理解ADC誤差對系統性能的影響（二）

2.5V基準時+8mV的失調誤差相當于12位ADC具有13LSB的誤差（8mV/［2.5V/4096］）。雖然分辨率仍是12位，但是你必須從每次轉換結果中扣除13個碼以補償失調誤差。值得注意的是，實際上這時的可測量滿量程值就變為了2.5V（4083/4096） = 2.492V。此范圍以上的任何值都會使ADC溢出。因此，ADC的動態范圍或者說輸入范圍減小了。這個問題在較高分辨率的ADC中尤為顯著；在16位系統中，8mV對應于210LSB （VREF = 2.5V）。

如果失調為-8mV （假設為單極性輸入），接近于零的小信號輸入將不會引起任何輸出變化，一直到模擬輸入增加到+8mV 。這同樣造成了ADC動態范圍的減小。

增益誤差定義為滿量程誤差減去失調誤差（圖5）。滿量程誤差在轉換函數曲線上最后一次ADC跳變處進行測量，并和理想ADC的轉換函數相比較。增益誤差可通過軟件用一個簡單的線性函數y = （m1/m2）（x）進行簡單的校正，其中的m1是理想轉換函數的斜率，m2是實際測得的轉換函數的斜率（圖5）。

圖5. 失調、增益和滿量程誤差

增益誤差指標中可能包含或不含ADC參考電壓對于誤差的貢獻。在電氣規范中，檢查一下增益誤差的測試條件，并決定采用內部或外部基準工作是非常重要的。一般情況下，當采用片內基準時增益誤差會比較大。如果增益誤差為零，在對滿量程模擬輸入作轉換時轉換結果應為全1 （對于本例的12位系統則為3FFh） （見圖6） 。由于我們的轉換器不理想，全1轉換結果可能會在施加的輸入電壓大于滿量程（負增益誤差）或小于滿量程（正增益誤差）時出現。有兩種辦法可以調整增益誤差，其一是調節參考電壓，以便在某特定參考電壓下得到滿量程輸出，或者在軟件中采用一個線性校正曲線改變ADC轉換函數的斜率（一階線性方程或查表法）。

圖6. 增益誤差降低了動態范圍

和失調誤差一樣，增益誤差也會降低動態范圍。舉例來說，如果滿量程輸入電壓時轉換得到的數碼輸出為4050而非理想的4096 （12位轉換器），也就是所謂的負增益誤差，在這種情況下，高端的46個碼將無法利用。類似地，如果滿量程數碼4096出現在輸入電壓低于滿量程時，ADC的動態范圍同樣被降低了（見圖6）。值得注意的是對于正的滿量程誤差，你無法在轉換結果變為全1的點之外對轉換器進行校準。

對付失調和增益誤差最簡單的辦法就是找一個誤差值足夠低的ADC，這樣你就不必再考慮校正了。找到一個失調和增益誤差小于4LSB的12位ADC并不困難。

其它誤差源

碼沿噪聲

碼沿噪聲是在轉換函數中恰好發生編碼跳變時出現的噪聲。通常在規格書中對該項特性不作規定。甚至對于較高分辨率的轉換器（16位以上），由于更小的LSB間隔，碼沿噪聲更為顯著，通常都對這項性能未作規定。很多時候，碼沿噪聲能有幾個LSB。轉換恰好位于代碼邊緣的模擬輸入時，代碼會在LSB位發生跳動。如果出現明顯的碼沿噪聲，就應該對采樣進行平均，這樣可以有效地從轉換結果中去除這種噪聲。需要對多少個采樣取平均？ 如果碼沿噪聲為2/3LSB RMS，這接近于4LSB P-P。那么要將噪聲降低到1LSB，則需要對16次采樣取平均（性能的改進正比于采樣數的均方根）。

基準