信号链基础知识 14：ADC 静态参数

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关键字： 信号链  ADC  静态参数  模拟与数字世界  模数转换器
作者：Bill Klein
高级应用工程师
德州仪器(TI)

在 2007 年 11 月 30 日的文章第 3 部分：《模拟与数字世界》中，我们重点讨论了完美的模数转换器 (ADC)。作为一款具有模拟输入和数字输出的混合信号器件，其中所描述的规范理所当然也应与模拟和数字相关。图 1 中显示了理想 ADC 的传输函数。

图1：ADC 理想的传输函数。

输出代码从 000 转换到 001 应发生在输入模拟电压达到一半 LSB 时。当该转换在某些其他输入电压处发生时，其差值就为偏移。如图 2 所示，这是位于第一个开关点处的模拟电压误差。

图2：输入电压偏移数。

由于第一个开关点出现移位，因此整个传输函数也会随之右移或左移——具体情形取决于偏移的极性。

增益误差为第二个传输函数误差。图 3 显示了该误差的影响体现在传输函数曲线的斜率变化上。

图3：增益误差。

增益误差被看作是在偏移得到校正之后满量程代码中的一个移位。参考电压值中的误差以及转换器内部出现故障都可导致该误差。

请注意，虽然存在前面所述的所有误差，但传输函数仍然保持一条直线。然而，为了便于定义，就规定了两个用于描述偏离理想直线的静态参数（请参见图 4）。

图4：INL 和 DNL。

积分非线性 (INL) 是传输函数偏离理想直线的一种量度标准，而微分非线性 (DNL) 则是任一偏离理想值的步长偏差。

图5：极端 DNL。

图 5 显示了两种极端 DNL 的情形。对于一些系统（其中闭环控制系统正在搜索某个位置）来说，这些误差可能是灾难性的。在丢失码的情形下，该系统将会无休止地一直搜索某个点。

单调系统是在提高输入值时，输出代码总是保持恒定或增加。请参见满量程 6/8 输入值时目标值为 110 的系统。当输入值从 3/8 提高到 4/8 时，输出代码就会随之增加。而当输入值从 4/8 提高到 5/8 时，输出代码则会降低。该系统会认为它已通过目标点，并随即开始回转。此外，该系统将始终保持局部极小值，并且不可能到达所需的最终点。