研究对ADC总精度产生影响因素有哪些?

我们确定了模数转换器 (adc) 的分辨率和精度间的差异。现在我们深入研究一下对adc总精度产生影响的因素,通常是指总不可调整误差 (tue)。
曾经想到过adc的tue技术规格中的“总”代表什么吗?他是不是简单到将adc数据表的所有dc误差技术规格(即偏移电压,增益误差,inl)相加,还是要更复杂一些?事实上,tue是总系统误差相对于adc工作输入范围的比率。
更确切地说,tue是单位为最低有效位 (lsb) 的dc误差技术规格。最低有效位 (lsb) 代表adc的实际和理想传递函数之间的最大偏离。这个技术规格假定未执行系统级校准。在概念上,tue是adc运行方式中以下非理想类型数值的组合:
偏移误差 (vos):如图1所示,adc实际和理想传递曲线间的恒定差异。这个值是测得的将adc输入短接至地而获得的数字输出。
图1. adc偏移误差与输入电压之间的关系
增益误差:adc输出的实际和理想斜率之间的差异。他通常表示为满量程输出码上的adc范围或最大误差的比率。如图2中所示,增益误差的绝对值在模拟输入接近满量程值时增加。
图2. adc增益误差与输入电压之间的关系
积分非线性 (inl):实际adc传递曲线到理想直线运行方式的最大非线性偏离。adc的inl响应没有一定的形状,并且取决于内部电路架构,以及由前端信号调节电路导致的失真。
图3. adc inl误差与输入电压之间的关系
大多数adc数据表指定所有上述dc误差的典型值和最大值,但是未指定tue这方面的数值。计算tue的最大值可不像将所有单独的dc误差最大值加在一起那么简单。这是因为所有这些误差是不相关的,并且在出现最差偏移的情况下,增益和线性误差也许不全都出现在adc传递函数的同一个输入电压上。因此,误差的简单求和也许使系统精度看起来未必那么差。这在应用的动态范围被限制在传递函数的中间时更是如此。
在这典型数据采集系统中,与adc在一起的还有一个输入驱动器和一个电压基准,他们也会影响总体偏移和增益误差。因此,在大多数没有校准的系统中,偏移和增益误差决定了计算tue最大值时用到的inl。计算特定模拟输入电压上的最大tue的推荐方法是,那一点上所有单个误差最大值的和方根,(方程式1)。将所有这些误差转换为同样的单位很重要,通常转换为lsb。
方程式1生成一个针对tue的典型“蝴蝶结”形状的误差图。对于具有较高偏移误差的系统,“蝴蝶结”图有一个更厚的结(图4a)。相反,对于增益误差较高的系统,“蝴蝶结”的结变薄,而弓形变厚(图4b)。
图4.“蝴蝶结”形状的adc tue与输入电压间的关系
总的来说,由于误差取决于adc工作时的输入电压范围,所以没有计算adc最大tue的确定公式。如果系统不要求采用整个adc输入范围,你可以通过使adc远离其传递函数的端点运行来大大减少tue。

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