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3 靜態(tài)誤差來源

靜態(tài)誤差,即就是那些在轉(zhuǎn)換直流(DC)信號時影響轉(zhuǎn)換器精度的誤差,可以僅用4 個術(shù)語描述整個靜態(tài)誤差。它們是偏置誤差,增益誤差,積分非線性誤差以及微分非線性誤差。每一個可以用LSB單元表示或者有時用FSR的百分比表示。例如,對于一個8位轉(zhuǎn)換器1/2 LSB誤差對應(yīng)于0.2% FSR。

3.1 偏置誤差

偏置誤差如圖3 所示,它被定義為標(biāo)準(zhǔn)偏置點(diǎn)和實(shí)際偏置點(diǎn)之間的差值。對于ADC,當(dāng)數(shù)字輸出是零時,偏置點(diǎn)是步長中間值,對于DAC,當(dāng)數(shù)字輸入是零時,偏置點(diǎn)是步長值。這種誤差以同樣的值影響所有的編碼并且通常是通過修正處理過程來補(bǔ)償。如果不能修正,則這種誤差是指零尺度誤差。

圖3 偏置誤差

3.2 增益誤差

增益誤差如圖4 所示,它被定義為偏置誤差被修正為零后轉(zhuǎn)換函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)增益點(diǎn)和實(shí)際增益點(diǎn)之間的差值。對于ADC,當(dāng)數(shù)字輸出是全標(biāo)度時增益點(diǎn)是步長中間值,對于DAC,當(dāng)數(shù)字輸入是全標(biāo)度時,增益點(diǎn)是步長值。這種誤差表示實(shí)際轉(zhuǎn)換函數(shù)和理想轉(zhuǎn)換函數(shù)斜率的差值以及每一步長中相應(yīng)的同一百分比誤差。通常這種誤差同樣可以通過修正的方法調(diào)整到零。

圖4 增益誤差

3.3 微分非線性(DNL)誤差

微分非線性誤差如圖5 所示(有時視為簡單的微分線性),它是實(shí)際步寬(對ADC)或者步長高度(對DAC)和1LSB理想值之間的差值。因此,如果步長的寬度或者高度剛好是1LSB,那么微分非線性誤差就是零。如果DNL超過了1LSB,那么轉(zhuǎn)換器可能是非單調(diào)的。這意味著在輸入幅度增大的情況下,輸出幅度反而變小。在A D C中,也有可能丟失編碼等,2n個二進(jìn)制編碼中的一個或多個將永遠(yuǎn)不會輸出。

圖5 微分非線性誤差

3.4 積分非線性(INL)誤差

積分非線性誤差如圖6所示(有時視為簡單的線性誤差),它是實(shí)際轉(zhuǎn)換函數(shù)和理想直線的偏差。這條直線可以是一條最理想的線,從而最小化偏差;也可以是在增益和偏置誤差被消除的前提下,連接函數(shù)端點(diǎn)之間的一條線。第二種方法叫做端點(diǎn)線性度,它是定義中普遍采用的,因?yàn)樗梢员桓苯拥尿?yàn)證。

對于ADC,偏離量是按照轉(zhuǎn)換函數(shù)從一個步長到下一個步長來度量的,對于DAC偏離量是按照步長函數(shù)之間的差值來度量的。積分非線性誤差的名字源于自下而上到某特定步長時微分非線性誤差的總和。

圖6 積分非線性誤差

3.5 絕對精度誤差

ADC的絕對精度或者總誤差如圖7 所示,是指模擬值和理想步長中間值之間差的最大值。它包括偏置誤差、增益誤差及積分非線性誤差,以及在ADC時的量化誤差。

圖7 絕對精度誤差

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