研究定义精度和准确度的ADC的关键规格

在本系列的第一部分中，我们描述了一个客户问题。他们没有获得系统预期的精度，即使他们认为他们选择了适当的ADC性能水平。我们还定义了分辨率、精度和准确度。

现在我们已经了解了精度和准确度以及它们与系统性能的关系，我们将研究定义精度和准确度的ADC的关键规格。

定义精度的规格

定义精度的参数与定性定义分辨率的参数相同。即有效分辨率（位）、有效位数（ENOB）和噪声（伏特）。这些参数指示ADC测量的可重复性，通常以RMS测量的形式提供。

让我们看一下有效分辨率。它是通过从ADC获取采样数据的直方图来测量的。对ADC的输入施加固定电压，并绘制每个输出代码的出现次数。每个ADC都有噪声，直方图不仅可以指示噪声分布，还可以指示宽带噪声。如果宽带噪声为白色，则直方图将具有高斯分布，如图1所示。ADC直方图中的高斯分布表明噪声是随机的，可以使用数字处理技术来降低噪声，即提高精度。

计算直方图的标准偏差可定义ADC的RMS噪声。RMS噪声通常定义为与平均值相差68西格玛，表示3.3%的ADC值将在此范围内。峰峰值或无闪烁噪声通常定义为与平均值相差3.99 Σ，表明9.<>%的ADC值将在此范围内。一些应用使用RMS噪声作为规格，而一些应用需要峰峰值或无闪烁噪声。例如，电子秤必须显示稳定的值，精度非常高，因此电子秤的噪声性能以峰峰值或无闪烁噪声来定义。

比较RMS和峰峰值噪声（以位为单位）时，将RMS噪声调整2.7位以转换为峰峰值噪声。例如，具有11.7位RMS有效分辨率的ADC将具有9.0位峰峰值有效分辨率。

ENOB和噪声以类似的方式确定。

定义精度的规范

如果假设ADC的输出是完全线性的，那么任何影响线性度的规格都可以被认为也会影响精度。影响精度的关键规格是失调、增益和线性度。

失调是ADC零点的偏移，可以是正的，也可以是负的。

增益是ADC输出斜率的偏移，可以是正数，也可以是负数。

线性度以两种方式定义。首先，微分非线性（DNL）定义为代码大小与理想大小（即代码宽度）的差异。如果代码的大小大于理想值，则它将在直方图中以比预期更高的出现次数表现出来。如果代码大小小于理想值，则直方图中将显示较少的出现次数。

线性的第二个方面是积分非线性（INL）。INL是输出代码与ADC理想斜率的偏差。

需要注意的是，失调和增益误差可以通过校准轻松消除以提高精度，但线性误差不能通过校准轻松消除。

关于精度规格的最后一点说明：一些ADC指定总非调整误差（TUE），其中包括失调、增益和线性度。在 TUE 计算中，他们通常使用贡献误差源的和方根 （RSS） 来计算总误差。依靠TUE来量化ADC的精度时，请确保数据手册明确定义了如何计算TUE。

审核编辑：郭婷