Vinay Agarwal

在第一篇ADC精度帖子中，我們確定了模數轉換器 （ADC） 的分辨率和精度間的差異。現在我們深入研究一下對ADC總精度產生影響的因素，通常是指總不可調整誤差 （TUE）。

曾經想到過ADC的TUE技術規格中的“總”代表什么嗎？他是不是簡單到將ADC數據表的所有DC誤差技術規格（即偏移電壓，增益誤差，INL）相加，還是要更復雜一些？事實上，TUE是總系統誤差相對于ADC工作輸入范圍的比率。

更確切地說，TUE是單位為最低有效位 （LSB） 的DC誤差技術規格。最低有效位 （LSB） 代表ADC的實際和理想傳遞函數之間的最大偏離。這個技術規格假定未執行系統級校準。在概念上，TUE是ADC運行方式中以下非理想類型數值的組合：

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

圖1. ADC偏移誤差與輸入電壓之間的關系

增益誤差：ADC輸出的實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，增益誤差的絕對值在模擬輸入接近滿量程值時增加。

圖2. ADC增益誤差與輸入電壓之間的關系

積分非線性 （INL）：實際ADC傳遞曲線到理想直線運行方式的最大非線性偏離。ADC的INL響應沒有一定的形狀，并且取決于內部電路架構，以及由前端信號調節電路導致的失真。

圖3. ADC INL誤差與輸入電壓之間的關系

大多數ADC數據表指定所有上述DC誤差的典型值和最大值，但是未指定TUE這方面的數值。計算TUE的最大值可不像將所有單獨的DC誤差最大值加在一起那么簡單。這是因為所有這些誤差是不相關的，并且在出現最差偏移的情況下，增益和線性誤差也許不全都出現在ADC傳遞函數的同一個輸入電壓上。因此，誤差的簡單求和也許使系統精度看起來未必那么差。這在應用的動態范圍被限制在傳遞函數的中間時更是如此。

在這典型數據采集系統中，與ADC在一起的還有一個輸入驅動器和一個電壓基準，他們也會影響總體偏移和增益誤差。因此，在大多數沒有校準的系統中，偏移和增益誤差決定了計算TUE最大值時用到的INL。計算特定模擬輸入電壓上的最大TUE的推薦方法是，那一點上所有單個誤差最大值的和方根，（方程式1）。將所有這些誤差轉換為同樣的單位很重要，通常轉換為LSB。

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

圖4.“蝴蝶結”形狀的ADC TUE與輸入電壓間的關系

總的來說，由于誤差取決于ADC工作時的輸入電壓范圍，所以沒有計算ADC最大TUE的確定公式。如果系統不要求采用整個ADC輸入范圍，你可以通過使ADC遠離其傳遞函數的端點運行來大大減少TUE。