ADC誤差產(chǎn)生的原因（二）

上篇文章中介紹了ADC自身轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差，本篇文章來介紹下外部原因?qū)е碌腁DC誤差。

參考電壓噪聲

參考電壓/電源調(diào)節(jié)

電源調(diào)節(jié)對(duì)于ADC精度十分重要，因?yàn)檗D(zhuǎn)換結(jié)果是模擬輸入電壓與VREF+值之比。當(dāng)連接到VDDA或VREF+時(shí)，如果這些輸入上的負(fù)載及其輸出阻抗導(dǎo)致電源輸出下降，將在轉(zhuǎn)換結(jié)果中產(chǎn)生誤差。

其中N是ADC分辨率（在本例中，N = 12）。如果參考電壓變化，數(shù)字結(jié)果也將發(fā)生變化。

例如： 如果所用電源的參考電壓為3.3 V且VAIN = 1 V，則數(shù)字輸出為：

如果電源提供的電壓等于3.292 V（在其輸出連接到VREF+后），則：

壓降產(chǎn)生的誤差為：0x4DC – 0x4D9 = 3 LSB。

外部參考電壓參數(shù)

當(dāng)使用外部參考電壓源（VREF+引腳上）時(shí)，該外部參考源有一些重要參數(shù)。必須考慮三個(gè) 參考電壓規(guī)格：溫度漂移、電壓噪聲和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

模擬輸入信號(hào)噪聲

在采樣時(shí)間內(nèi)，小而高頻率的信號(hào)變化可導(dǎo)致較大轉(zhuǎn)換誤差。此噪聲由電氣設(shè)備（例如電 機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火、電源線）生成。它增加了不需要的信號(hào)，因此會(huì)影響源信號(hào)（例如傳感 器）。這樣一來，導(dǎo)致ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果不準(zhǔn)確。

最大輸入信號(hào)幅度的ADC動(dòng)態(tài)范圍匹配不佳

為獲得最高ADC轉(zhuǎn)換精度，ADC動(dòng)態(tài)范圍必須與待轉(zhuǎn)換信號(hào)的最大幅度相匹配。我們假設(shè)待轉(zhuǎn)換信號(hào)在0 V與2.5 V之間變化，并且VREF+等于3.3 V。ADC轉(zhuǎn)換的最大信號(hào)值為3102 （2.5 V），如下圖所示。在本例中，有993個(gè)未使用轉(zhuǎn)換（4095 – 3102 = 993）。這意味著轉(zhuǎn)換后信號(hào)精度下降。

在源和引腳之間的模擬信號(hào)源的阻抗或串聯(lián)電阻（RAIN），可能會(huì)因?yàn)榱魅胍_的電流而導(dǎo)致其上的電壓降。通過電阻為RADC的開關(guān)控制內(nèi)部采樣電容（CADC）的充電。添加了源電阻（RADC）后，保持電容充滿電所需的時(shí)間延長(zhǎng)。下圖所示為模擬信號(hào)源電阻的影響

CADC的有效充電受RADC+RAIN控制，因此，充電時(shí)間常量為tc =（RADC+RAIN）× CADC。如果采樣時(shí)間短于通過RADC + RAIN將CADC充滿電所需的時(shí)間（ts < tc），則ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字值小于實(shí)際值。

PCB源電容和寄生電容的影響

在轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)時(shí)，必須考慮源電容和模擬輸入引腳上的寄生電容。源電阻和電容構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)。此外，ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果可能不準(zhǔn)確，除非將外部電容（CAIN + Cp）完全充滿至輸入電壓值。（CAIN + Cp）值越大，源頻率越有限。外部源電容和寄生電容分別用CAIN和Cp表示。

注入電流的影響

任何模擬引腳（或緊鄰的數(shù)字輸入引腳）上的負(fù)注入電流都可能在ADC輸入中產(chǎn)生泄漏電流。最壞情況是相鄰模擬通道。當(dāng)VAIN < VSS時(shí)，產(chǎn)生負(fù)注入電流，導(dǎo)致電流從I/O引腳流出。

溫度影響

溫度對(duì)ADC精度有重要影響。它主要產(chǎn)生兩種重要誤差：偏移誤差漂移和增益誤差漂移。這些誤差可以在微控制器固件中得到補(bǔ)償。

I/O引腳串?dāng)_

由于I/O之間的電容耦合，切換I/O可能會(huì)在ADC的模擬輸入中產(chǎn)生一些噪聲。彼此距離很近或交叉的PCB走線可能會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。 

內(nèi)部切換數(shù)字信號(hào)和I/O會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲。由于電流浪涌，切換高灌電流I/O可能導(dǎo)致電源 電壓小幅下降。PCB上與模擬輸入走線交叉的數(shù)字走線可能影響模擬信號(hào)。

EMI產(chǎn)生的噪聲

鄰近電路產(chǎn)生的電磁輻射可能在模擬信號(hào)中產(chǎn)生高頻噪聲，此時(shí)PCB走線相當(dāng)于天線。

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文檔來源：how-to-get-the-best-adc-accuracy-in-stm32-microcontrollers-stmicroelectronics.pdf

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