一文介绍ADC的DC指标

ADC (Analog Digital Converter) 用来将连续的模拟信号转化成离散的数字信号，从而将数字信号给处理器进一步作数字域的处理。本章以SAR ADC ADS8688为例介绍ADC的 DC指标。

1.Input Capacitance对于SAR ADC来说，芯片内第一级结构是采样保持电路，如下图的RSH和CSH构成。

通过ADS8688的数据手册描述(如上图)：

During sampling(采样周期)：当进行采样时 ，输入端的Sample and Hold开关闭合，Ci= 75pF ,输入信号通过RSH对CSH进行充电 ，CSH对输入端信号进行采样保持。During conversion(转换周期)：在保持(转换)模式下 ，输入端的Sample and Hold 开关断开， ADC 开始转换采样的信号。在保持模式下输入电容等于输入ESD二极管的寄生电容，这里ADS8688是5pF。

对于ADC的输入电容，可以明确前级运放驱动的容性负载值大小。

运算放大器稳定性-双反馈回路

2.Input lmpedanceADC的输入阻抗与内部结构相关，有的ADC内部集成PGA，有的在输入直接加大电阻。下图是ADS8688的内部输入阻抗示意图，输入端添加了1MΩ的大电阻。

知道了ADC输入阻抗后，在ADC输入的前端很多工程师会外加电阻(抗混叠RC)，都需要小心了。因为这个额外增加的外部电阻会与ADC的输入阻抗形成分压网络，从而使得ADC的实际输入变成：

VIN×ADC输入阻抗/(ADC输入阻抗+外部电阻)

3.Reference Input Voltage参考电压在ADC数模转换的过程扮演着桥梁的作用，为ADC的输入模拟电压提供一个恒定参考。如下图是ADS8688的FSR(Full-scale input range),输入模拟量以参考电压为基准确定。

ADC在系统设计合理的情况下其全温度范围内的精度主要受参考电压的影响。ADS8688内置电压基准4.096V(TYP)。其温飘10ppm/℃(MAX),即当工作温度变化范围100℃时将会带来基准电压0.1%的精度误差。(这部分需要确认是否满足整体设计目标，一般核算的整体精度误差最好满足设计目标的30%~50%。)

对于需要外加参考的ADC，首先确认ADC 参考电压的输入范围，例如下图的ADS1255。其参考电压范围支持0.5~2.6V工作，外部电压基准IC可选REF30xx系列小于2.6V 的挡位。如需更高精度可选REF50XX系列。

4.Offset Error

Offset Error(偏置误差)是指实际ADC的传递函数与理想ADC的传递函数在零点到最低有效位(LSB)测量的转换之间的偏差。简单理解就是实际的 输出码值-输入模拟量曲线与理想曲线在零点的偏移量。

如下图，Ideal ADC是理想ADC的函数关系，Actual ADC 是实际ADC的输入输出关系。第一个码值转换(从000到001)实际与理想的偏移值就是offset error。

5.Gain Error

Gain Error 增益误差是实际ADC的传递函数与理想ADC的传递函数在最大码值即满量程处的偏差。

6.DNL(Differential Non-linearity)差分非线性(DNL)定义为实际传递函数和理想传递函数之间的最大和最小步长差。

当DNL 小于±1 LSB不会产生误码，(一般设计系统指标的分辨率是远大于一个LSB的)，如下是ADS8688的DNL。

7.INL(Integral Non-linearity)

积分非线性(INL)定义为实际曲线和理想曲线之间的最大垂直差。它表示实际曲线与理想传递曲线的偏差量。

通过描述DNL 与 INL的曲线对比可以发现，DNL的分布决定了ADC的INL。负的DNL将实际曲线升高到理想曲线之上，对应此处的INL是正的。如下是ADS8688的INL。

通过以上对ADC DC 的几个指标描述，我们可以选择符合系统设计的ADC并且合理设计ADC的外围电路。