的其它電路，諸如泄露的靜電放電 (ESD) 二極管或外部緩沖器，也會引入誤差。

當ADC的測量值不太對時，良好的調試可以幫助你確定到底是哪里出了問題。等下次你的ADC無法給出正確結果時，就試試我在本文中所談到的常見誤差源吧。

祝你好運！