ADC知識（2）——直流參數（輸入電壓參考，參考電流輸入，積分非線性誤差，差分非線性誤差）...

目錄

四、 ? ? ? 輸入參考電壓范圍

五、 ? ? ? 參考電流

六、 ? ? ? 非線性問題

差分非線性誤差

積分非線性

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四、 ? ? ? 輸入參考電壓范圍

大多數數據手冊中，將它定義為一個特定的參考電壓值，通常這個電壓作為 此轉換器最常用的參考電壓。在參考輸入電壓范圍內，使用任何其他參考電壓值 器件的性能與指定的電壓值是相同的。但是并不意味著這個參數不夠重要，在設計中需要選取合適的參考電壓范圍，從而更好的利用ADC的動態范圍。

圖 5未完全利用ADC動態范圍

在數據手冊中往往會說明，參數是如何受不同參考電壓影響的，以ADS9110 為例給出了指定的參考范圍中不同的參考電壓對于性能的影響：

以上的所述均為參考電壓范圍對于性能的影響。另一個方面，參考電壓的輸入紋波也會對器件的性能造成極大的影響。這個我后期再講。

五、 ? ? ? 參考電流
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SAR型ADC的輸入參考端，連接到了一組開關電容上，在轉換周期內開關電容連接到了比較電路，與參考電壓比較，進行快速的充電和放電，對于整個轉換周期中，輸入參考電流最大的那個值，作為內部電容充電的起始位（關于SAR型ADC的具體詳細工作流程請自行百度）。有的ADC會指出這一個參數。

這個表展示的是 ADS8881 的例子 可以看出在整個轉化中 它的典型電流值是 300μA。注意，這里的 300μA 是指的平均電流。一般在實際電流最大可以達到幾個mA，同時還需要注意的是。假如整個轉換周期為100nS，可能到達峰值之前的時間就有十幾納秒。一般情況下我們會在輸入電容端，放置一個較大的濾波電容。以來滿足電流的快速瞬態響應，同時參考端也會提供一個平均電流，來補充電容器之間的快速變化。一般情況下瞬變的時間相對較短。所以在 ADC的參考端會需要一個較寬的寬帶緩沖區。數據手冊中的參考端應該放置何種電容（封裝，材料，容量等等）正是基于此得到的。在設計中一定不可以忽視這個問題。

六、 ? ? ? 非線性問題

為了討論ADC的非線性問題，首先需要先了解ADC的理想模型。

這里呈現的是一個 ADC 的理想傳輸函數水平軸表示連續的模擬輸入信號 縱軸顯示的是數字輸出代碼。可以被認為 將模擬輸入信號近似到隨其最接近的數字對應位置。ADC的滿量程輸入范圍在數字編碼的總數上是被等量劃分的，也就是將這個圖中的紅色的虛線轉化成了階梯性的藍線 位數是指數字輸出。在這個例子中我們有四位二進制數字用于表示滿量程模擬信號。二進制數字代碼數量是24即16。在本次例子中，用滿量程電壓（2V）除以16等于 0.125V 即為能測量的電壓分辨（滿量程輸入范圍為 0 到 2V 但最大可檢測的輸入電壓是 是滿量程減去一個 LSB，即 1.875V ）。

? ? ? ? ? ? 圖 8 理想ADC模型

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差分非線性誤差

差分非線性是用來衡量實際一個LSB和一個理想LSB之間的區別。

左圖為直觀的表示了ADC的差分非線性ED (Differential Linearity Error)從這個圖中可以看出。一些數字輸出對應的寬度要比實際寬度長（或者更短）。如果與理想代碼寬度相同，則差分非線性為零。

圖 9 ADC差分非線性示意圖

在某些極端情況下，當這種誤差很大的時候，會導致完全跳過代碼的轉換。通常稱為缺失代碼。舉個例子，假設在數字4`b1000處對應的數字量化寬度足夠寬，以至于覆蓋到1001對應的輸出，導致任何模擬電壓輸入ADC都無法輸出1001這個代碼。丟失代碼是很多電子系統中非常嚴重的問題，因此現在大多數的 ADC 都會設計和測試這個參數，以保證盡量減少不確定度。下圖是一個更加實用的 18位 AD 轉換的示例。這個圖中是將計算了數千個 DNL組合在一起形成了一個圖示。可以看出這顆器件的DNL通常是小于0.5個 LSB 的。是一個十分低噪聲的ADC。當然了STM32 內部的ADC的性能就要差一些了。（依據手冊通常在±1LSB最大可達±2LSB）。

積分非線性

?積分非線性是用來衡量 ADC 傳遞函數與擬合直線的比較。

為了消除增益和偏置誤差，我們通常將實際ADC傳遞函數的兩個端點進行擬合 在這個例子中，綠色的線就表示擬合直線。從初始代碼 0000到終止代碼 1111 對于一個理想的線性 ADC 它的擬合直線是處于傳遞函數的中間的。然而在這個情況下可以看出被測的函數，即為藍色這條線。它偏離了線性擬合，所以具有一個正的積分非線性。與差分非線性相同積分非線性也可以表示在ADC的輸出代碼上，可以用 LSB 來表示，也可以用滿量程的百分比來表示。一般來說這個誤差相較于積分非線性誤差來說要大好幾倍（STM32的這兩個指標如所示）。

圖 12 STM32的積分非線性和差分非線性