误差是什么呢？

大白话说就是真实数据与理想数据之间的偏差。

ADC的误差存在于所有的ADC模数转换器中，转换精度将取决于ADC器件的误差消除情况。

STM32 数据手册的ADC特性描述章节中有分析这些误差的来源情况，也规定了STM32的ADC的不同精度误差类型。

为便于展开叙述，将精度误差用1 LSB 的倍数来表示。

对于电压的采样而言，分辨率取决于ADC的转换位数和外部提供的参考电压，通过将 LSB 数乘以 1 LSB 对应的电压来计算电压误差。

ADC 自身设计带来的误差

1、偏移误差

偏移误差是指第一次实际转换和第一次理想转换之间的偏离。

第一次转换发生在数字ADC输出 从0变为1时。

理想情况下，当模拟输入介于0.5 LSB和1.5 LSB之间时，数字输出应为1。第一次转换发生在0.5 LSB处。用EO表示偏移误差。可通过应用某些方法可以轻松校准偏移误差。

比如：

在STM32 ADC的采样中，电压的最小可被测量的电压用LSB作为单位进行量化：

在 VREF+ = VDDA，ADC为12bit 情况下：1 LSB = (VREF+) / 4096

如果 VREF+ = 3.3 V，则在理想情况下，1LSB = 805.6µV，则：

402.8 µV （0.5 LSB = 0.5 × 805.6 µV）的输入应该会转换成数字 1 输出。但是实际上， ADC 转换的数字输出可能仍然是读数 0。如果是 550 µV 的模拟电压输入才有可能获得数字输出 1，则：

偏移误差 = 实际转换 – 理想转换EO = 550 µV – 402.8 µV = 141.2 µVEO = 141.2 µV / 805.6 µV = 0.17 LSB

当大于0.5 LSB的模拟输入电压生成第一次转换时，偏移误差为正。如下图：

当小于0.5 LSB的模拟输入电压生成第一次转换时，偏移误差为负。如下图：

2、增益误差

增益误差：最后一次实际转换和最后一次理想转换之间的偏离。

增益误差用EG表示。最后一次实际转换是从0xFFE到0xFFF的转换。

理想情况下，当模拟输入等于VREF+ – 0.5 LSB时，应存在从0xFFE到0xFFF的转换。

因此对于 VREF+= 3.3 V，最后一次理想转换应发生 在3.299597 V处。

如果ADC提供VAIN < VREF+ – 0.5 LSB的0xFFF读数，将获得负增益误差。

如下：

增益误差：

EG = 最后一次实际转换 – 理想转换如果VREF+ = 3.3 V且VAIN = 3.298435 V时生成从0xFFE到0xFFF的转换，则：EG = 3.298435 V – 3.299597 VEG = –1162 µVEG = （–1162 µV / 805.6 V） LSB = –1.44 LSB

如果VAIN等于VREF+时没有得到满量程读数（0xFFF），则增益误差为正。

正增益误差：

负增益误差：

3、微分线性误差

微分线性误差（DLE）：实际步进和理想步进之间的最大偏离。

这里的“理想情况”不是指理想传输曲线，而是指ADC分辨率。

用ED表示DLE。

ED = 实际步宽 – 1 LSB

理想情况下，1 LSB的模拟输入电压变化量应导致数字量变化。

如果需要大于1 LSB的模拟输入电压才能导致数字代码变化，将观察到微分线性误差。

所以，DLE对应于从一个数字量变为下一个数字量所需的最大额外电压。

DLE也称为微分非线性（DLE）误差。

如下：

给定数字输出应对应于模拟输入范围。

理想情况下，步宽应为1 LSB。

假设1.9998 V至 2.0014 V模拟输入电压范围内的数字输出相同，

则步宽为：

2.0014 V – 1.9998 V = 1.6 mV

因此，ED等于较高（2.0014 V）和较低（1.9998 V）模拟电压之间的电压差减去1 LSB所对 应的电压。

如果VREF+ = 3.3 V，则1.9998 V（0x9B1）的模拟输入可提供介于0x9B0和0x9B2之间的结 果。同样地，2.0014 V（0x9B3）的输入可提供介于0x9B2和0x9B4之间的结果。

因此，0x9B2步进所对应的总电压变化量为：

0x9B3 – 0x9B1，即 2.0014 V – 1.9998 V = 1.6 mV （1660 µV）ED = 1660 µV – 805.6 µVED = 854.4 µVED = （854.4 µV/805.6 µV） LSBED = 1.06 LSB

假设当步宽小于1 LSB时，电压高于2.0014 V不会导致0x9B2数字代码，则ED为负

4、积分线性误差

积分线性误差：为任何实际转换和端点相关线间的最大偏离。

用EL表示ILE。

端点相关线可以定义为A/D传输曲线上连接第一次实际转换与最后一次实际转换的线。

EL是指与每一次转换的这条线的偏离。

因此，端点相关线对应于实际传输曲线并且与理想传输曲线不相关。

ILE也称为积分非线性（INL）误差。ILE是整个范围内DLE的积分。

示例：

如果从 0 到 1 的第一次转换发生在 550 µV 处并且最后一次转换 （0xFFE 到 0xFFF）发生在 3.298435 V （增益误差）处，则传输曲线上连接实际数字代码 0x1 和 0xFFF 的线为端点相关线。

4、总未调整的误差

总未调整误差（TUE）：为实际和理想传输曲线间的最大偏离。

TUE是记录到的任何输入电压的理想预期值与从ADC获得的实际值之间的最大偏离。

TUE不是EO、EG、EL与ED之和。

偏移误差影响较低电压的数字结果，而增益误差影响较高电压的数字输出。

如下：

如果VREF+ = 3.3 V且VAIN = 2 V，则理想结果为0x9B2。

但是，如果得到的转换结果为0x9B4， 由于DLE和ILE同时发生，因此偏离可能源于偏移。

TUE = 绝对（实际值 – 理想情况值）= 0x9B4 – 0x9B2 = 0x2 = 2 LSB