我們以MAX1324為例說明失調(diào)誤差與輸入電壓的關(guān)系。MAX1324的失調(diào)誤差為±3LSB，相當于±0.9155mV的輸入電壓誤差(以5V為基準作參考電壓)，在進行失調(diào)誤差修正時必須于扣除3個碼以補償失調(diào)電壓，而在失調(diào)誤差為+3LSB時滿量程電壓值就變成了4.0845V，超過上述電壓值就會產(chǎn)生溢出現(xiàn)象；在失調(diào)誤差為-3LSB時，假設(shè)對于單極性輸入，在0～0.9155mV之間，輸出均為零，直到0.9155mV時才出現(xiàn)第一次跳變，這同樣使ADC動態(tài)范圍變小了。

　　公式進行修正： ，其中m1為理想轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率,m2為實例轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率?？梢允褂谜{(diào)試的方法對增益誤差進行修正，將參考電壓和輸入模擬電壓進行聯(lián)動調(diào)試，當參考電壓為某一特定值時可以使?jié)M量程輸出全“l”，從而達到修正增益誤差的效果；也可在軟件中采用一個線性校正曲線改變ADC 轉(zhuǎn)換函數(shù)的斜率。

　　總之， 對于失調(diào)誤差和增益誤差可以通過軟件實現(xiàn)誤差正的修。

　　2．4 基準

　　無論是內(nèi)部基準或者外部基準，它都是ADC的一個最大的潛在誤差源。在很多情況下內(nèi)置于芯片內(nèi)部的基準源都沒有嚴格的規(guī)格，而外部基準往往需要精密電源，與基準有關(guān)的誤差源包括溫漂、電壓噪聲以及負載調(diào)整等。

　　在實用的ADC系統(tǒng)中，還有一些誤差源， 如碼源噪聲、失調(diào)溫漂、增益漂移， 它們在某種條件下，可能會對系統(tǒng)精度產(chǎn)生影響，但只要采用適當?shù)氖侄尉涂梢允瓜鄳?yīng)誤差最小，進而不會影響系統(tǒng)精度。

　　3 交流特性

　　在實際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，很多情況下輸入模擬信號是交流信號。僅有DNL和INL符合系統(tǒng)要求并不能說明ADC能同樣合格地處理交流信號。因為DNL和INL是在直流條件下測試的。ADC系統(tǒng)中的交流信號指標差要有信一噪比(SNR)、信號--噪聲+失真比(SINAD)、總諧波失真(THD)以及無雜散動態(tài)范圍(SFDR)：

　　信一噪比（SNR）：是以分貝表示的比率，它是輸入信號的有效值與所有頻率小于采樣頻率一半的其他頻譜成份（不包括諧波或直流信號）的總有效值之比。

　　信號--噪聲加+失真比（SINAD）：是以分貝表示的輸出端出現(xiàn)的輸入信號有效值與輸出信號當中頻率小于采樣頻率一半的所有其他頻譜成份的有效值之比。

　　總諧波失真(THD): 是以分貝表示的輸出信號的頭幾個諧波成份的有效值之和與輸出端出現(xiàn)的輸入信號的幅度之比。測量中僅包括奈奎斯特頻限內(nèi)的諧波，典型值以分貝表示。

　　無雜散動態(tài)范圍(SFDR)： 正弦波f(IN) 的RMS值與在頻域觀察到的雜散信號的RMS值之比，典型值以分貝表示。在ADC系統(tǒng)中，SINAD比SNR更準確描述被測信號與雜散信號的關(guān)系，大多數(shù)ADC列出SINAD而不采用SNR。對于一個理想的ADC：

SINAD≈(6.02×N+1.76)dB

　　其中N為轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。所以理想的14為轉(zhuǎn)換器的SINAD為86.04dB。而對上式進行變換可得：

N=(SINAD-1.76)／6.02

　　這個方程式為等效位數(shù)的定義，即ENOB(Effective Number of Bits)。

　　在實際應(yīng)用時我們關(guān)注SINAD為最小值時的等效位數(shù)，該位數(shù)是信號頻率逐漸逼近Nyquist上限時，SINAD因THD的增加而達到的極限值。以MAX1324為例，其極限值為70dB，等效位數(shù)為14位，即有0.7LSB的誤差或0.017的精度。

　　4 應(yīng)用分析

　　假設(shè)我們的系統(tǒng)允許0.1%的誤差，且ADC允許0.075％的誤差，并且假設(shè)我們需要測試的直流信號。如果我們選用MAX1324，其具有±1LSB的DNL誤差，±1.5LSB的INL誤差(0.0366％)，±3LSB的失調(diào)誤差(0.0732％)，±4LSB的增益誤差(0.0977％)，5ppm／℃的溫漂系數(shù)，在50℃的范圍內(nèi)產(chǎn)生0.025％的誤差，共計0.0616％的誤差。還有0.0134％的誤差供基準電壓源使用，該誤差允許存在67μV的峰-峰值電壓噪聲(5V基準電壓)，若考慮負載(ADC)電流對基準的影響，其電壓噪聲會略小。在這種情況下，基準電壓源可以滿足上述條件，而且也有比較多的選擇余地。

　　以上例子我們沒有討論交流性能。若在實際數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中交流信號是被測信號，還必須考慮交流信號的誤差，并作進一步的分析。

　　5 結(jié)束語

　　一個性能良好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不僅僅是設(shè)計原理的優(yōu)化及其實現(xiàn)方法，系統(tǒng)的誤差分析是設(shè)計成本和性能指標的必要前提條件。只有充分考慮系統(tǒng)各部分的誤差才能使系統(tǒng)更好地滿足設(shè)計性能要求。

　　本文作者創(chuàng)新點:本文以MAX1324為例,對較高精度的A/D在實際使用時出現(xiàn)的誤差和誤差源進行了分析和說明,并結(jié)合試驗論述了一些誤差補償?shù)目尚行?。在實際使用中可大幅提高系統(tǒng)的整體性能。

　　參 考 文 獻

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　　【5】沈蘭蓀．高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理與應(yīng)用[M]．北京：人民郵電出版社，1995—02．

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