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當(dāng)選擇模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)時，最低有效位(LSB)這一參數(shù)的含義是什么？有位工程師告訴我某某生產(chǎn)商的某款12位轉(zhuǎn)換器只有7個可用位。也就是說，所謂12位的轉(zhuǎn)換器實際上只有7位。他的結(jié)論是根據(jù)器件的失調(diào)誤差和增益誤差參數(shù)得出的，這兩個參數(shù)的最大值如下： 失調(diào)誤差 =±3LSB，增益誤差 =±5LSB， 乍一看，覺得他似乎是對的。從上面列出的參數(shù)可知最差的技術(shù)參數(shù)是增益誤差(±5 LSB)。進(jìn)行簡單的數(shù)學(xué)運算，12位減去5位分辨率等于7位，對嗎？果真如此的話，ADC生產(chǎn)商為何還要推出這樣的器件呢？增益誤差參數(shù)似乎表明只要購買成本更低的8位轉(zhuǎn)換器就可以了，但看起來這又有點不對勁了。正如您所判斷的，上面的說法是錯誤的。 讓我們重新來看一下LSB的定義�？紤]一個12位串行轉(zhuǎn)換器，它會輸出由1或0組成的12位數(shù)串。通常，轉(zhuǎn)換器首先送出的是最高有效位(MSB)(即LSB + 11)。有些轉(zhuǎn)換器也會先送出LSB。在下面的討論中，我們假設(shè)先送出的是MSB(如圖1所示)，然后依次送出MSB-1 (即 LSB + 10)和MSB -2(即LSB + 9)并依次類推。轉(zhuǎn)換器最終送出MSB -11(即LSB)作為位串的末位。 LSB這一術(shù)語有著特定的含義，它表示的是數(shù)字流中的最后一位，也表示組成滿量程輸入范圍的最小單位。對于12位轉(zhuǎn)換器來說，LSB的值相當(dāng)于模擬信號滿量程輸入范圍除以212 或 4,096的商。如果用真實的數(shù)字來表示的話，對于滿量程輸入范圍為4.096V的情況，一個12位轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的LSB大小為1mV。但是，將LSB定義為4096個可能編碼中的一個編碼對于我們的理解是有好處的。 讓我們回到開頭的技術(shù)指標(biāo)，并將其轉(zhuǎn)換到滿量程輸入范圍為4.096V的12位轉(zhuǎn)換器中： 失調(diào)誤差 = ±3LSB =±3mV， 增益誤差 =±5LSB = ±5mV， 這些技術(shù)參數(shù)表明轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過程引入的誤差最大僅為8mV(或 8個編碼)。這絕不是說誤差發(fā)生在轉(zhuǎn)換器輸出位流的LSB、LSB-1、LSB-2、LSB-3、LSB-4、LSB-5、LSB-6和 LSB-7 八個位上，而是表示誤差最大是一個LSB的八倍(或8mV)。準(zhǔn)確地說，轉(zhuǎn)換器的傳遞函數(shù)可能造成在4,096個編碼中丟失最多8個編碼。丟失的只可能是最低端或最高端的編碼。例如，誤差為+8LSB ((+3LSB失調(diào)誤差) + (+5LSB增益誤差)) 的一個12位轉(zhuǎn)換器可能輸出的編碼范圍為0 至 4,088。丟失的編碼為4088至4095。相對于滿量程這一誤差很小僅為其0.2%。與此相對，一個誤差為-3LSB((-3LSB失調(diào)誤差)—(-5LSB增益誤差))的12位轉(zhuǎn)換器輸出的編碼范圍為3至4,095。此時增益誤差會造成精度下降，但不會使編碼丟失。丟失的編碼為0、1和2。這兩個例子給出的都是最壞情況。在實際的轉(zhuǎn)換器中，失調(diào)誤差和增益誤差很少會如此接近最大值。 在實際應(yīng)用中，由于ADC失調(diào)或增益參數(shù)的改進(jìn)而使性能提升的程度微不足道，甚至可以忽略。但是，對于那些將精度作為一項設(shè)計目標(biāo)的設(shè)計人員來說，這種假設(shè)太過絕對。利用固件設(shè)計可以很容易地實現(xiàn)數(shù)字校準(zhǔn)算法。但更重要的是，電路的前端放大/信號調(diào)理部分通常會產(chǎn)生比轉(zhuǎn)換器本身更大的誤差。 通過上面的討論可以對本文開頭提到的錯誤結(jié)論有一個更為全面而清晰的認(rèn)識。事實上，上述的12位轉(zhuǎn)換器的精度約為11.997位。采用微處理器或單片機(jī)可以利用簡單的校準(zhǔn)算法消除這種失調(diào)和增益誤差，這對設(shè)計人員來說無疑是個好消息。 |
