标签: 偏移误差

​ 前一章详解了偏移/增益/INL/DNL/TUE六大参数的计算方法，带您掌握从跳变点提取到误差分析的全流程。 【前文回顾】 技术干货 | ADC静态参数全解析：从偏移误差到未调整总误差，一文掌握核心计算！-面包板社区 本章将介绍DAC术语： ● 偏移误差 ● 满刻度误差 ● 增益误差 ● 积分非线性误差（INL误差或INLE） ● 差分非线性误差（DNL误差或DNLE） ● 未调整总误差（TUE） ● （转换）延迟 ● 转换时间 ● 差分非线性误差（DNL/DNLE） ● 端点和最佳拟合线 ● 增益误差 ● 积分非线性误差（INL/INLE） ● 单调性 ● 乘法型DAC ● 电源抑制比 ● 偏移误差 1、（转换）延迟 从开始转换到第一次转换的数据出现在输出端之间的时钟周期数。每次采样的数据都会在管道延迟加上采样后的输出延迟之后出现。 2、转换时间 进行一次转换所需的时间。 3、差分非线性误差（DNL/DNLE） 理想1LSB步长的最大偏差。对于理想的DAC，相邻两个数字代码对应的输出电压正好相差1LSB。DNLE大于1LSB将导致非单调传递函数。 4、端点和最佳拟合线 5、增益误差 满量程输入码输出电压（或电流）与满量程输入码理想电压（或电流）之差（终点计算）。参考线的斜率是增益误差的测量值。 TS-ATX7006 6、积分非线性误差 (INL/INLE) 积分非线性误差描述的是对参考线的偏离。参考线可以是端点线或最佳拟合线。它是对传递函数直线度的衡量，可能大于差分非线性误差。DNL误差的大小和分布将决定转换器的积分线性度。 INL是静态指标，与THD（动态指标）相关。不过，失真性能无法从INL规格中预测，只能说当 7、单调性 当DAC为单调型时，输入代码每增加（或减少）一个，输出就会朝同一方向变化（或保持不变）。因此，单调设备的传递函数斜率的符号不会改变。 8、乘法DAC 从某种意义上说，每个DAC都是乘法DAC，因为输出电压（或电流）等于参考电压乘以一个常数，该常数由数字输入代码除以2n（n是分辨率的位数）决定。在双象限乘法DAC中，参考电压或数字输入代码会改变输出电压的极性。如果参考电压和数字代码都能改变输出电压的极性，则存在四象限乘法。 9、电源抑制 转换器对直流电源电压变化的敏感度。 10、偏移误差 当数字输入代码（大多为0或半刻度）被设置为理想输出电压0V时的输出电压（端点计算）。对于最佳拟合线计算，偏移误差是最佳拟合参考线与理想传输线之间的偏移。 ​

前面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？它是不是简单到将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。

前面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？它是不是简单到将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。