【導讀】本篇文章列出了影響模數轉換精度的主要誤差。這些類(lèi)型的誤差存在于所有模數轉換器中，轉換質(zhì)量將取決于它們的消除情況。STM32微控制器數據手冊的ADC特性部分規定了這些誤差 值。規定了STM32 ADC的不同精度誤差類(lèi)型。為便于參考，將精度誤差表達為1 LSB的倍數。
01、前言
本篇文章列出了影響模數轉換精度的主要誤差。這些類(lèi)型的誤差存在于所有模數轉換器中，轉換質(zhì)量將取決于它們的消除情況。STM32微控制器數據手冊的ADC特性部分規定了這些誤差 值。規定了STM32 ADC的不同精度誤差類(lèi)型。為便于參考，將精度誤差表達為1 LSB的倍數。就電壓而言，分辨率取決于參考電壓。通過(guò)將LSB數乘以1 LSB對應的電壓來(lái)計算電壓誤差。
02、ADC自身導致的誤差
偏移誤差
偏移誤差是第一次實(shí)際轉換和第一次理想轉換之間的偏離。第一次轉換發(fā)生在數字ADC輸出 從0變?yōu)?時(shí)。理想情況下，當模擬輸入介于0.5 LSB和1.5 LSB之間時(shí)，數字輸出應為1。仍然是理想情況下，第一次轉換發(fā)生在0.5 LSB處。用EO表示偏移誤差?？赏ㄟ^(guò)應用固件輕松校準偏移誤差。
示例：
對于STM32 ADC，電壓的最小可檢測增量變化用LSB表示為：
1 LSB = VREF+/4096（在某些封裝上，VREF+ = VDDA）
如果 VREF+=3.3 V，則在理想情況下， 402.8 µV（0.5 LSB = 0.5 × 805.6 µV）的輸入應導致生成數字輸出 1。但實(shí)際上，ADC可能仍然提供讀數 0。如果從550 µV的模擬輸入獲得 數字輸出 1，則：
偏移誤差 = 實(shí)際轉換 – 理想轉換
EO = 550 µV – 402.8 µV = 141.2 µV
EO = 141.2 µV / 805.6 µV = 0.17 LSB
當大于0.5 LSB的模擬輸入電壓生成第一次轉換時(shí)，偏移誤差為正。如下圖：
當小于0.5 LSB的模擬輸入電壓生成第一次轉換時(shí)，偏移誤差為負。如下圖：
增益誤差
增益誤差是最后一次實(shí)際轉換和最后一次理想轉換之間的偏離。增益誤差用EG表示。最后一次實(shí)際轉換是從0xFFE到0xFFF的轉換。
理想情況下，當模擬輸入等于VREF+ – 0.5 LSB時(shí)，應存在從0xFFE到0xFFF的轉換。因此對于VREF+= 3.3 V，最后一次理想轉換應發(fā)生 在3.299597 V處。如果ADC提供VAIN < VREF+ – 0.5 LSB的0xFFF讀數，將獲得負增益誤差。
示例
按以下公式計算增益誤差：
EG = 最后一次實(shí)際轉換 – 理想轉換
如果VREF+ = 3.3 V且VAIN = 3.298435 V時(shí)生成從0xFFE到0xFFF的轉換，則：
EG = 3.298435 V – 3.299597 V
EG = –1162 µV
EG = （–1162 µV / 805.6 V） LSB = –1.44 LSB
如果VAIN等于VREF+時(shí)沒(méi)有得到滿(mǎn)量程讀數（0xFFF），則增益誤差為正。
正增益誤差的表示方法：
負增益誤差的表示方法：
微分線(xiàn)性誤差
微分線(xiàn)性誤差（DLE）為實(shí)際步進(jìn)和理想步進(jìn)之間的最大偏離。這里的“理想情況”不是指理想傳輸曲線(xiàn)，而是指ADC分辨率。在下圖中，用ED表示DLE。
ED = 實(shí)際步寬 – 1 LSB
理想情況下，1 LSB的模擬輸入電壓變化量應導致數字代碼變化。如果需要大于1 LSB的模擬輸入電壓才能導致數字代碼變化，將觀(guān)察到微分線(xiàn)性誤差。因此，DLE對應于從一個(gè)數字代 碼變?yōu)橄乱粋€(gè)數字代碼所需的最大額外電壓。DLE也稱(chēng)為微分非線(xiàn)性（DLE）誤差。
示例
給定數字輸出應對應于模擬輸入范圍。理想情況下，步寬應為1 LSB。我們假設1.9998 V至 2.0014 V模擬輸入電壓范圍內的數字輸出相同，則步寬為：2.0014 V – 1.9998 V = 1.6 mV。因此，ED等于較高（2.0014 V）和較低（1.9998 V）模擬電壓之間的電壓差減去1 LSB所對應的電壓。
如果VREF+ = 3.3 V，則1.9998 V（0x9B1）的模擬輸入可提供介于0x9B0和0x9B2之間的結 果。同樣地，2.0014 V（0x9B3）的輸入可提供介于0x9B2和0x9B4之間的結果。因此，0x9B2步進(jìn)所對應的總電壓變化量為：
0x9B3 – 0x9B1
即 2.0014 V – 1.9998 V = 1.6 mV （1660 µV）
ED = 1660 µV – 805.6 µV
ED = 854.4 µV
ED = （854.4 µV/805.6 µV） LSB
ED = 1.06 LSB
假設當步寬小于1 LSB時(shí)，電壓高于2.0014 V不會(huì )導致0x9B2數字代碼，則ED為負。
積分線(xiàn)性誤差
積分線(xiàn)性誤差為任何實(shí)際轉換和端點(diǎn)相關(guān)線(xiàn)間的最大偏離。在下圖中，用EL表示ILE。端點(diǎn)相關(guān)線(xiàn)可以定義為A/D傳輸曲線(xiàn)上連接第一次實(shí)際轉換與最后一次實(shí)際轉換的線(xiàn)。EL是指與每一次轉換的這條線(xiàn)的偏離。因此，端點(diǎn)相關(guān)線(xiàn)對應于實(shí)際傳輸曲線(xiàn)并且與理想傳輸曲線(xiàn)不相關(guān)。ILE也稱(chēng)為積分非線(xiàn)性（INL）誤差。ILE是整個(gè)范圍內DLE的積分。
示例
如果從 0 到 1 的第一次轉換發(fā)生在 550 µV 處并且最后一次轉換（0xFFE 到 0xFFF）發(fā)生在 3.298435 V（增益誤差）處，則傳輸曲線(xiàn)上連接實(shí)際數字代碼 0x1 和 0xFFF 的線(xiàn)為端點(diǎn)相關(guān)線(xiàn)。
總未調整的誤差
總未調整誤差（TUE）為實(shí)際和理想傳輸曲線(xiàn)間的最大偏離。此參數指定可能發(fā)生的會(huì )導致理想數字輸出與實(shí)際數字輸出之間最大偏離的總誤差。TUE是記錄到的任何輸入電壓的理想預期值與從ADC獲得的實(shí)際值之間的最大偏離。在下圖中，用ET表示TUE。TUE不是EO、EG、EL與ED之和。偏移誤差影響較低電壓的數字結果，而增益誤差影響較高電壓的數字輸出。
示例
如果VREF+ = 3.3 V且VAIN = 2 V，則理想結果為0x9B2。但是，如果得到的轉換結果為0x9B4， 由于DLE和ILE同時(shí)發(fā)生，因此偏離可能源于偏移。
TUE = 絕對（實(shí)際值 – 理想情況值）
= 0x9B4 – 0x9B2 = 0x2 = 2 LSB
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