1.2 ADC基础指标

1.2.1 静态指标

ADC用于实现模拟量到数字量的转换。由于模拟量是连续无限分布的，而数字量是离散有限分布的，那么模/数转换必定会造成一定的误差，该误差被称为量化误差（Quantization Error）。图1-2所示为一个典型的3位理想ADC的传输特性曲线与量化误差曲线。根据数字量转变点与模拟输入之间的关系，有两种形式的ADC传输特性曲线。图1-2（a）所示的Mid-Tread形式，数字量的转变点对应模拟输入的非整数值，如0.5Δ、1.5Δ、2.5Δ等；图1-2（b）所示的Mid-Rise形式，数字量的转变点对应模拟输入的整数值，如Δ、2Δ、3Δ等。图中每一个数字量对应一段模拟输入。该模拟输入长度取决于两个转变点相隔的距离，比如与图1-2（a）中数字量“100”对应的模拟输入是转变点T₀₀₁和T₁₀₀。每一个数字量对应的宽度称为该码的码宽。理想情况下，所有数字码的码宽都为Δ，也记作1LSB（Least-Significant Bit，最低有效位）。1LSB也就是该ADC能够分辨的最小模拟输入电压，定义为模拟精度。在一定模拟输入范围内，量化误差保持为-0.5LSB～+0.5LSB，将该范围定义为模拟输入范围。Mid-Tread ADC的模拟输入范围为-0.5Δ～7.5Δ；Mid-Rise ADC的模拟输入范围为0～8Δ。Mid-Tread ADC的模拟输入与Mid-Rise ADC的模拟输入相比，需要向左平移0.5Δ，以保证两者的量化误差都集中在-0.5LSB～+0.5LSB。

图1-2 典型的3位理想ADC的传输特性曲线与量化误差曲线

图1-3说明实际ADC与理想ADC相比的各种误差。

（1）输入失调误差（Offset Error）：图1-3（a）中的Offset即为ADC的输入失调电压。由于各种非理想效应导致实际ADC零数字码对应的模拟输入电压与理想ADC零数字码对应的模拟输入电压的偏差称为输入失调电压。

（2）增益误差（Gain Error）：图1-3（a）中的Gain1为理想ADC的等效增益，Gain2为实际ADC的等效增益。两者的偏差就是增益误差。图1-3（a）中增益曲线可以通过使得量化误差能量最小化拟合得到。

输入失调误差与增益误差是线性误差，不会造成ADC的信噪比变差。因此，在分析ADC非线性误差时，首先通过平移、增益转换等操作去除输入失调电压与增益误差的影响，得到如图1-3（b）所示的ADC传输特性曲线。

（3）微分非线性误差（Differential Non-Linearity，DNL）：图1-3（b）中实际ADC的每个数字输出对应码宽与理想ADC的码宽之间的差距就是DNL。最小的DNL为-1LSB，表示该码无法输出。

图1-3 实际ADC与理想ADC相比的各种误差

（4）积分非线性误差（Integral Non-Linearity，INL）：图1-3（b）中实际ADC的每一个数字码左侧转变点与理想ADC同一个码左侧转变点的差距即为INL。INL是该码之前所有码的DNL之和。对于码k，INL_k为

（5）失码（Missing Code）：如果某一个码没有出现在ADC的输出中，就称发生失码。如图1-3（b）中码“011”即为失码，“011”对应的DNL为-1LSB。

（6）失电平（Missing Level）：如果某一个码对应的ADC输入大于Δ，那么大于Δ的那部分模拟电压对应到了同一个码，无法准确判断该码对应的模拟输入范围。这种情况称为失电平。

（7）单调性（Monotonicity）：ADC输出曲线是否单调上升被称为单调性。图1-3中实际ADC符合单调性要求。