ad转换误差来源

AD转换过程中的误差来源多种多样，可以归纳为以下几个方面：

量化误差：
- 本质来源： 这是AD转换过程固有的误差，无法完全消除。
- 原因： 模拟信号是连续变化的，而数字输出是离散的有限值（由ADC的分辨率决定，如8位、12位、16位）。ADC只能将输入电压映射到最接近的离散量化电平上。实际输入电压与它所代表的量化电平中心值之间的差值就是量化误差。
- 特点： 误差范围在 ±½ LSB（最低有效位）之间。提高ADC的分辨率（增加位数）可以减小量化误差。
非线性误差：
- 积分非线性： 衡量ADC在整个输入范围内的实际转换函数（步长中心点的连线）偏离理想直线的程度。理想情况下，步长中心点应严格落在一条直线上。INL表示实际中心点偏离这条理想直线的最大值，单位为LSB。
- 差分非线性： 衡量ADC相邻两个输出码对应的实际输入电压步长（即实际LSB大小）与理想步长（1 LSB）的差值。理想情况下，每一步都应该正好是1 LSB宽。DNL > 1 LSB 可能导致漏码（某个数字输出码永远不会出现），DNL < 0 LSB 意味着码宽重叠。
- 原因： 主要由ADC内部电路（如电阻网络、比较器阵列、电容阵列）的制造失配、元件非线性、开关电荷注入效应等引起。
偏移误差：
- 描述： 也称为失调误差。指ADC的输入-输出转换曲线在水平方向（电压轴）上的整体平移。即当输入为零时，ADC的输出码不为零；或者对于差分ADC，当输入差分电压为零时，输出码不为中间值。
- 原因： 内部比较器、放大器等电路的输入失调电压、电流失配等。
增益误差：
- 描述： ADC输入-输出转换曲线的斜率与理想斜率的偏差。即使偏移误差为零，整个曲线的倾斜角度发生了变化。
- 原因： 参考电压源精度、放大器增益误差、内部电阻比例失配等。
参考电压误差：
- 描述： ADC需要一个精确的参考电压作为量化基准。参考电压的精度、稳定性（温漂、时漂）、噪声以及驱动能力直接影响转换结果的准确性。
- 原因： 参考电压源自身的初始误差、温度系数不佳、负载调整率差、电源抑制比差、输出噪声大等。
- 影响： 直接影响增益误差和整体转换精度。
采样与保持误差：
- 孔径不确定度： 采样时钟边沿的抖动（时间不确定性）导致实际采样时刻发生微小变化。当输入信号变化较快时，这会引入电压误差（ΔV = dV/dt * Δt）。
- 保持电压下降： 在保持阶段，保持电容会通过开关的关断电阻或运算放大器的输入偏置电流产生微小的电荷泄漏，导致保持的电压值略微下降。
- 建立时间不足： 输入信号在采样开关闭合后未能充分稳定到最终值，导致采样值不准确。这与输入信号变化率和采样开关的建立时间有关。
- 开关电荷注入： 采样开关断开时，沟道电荷会注入到保持电容上，引起电压跳变（误差）。
- 时钟馈通： 采样时钟信号通过开关的栅源/栅漏电容耦合到保持电容上。
噪声：
- 热噪声： 电阻元件中电子热运动产生的随机电压波动。
- 散粒噪声： 半导体器件中载流子随机穿越势垒产生的电流波动。
- 闪烁噪声： 主要在低频段，与材料和工艺有关。
- 量化噪声： 本质上就是量化误差，由于其随机特性，也常被视为一种噪声源（在过采样等应用中尤为明显）。
- 电源噪声： 电源线上的纹波耦合到ADC模拟电路或参考电压源上。
- 数字耦合噪声： ADC内部的数字电路（时钟、逻辑、输出驱动器）的快速开关产生的噪声耦合到敏感的模拟部分或参考电压上。
- 外部干扰： 来自系统其他部分或外部环境的电磁干扰。
动态误差：
- 混叠： 当输入信号频率超过奈奎斯特频率（采样频率的一半）时，高频分量会被错误地折叠到低频带中，造成无法恢复的失真。必须使用抗混叠滤波器滤除高于奈奎斯特频率的信号成分。
- 有限转换速率： ADC需要时间来执行转换。对于快速变化的输入信号，在转换期间信号发生了变化，导致转换结果不准确。
- 失真：
  - 谐波失真： ADC的非线性特性导致输出中出现输入信号频率整数倍的虚假分量（谐波）。
  - 互调失真： 当两个不同频率的信号同时输入时，由于非线性特性，在输出中会产生原始频率的和频、差频等虚假分量。
输入阻抗与驱动问题：
- 输入电流： ADC模拟输入端通常有偏置电流和漏电流。如果信号源内阻较大，这些电流流过源阻抗会产生附加的电压误差。
- 输入电容变化： 某些ADC（如逐次逼近型ADC）的输入电容在采样和转换阶段会发生变化，如果信号源驱动能力不足或响应慢，会引起信号扰动和失真。
- 信号源驱动能力不足： 无法在采样开关闭合的短时间内为输入电容提供足够的充电电流，导致建立时间过长或采样值不准确。
温度漂移：
- 描述： 偏移误差、增益误差、INL、DNL、参考电压精度等参数会随环境温度变化而发生漂移。
- 原因： 半导体器件参数（如Vbe, Vt, β, Rds(on)）、电阻值、电容值等都随温度变化。
电源抑制比不足：
- 描述： ADC的输出或精度对电源电压波动的敏感程度。PSRR不足时，电源纹波会直接调制到转换结果中。