谈谈ADC的谈谈分辨率与精度
在设计电子系统时，为确保系统达到所需的的度精度标准，深入了解系统中各个潜在的分辨误差来源是至关重要的。在信号链中，率精最重要的谈谈一个组成部分便是A/D转换器（ADC），它直接决定了系统的的度精度表现。ADC的分辨精度通常用绝对精度、相对精度和总未调整误差（TUE）来衡量，率精这也是谈谈本文的讨论重点。
一个经常让年轻工程师困惑的的度问题是：精度与分辨率之间有什么关系？例如，12位的分辨ADC是否意味着它具有12位的精度？在此前关于微分非线性（DNL）误差规范的讨论中，我们简要探讨了分辨率与精度分别如何表征ADC的率精两个不同特性。
ADC设计参数——分辨率
分辨率定义了ADC转换过程中的谈谈步进数。在理想的的度ADC中，分辨率决定了模拟输入信号能够被转换的分辨最小电压变化量。当ADC的分辨率为12位时，它能够将满量程信号划分为2^12（即4096）个离散的步进。换句话说，12位ADC可以检测到接近满量程电压的0.0244%的变化。然而，这并不意味着ADC的转换误差会小于0.0244%。
需要注意的是，分辨率通常被视为设计参数，而非性能规格。它并未考虑由非理想效应（如ADC非线性、偏移误差及增益误差）所引发的转换误差。
ADC精度：当精度低于分辨率时
在数据转换器的应用中，精度通常用位数来表示。例如，12位精度的ADC意味着转换误差小于满量程值除以2^12，换言之，转换误差小于一个最低有效位（LSB）。然而，这种表示方式并不总是精确地反映性能，因为实际的误差源（如偏移、增益和积分非线性误差）并未完全列出。实际上，ADC的精度可能低于其理论分辨率。
例如，假设我们有一个12位ADC，其偏移和增益误差已被校准。在某些特定的情况下，转换过程中的误差可能仅为10位精度，而不是12位。这是因为，尽管其理论分辨率为12位，但由于非线性误差，实际的性能只能达到10位精度。在这种情况下，转换误差的影响等同于一个10位ADC的误差。
因此，即便是12位ADC，其实际转换精度也可能大大低于12位。图例中的示例清晰地展示了这一点：在12位系统中，由于非线性误差的存在，误差的实际表现等同于10位系统的表现。
ADC精度：当精度高于分辨率时
有时，精度可能会高于分辨率。例如，在一个理想的3位ADC中，尽管分辨率较低，但其精度仍可能达到6位。这意味着，尽管3位ADC会产生较大的量化误差，其线性误差相对较低。通过进一步的数字化处理（例如使用第二级ADC进行精细转换），我们能够有效提升ADC的整体分辨率，从而弥补原本的量化误差。
这种方式常见于分段和两步ADC架构中。通过对输入信号进行粗略转换后，再使用另一ADC进行精细转换，从而提高整个系统的分辨率。这种设计方法在高速ADC中尤为重要，因为它可以在不显著增加功耗和硬件面积的情况下，实现更高的分辨率。
分段和两步ADC简介
从不同的角度看，三位ADC仍然能通过分段或两步ADC架构提升精度。在这种架构中，首先由粗略的ADC进行初步转换，确定最高有效位（MSB）。然后，残留信号由第二级精细ADC处理，从而提高分辨率。该架构可以有效节省资源，减少功耗，同时提升性能。
使用TUE评估精度——非零偏移和增益误差
精度的计算可以采用TUE规范（总未调整误差）。通过最大增益、偏移和非线性误差的平方和求根，可以评估ADC的总误差。例如，假设12位ADC的INL为3个LSB，偏移误差为2.5个LSB，增益误差为3个LSB，那么根据TUE计算公式，我们可以估算出总误差。这种方法帮助我们量化在实际应用中可能出现的误差。
除了ADC本身，系统中的其他组件（如输入驱动器和电压基准）同样可能引入误差，因此在设计时应全面考虑这些因素。
有效建议和应对措施
1、在设计ADC时，分辨率和精度的选择应根据系统的应用需求进行综合考虑。精度高于分辨率时，可以通过适当的架构设计和算法优化，获得更高的转换精度。
2、在高精度应用中，注意非线性误差、增益误差和偏移误差的影响，选择合适的误差补偿方法，使用TUE评估方法量化系统的误差源。
3、在ADC设计中，不仅要关注分辨率和精度，还应考虑功耗、硬件复杂度及转换速度的平衡，尤其在高速ADC设计中，合理的架构选择至关重要。