了解ADC差分非線性（DNL）錯誤

電子愛好者IT · 發(fā)表于 2024-9-9 16:52:48

了解可能影響系統(tǒng)響應(yīng)的缺陷，即ADC的非線性，即微分非線性（DNL）和積分非線性（INL）規(guī)范。

本文引用地址：https://www.eepw.com.**/article/202409/462774.htm

真實世界的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）的傳遞函數(shù)可能由于諸如偏移和增益誤差的影響而偏離理想響應(yīng)。另一個可能影響系統(tǒng)響應(yīng)的缺陷是ADC的非線性。不同的規(guī)格通常用于表征ADC的線性。對于測量和控制應(yīng)用，微分非線性（DNL）和積分非線性（INL）規(guī)范是有用的性能指標(biāo)。然而，當(dāng)處理通信系統(tǒng)時，雜散自由動態(tài)范圍（SFDR）規(guī)范通常是評估ADC線性性能

的更好方法。

微分非線性（DNL）

深入來看，讓我們來看圖1中的藍色曲線，它顯示了3位單極ADC的理想傳遞函數(shù)。

顯示3位單極ADC理想傳遞函數(shù)的示例。

•圖1。顯示3位單極ADC理想傳遞函數(shù)的示例。

理想的響應(yīng)表現(xiàn)出均勻的梯段輸入輸出特性，這意味著每個轉(zhuǎn)變都發(fā)生在前一個轉(zhuǎn)變的1LSB（最低有效位）。實際上，臺階寬度可能與理想值（1LSB）不同。上面的紫色曲線顯示了假設(shè)的ADC的響應(yīng)，其中步驟不均勻。在這個例子中，代碼010的寬度是1.25LSB，而下一個代碼呈現(xiàn)更小的0.54LSB的寬度。DNL規(guī)范描述了ADC步距如何偏離理想值。

對于ADC，第k個代碼的DNL由以下方程式定義：

其中W（k）和Wideal分別表示第k個碼的寬度和理想步長。舉個例子，對于上圖中的代碼1（或001），我們有：

這意味著代碼1的寬度比理想值大0.125 LSB。代碼3（或011）具有0.54 LSB的寬度，產(chǎn)生-0.46 LSB的負DNL。注意，非理想代碼轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致“代碼缺失”

例如，上述ADC不產(chǎn)生任何輸入值的代碼5（101）。對于缺少的代碼，我們可以假設(shè)步長為零，導(dǎo)致DNL為-1。最后，在我們的例子中，代碼6（110）具有理想的寬度，即DNL（6）＝0。當(dāng)計算DNL值時，我們假設(shè)ADC的偏移和增益誤差已經(jīng)被校準(zhǔn)掉。這意味著第一個和最后一個轉(zhuǎn)變發(fā)生在理想值處，并且因此對于第一個和最后一個步驟不定義DNL誤差。

使用ADS8860表示ADC數(shù)字降噪信息

我們可以將上述信息表示為針對代碼值的DNL圖。對于以上實例，我們得出以下圖。

DNL與代碼值的關(guān)系圖。

•圖2。DNL與代碼值的關(guān)系圖。

DNL通常也表示為所有代碼中的最小值和最大值。我們假設(shè)的ADC的DNL介于-1 LSB和+1.1 LSB之間。

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