犯錯乃人之常情。但對于系統的模數轉換器(ADC)，我們能夠提出什么樣的要求呢？我們將回顧轉換誤差率(CER)測試的范圍和高速ADC的分析。取決于采樣速率和所需的目標限值，ADC CER測量過程可能需要數周或數月時間。為實現高置信度(CL)，出現首次錯誤之后常常還需要進行測試(Redd，2000)。對于那些要求低轉換誤差率的系統，需要付出努力來詳盡地予以量化。一切完成后，我們便能確定高置信度的誤差率—優于10–15。

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許多實際高速采樣系統，如電氣測試與測量設備、生命系統健康監護、雷達和電子戰對抗等，不能接受較高的ADC轉換誤差率。這些系統要在很寬的噪聲頻譜上尋找極其罕見或極小的信號。誤報警可能會引起系統故障。因此，我們必須能夠量化高速ADC轉換誤差率的頻率和幅度。

CER與BER

首先，讓我們理清誤差率描述中的兩大差異。轉換誤差率(CER)通常是ADC關于模擬電壓采樣的判斷不正確的結果，因此，與轉換器輸入的滿量程范圍相比較，其相應的數字碼也不正確。ADC的誤碼率(BER)也能描述類似的誤差，但就我們的討論而言，我們把BER定義為純數字接收錯誤；如果沒有這種錯誤，那么轉換的碼數據就是正確的。這種情況下，正確的ADC數字輸出未能被FPGA或ASIC等下游邏輯器件正確接收到。代碼出錯的程度及其出現的頻率就是本文余下部分要討論的內容。

僅僅閱讀數據手冊中的技術參數，可能難以掌握ADC轉換誤差。使用轉換器數據手冊中的單個數據，當然可以對轉換誤差率進行某種估計，但該數據量化的到底是什么呢？您無從判斷多大的樣本偏差可被視為錯誤，無法確定試驗測量或仿真的置信度。必須將“錯誤”定義限定在已知出現頻率所對應的幅度以內。

誤差源

有多種誤差源會造成ADC轉換錯誤，內部和外部均有。外部誤差源包括系統電源毛刺、接地反彈、異常大的時鐘抖動和可能有錯的控制命令。ADC數據手冊中的建議和應用筆記通常會說明避開這些外部問題的最佳系統布局做法。ADC內部誤差源主要可歸因于亞穩態(Beavers，2014)或模擬域中各級之間的殘余處理傳遞，以及數字域和物理層中的輸出時序誤差。ADC設計團隊在器件開發過程中必須分析這些挑戰。

圖1. 對于滿量程上模擬分辨率的各個位，理想ADC樣本都有單一數字輸出(左圖)。實際ADC輸出行為的一個例子(右圖)顯示了與內部和外部噪聲相關的某種模糊性。

在一組比較器中，當比較器基準電壓精確等于或極其接近待比較的電壓時，便可能發生亞穩態狀況(Kester，2006)。比較電壓在幅度上越接近基準電壓，比較器作出全面判斷所需的時間就越長。如果二者之間的電壓差非常小或為0，比較器可能沒有足夠的時間來最終判定比較電壓是高于還是低于基準電壓。當該樣本的轉換完成時，比較器輸出可能處于亞穩第三態，而不是清晰地判定一個有效邏輯輸出1或0 (Kester，2006)。這種猶豫不定會波及整個ADC，可能引起轉換錯誤。

圖2. 對于滿量程上模擬分辨率的各個位，理想ADC樣本都有單一數字輸出(左圖)。實際ADC輸出行為的一個例子(右圖)顯示了與內部和外部噪聲相關的某種模糊性

在流水線型ADC架構中，還有其他潛在轉換誤差源，即在級間邊界傳遞處，殘余電壓從上一級傳送到下一級。例如，若兩級之間有未校正的增益匹配誤差，則殘余電壓的傳遞會在后續級中產生誤差。此外，負責將一個電壓發送到下一ADC級的殘余DAC中的毛刺也可能在稍后的處理中引起意外的干擾誤差(Kester，2006)。任何無源元件中都存在的熱噪聲是所有ADC固有的噪聲分量，它決定了ADC處理的絕對噪底(Brannon，2003)。在詳細測定ADC的過程中，必須審視和量化所有這些可能的誤差源，確保轉換器運行時沒有任何落差。

噪聲分量

折合到輸入端的噪聲是ADC轉換缺陷的一個固有分量，其中包括ADC輸入端的熱噪聲。常常利用ADC輸入端開路或浮空情況下的數字輸出碼直方圖來對其進行量化。ADC數據手冊通常會說明并顯示此噪聲。下面的圖形給出了此噪聲幅度的例子，其在本例中為[N] ± 11。