四、 輸入?yún)⒖茧妷悍秶?/h1>

大多數(shù)數(shù)據(jù)手冊(cè)中，將它定義為一個(gè)特定的參考電壓值，通常這個(gè)電壓作為 此轉(zhuǎn)換器最常用的參考電壓。在參考輸入電壓范圍內(nèi)，使用任何其他參考電壓值 器件的性能與指定的電壓值是相同的。但是并不意味著這個(gè)參數(shù)不夠重要，在設(shè)計(jì)中需要選取合適的參考電壓范圍，從而更好的利用ADC的動(dòng)態(tài)范圍。

圖 5未完全利用ADC動(dòng)態(tài)范圍

在數(shù)據(jù)手冊(cè)中往往會(huì)說(shuō)明，參數(shù)是如何受不同參考電壓影響的，以ADS9110 為例給出了指定的參考范圍中不同的參考電壓對(duì)于性能的影響：

以上的所述均為參考電壓范圍對(duì)于性能的影響。另一個(gè)方面，參考電壓的輸入紋波也會(huì)對(duì)器件的性能造成極大的影響。這個(gè)我后期再講。

五、 參考電流

SAR型ADC的輸入?yún)⒖级?，連接到了一組開(kāi)關(guān)電容上，在轉(zhuǎn)換周期內(nèi)開(kāi)關(guān)電容連接到了比較電路，與參考電壓比較，進(jìn)行快速的充電和放電，對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)換周期中，輸入?yún)⒖茧娏髯畲蟮哪莻€(gè)值，作為內(nèi)部電容充電的起始位（關(guān)于SAR型ADC的具體詳細(xì)工作流程請(qǐng)自行百度）。有的ADC會(huì)指出這一個(gè)參數(shù)。

這個(gè)表展示的是 ADS8881 的例子 可以看出在整個(gè)轉(zhuǎn)化中 它的典型電流值是 300μA。注意，這里的 300μA 是指的平均電流。一般在實(shí)際電流最大可以達(dá)到幾個(gè)mA，同時(shí)還需要注意的是。假如整個(gè)轉(zhuǎn)換周期為100nS，可能到達(dá)峰值之前的時(shí)間就有十幾納秒。

一般情況下我們會(huì)在輸入電容端，放置一個(gè)較大的濾波電容。以來(lái)滿足電流的快速瞬態(tài)響應(yīng)，同時(shí)參考端也會(huì)提供一個(gè)平均電流，來(lái)補(bǔ)充電容器之間的快速變化。一般情況下瞬變的時(shí)間相對(duì)較短。所以在 ADC的參考端會(huì)需要一個(gè)較寬的寬帶緩沖區(qū)。數(shù)據(jù)手冊(cè)中的參考端應(yīng)該放置何種電容（封裝，材料，容量等等）正是基于此得到的。在設(shè)計(jì)中一定不可以忽視這個(gè)問(wèn)題。

六、 非線性問(wèn)題

為了討論ADC的非線性問(wèn)題，首先需要先了解ADC的理想模型。

圖 8 理想ADC模型

這里呈現(xiàn)的是一個(gè) ADC 的理想傳輸函數(shù)水平軸表示連續(xù)的模擬輸入信號(hào) 縱軸顯示的是數(shù)字輸出代碼?？梢员徽J(rèn)為 將模擬輸入信號(hào)近似到隨其最接近的數(shù)字對(duì)應(yīng)位置。ADC的滿量程輸入范圍在數(shù)字編碼的總數(shù)上是被等量劃分的，也就是將這個(gè)圖中的紅色的虛線轉(zhuǎn)化成了階梯性的藍(lán)線 位數(shù)是指數(shù)字輸出。

在這個(gè)例子中我們有四位二進(jìn)制數(shù)字用于表示滿量程模擬信號(hào)。二進(jìn)制數(shù)字代碼數(shù)量是24即16。在本次例子中，用滿量程電壓（2V）除以16等于 0.125V 即為能測(cè)量的電壓分辨（滿量程輸入范圍為 0 到 2V 但最大可檢測(cè)的輸入電壓是 是滿量程減去一個(gè) LSB，即 1.875V ）。

差分非線性誤差

差分非線性是用來(lái)衡量實(shí)際一個(gè)LSB和一個(gè)理想LSB之間的區(qū)別。

圖 9 ADC差分非線性示意圖

圖為直觀的表示了ADC的差分非線性ED (Differential Linearity Error)從這個(gè)圖中可以看出。一些數(shù)字輸出對(duì)應(yīng)的寬度要比實(shí)際寬度長(zhǎng)（或者更短）。如果與理想代碼寬度相同，則差分非線性為零。

在某些極端情況下，當(dāng)這種誤差很大的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致完全跳過(guò)代碼的轉(zhuǎn)換。通常稱為缺失代碼。舉個(gè)例子，假設(shè)在數(shù)字4`b1000處對(duì)應(yīng)的數(shù)字量化寬度足夠?qū)挘灾劣诟采w到1001對(duì)應(yīng)的輸出，導(dǎo)致任何模擬電壓輸入ADC都無(wú)法輸出1001這個(gè)代碼。丟失代碼是很多電子系統(tǒng)中非常嚴(yán)重的問(wèn)題，因此現(xiàn)在大多數(shù)的 ADC 都會(huì)設(shè)計(jì)和測(cè)試這個(gè)參數(shù)，以保證盡量減少不確定度。

下圖是一個(gè)更加實(shí)用的 18位 AD 轉(zhuǎn)換的示例。這個(gè)圖中是將計(jì)算了數(shù)千個(gè) DNL組合在一起形成了一個(gè)圖示?？梢钥闯鲞@顆器件的DNL通常是小于0.5個(gè) LSB 的。是一個(gè)十分低噪聲的ADC。當(dāng)然了STM32 內(nèi)部的ADC的性能就要差一些了。（依據(jù)手冊(cè)通常在±1LSB最大可達(dá)±2LSB）。

積分非線性

積分非線性是用來(lái)衡量 ADC 傳遞函數(shù)與擬合直線的比較。

為了消除增益和偏置誤差，我們通常將實(shí)際ADC傳遞函數(shù)的兩個(gè)端點(diǎn)進(jìn)行擬合 在這個(gè)例子中，綠色的線就表示擬合直線。從初始代碼 0000到終止代碼 1111 對(duì)于一個(gè)理想的線性 ADC 它的擬合直線是處于傳遞函數(shù)的中間的。

然而在這個(gè)情況下可以看出被測(cè)的函數(shù)，即為藍(lán)色這條線。它偏離了線性擬合，所以具有一個(gè)正的積分非線性。與差分非線性相同積分非線性也可以表示在ADC的輸出代碼上，可以用 LSB 來(lái)表示，也可以用滿量程的百分比來(lái)表示。一般來(lái)說(shuō)這個(gè)誤差相較于積分非線性誤差來(lái)說(shuō)要大好幾倍（STM32的這兩個(gè)指標(biāo)如所示）。

12 STM32的積分非線性和差分非線性