ADC 增益误差Gain Error详解及校准Calibration

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ADC 增益误差Gain Error详解及校准Calibration

        增益误差是指ADC实际传输特性曲线和理想传输特性曲线的偏差程度。增益误差的单位是%FSR（满量程值）。如果没有校准，那么增益误差会限制信号输出的准确性。例如，一个16位的ADC，增益误差为±0.2%，意味着在最大ADC输出时，会带来7位（131）的误差。 存在疑义？？？？

        如上图所示，红线为理想ADC的传输特性曲线，蓝线为实际ADC的传输特性曲线（注意，两条曲线没有考虑其它信号源所带来的误差和非线性）。对于一个理想的ADC来说，如果模拟输入和数字输出在x轴和y轴增量相等，则它们之间便的传输特性便如图中红色虚线所示（k=1）。然而，实际的ADC传输特性并非如此，蓝色虚线的增量系数并不等于1。红色和蓝色虚线的差值，便是Gain error。因此，就需要校准来尽量减小或消除增益误差。消除的办法，可以采用两点或多点校准的办法进行。

校准ADC增益误差的办法

        校准ADC增益误差需要一个准确的基准（通常为Band gap Ref）。对于一个实际的ADC来说，传输特性曲线并非是一条直线。换句话说，ADC输出和输入并不是线性关系。如下图所示。

最常用的一种校准方法是两点标定法。

        这一方法假定ADC传输特性是一条直线。这种方法对于低输入是一个很好的选择，并有效地降低校准的成本。在两点标定中，一个点可以选在AD输入的最低点，另一个选在接近最高点处。

举例来说，一个单端输入的ADC，输入范围为0-2.2V，我们可以采用一个基准为Vref1=0V和一个为Vref2=2.049V的来进行校准。

校准公式为：

增益系数=（Vref2时实际输出- Vref1时实际输出）/（Vref2时理想输出- Vref1时理想输出）

例如，一个输出对于一个Vref时的实际输出为99，而增益系数通过计算为0.008，则实际输出为99*1.008=99.792.  另外一种方法是多点标定法，就是采用将ADC输入范围划分成不同的区间，每个区间上用两点标定的方法进行。此处不再赘述。