在上一篇文章中，我們討論了失調(diào)誤差如何影響單極性 ADC 的傳遞函數(shù)?？紤]到這一點(diǎn)，單極性 ADC 的輸入只能接受正電壓。相反，雙極性 ADC 的輸入可以處理正電壓和負(fù)電壓。在本文中，我們將探討雙極性和差分 ADC 中的偏移和增益誤差規(guī)范；并了解失調(diào)誤差的單點(diǎn)校準(zhǔn)。

 

傳遞函數(shù)——雙極性 ADC 理想特性曲線

具有偏移二進(jìn)制輸出編碼方案的理想三位 ADC 的傳遞函數(shù)如圖 1 所示。

 

圖 1. 具有偏移二進(jìn)制輸出編碼的理想三位 ADC 的傳遞函數(shù)，

 

作為復(fù)習(xí)，使用偏移二進(jìn)制系統(tǒng)，中間刻度代碼的中心（在我們的示例中為 100）對應(yīng)于 0 V 輸入。低于 100 的代碼表示負(fù)輸入電壓，高于 100 的數(shù)字值對應(yīng)正模擬輸入。但是，請注意，垂直軸上的代碼順序與單極性 ADC 的順序完全相同。通過臺(tái)階中點(diǎn)的直線為我們提供了 ADC 階梯響應(yīng)的線性模型。

另一件需要注意的事情是，上述特性曲線也可以代表具有差分輸入的單極性 ADC。由于低于 100 的輸出代碼表示負(fù)值，因此繪制上述傳遞函數(shù)很有幫助，如圖 2 所示。

 

圖 2. 顯示低于 100 的輸出代碼的傳遞函數(shù)。

 

雙極性 ADC 失調(diào)誤差

對于采用偏移二進(jìn)制編碼方案的 ADC，可以通過比較從 100…00 到 100…01 的實(shí)際中量程轉(zhuǎn)換與理想 ADC 中的相應(yīng)轉(zhuǎn)換來發(fā)現(xiàn)偏移誤差。如圖 2 所示，這種轉(zhuǎn)換理想情況下應(yīng)發(fā)生在 +0.5 LSB。圖 3 顯示了一個(gè)偏移值為 -1 LSB 的三位雙極性 ADC。

請注意，從 100 到 101 的中值轉(zhuǎn)換發(fā)生在 +1.5 LSB 而不是 +0.5 LSB。

請注意，從 100 到 101 的中值轉(zhuǎn)換發(fā)生在 +1.5 LSB 而不是 +0.5 LSB。

 

圖 3.偏移值為 -1 LSB 的三位雙極性 ADC 的傳遞函數(shù)。

 

圖 4 顯示了一個(gè)具有正偏移的三位雙極性 ADC。

 

圖 4. 具有正偏移的三位雙極性 ADC。 

 

在這種情況下，正輸入的次轉(zhuǎn)換發(fā)生在從 110 到 111 的 +1 LSB 處。對于理想的 ADC，此轉(zhuǎn)換應(yīng)發(fā)生在 +2.5 LSB 處。因此，實(shí)際傳遞函數(shù)具有 +1.5 LSB 的偏移量。您還可以通過檢查圖 4 中橙色直線所示的實(shí)際傳輸曲線的線性模型來獲得相同的結(jié)果。

 

雙極性 ADC 增益誤差

與單極性 ADC 類似，雙極性 ADC 的增益誤差可以定義為在消除偏移誤差后實(shí)際轉(zhuǎn)換與理想轉(zhuǎn)換的偏差。增益誤差也可以定義為實(shí)際線性模型的斜率與理想直線模型的斜率的偏差。

例如，考慮圖 5 中所示的特性曲線。

 

圖 5. 特性曲線示例

 

在本例中，點(diǎn) A 和 C 分別比理想響應(yīng)和實(shí)際響應(yīng)的轉(zhuǎn)換高 0.5 LSB。類似地，B 點(diǎn)和 D 點(diǎn)分別選擇在理想和實(shí)際傳輸曲線上接近負(fù)滿量程（010 到 001 過渡以下 0.5 LSB）的位置。穿過 A 和 B 的線是理想響應(yīng)，而穿過 C 和 D 的線是系統(tǒng)的實(shí)際響應(yīng)?？梢詫?shí)際斜率與理想斜率進(jìn)行比較以確定增益誤差。

在上面的示例中，理想斜率由下式給出：

 

坡度_ _ _ _i = C o d e A ? C o d e B V i n , A ? V i n , B= 3 - ( - 3 ) 3 L S B - ( - 3 L S B )= 1計(jì)數(shù)L S B _ _ _ _Slopei=CodeA?CodeBVin,A?Vin,B=3?(?3)3LSB?(?3LSB)=1CountLSB

 

在這個(gè)等式中，使用了輸出代碼的十進(jìn)制等效值。另外，請注意代碼的符號(hào)。正如預(yù)期的那樣，理想的斜率是 1。可以用類似的方式找到測量的斜率：