了解 ADC 代码错误率

随着高速模数转换器 (ADC) 采样率的提高，ADC 输出数据中的代码错误（也称为闪烁代码）问题也随之增加。代码错误定义为 ADC 输出代码中超出定义阈值的错误。阈值通常定义为误差超过 ADC 噪声预期幅度的水平，以便在存在噪声的情况下可以轻松识别误差。

另一种解释误差阈值定义的方法是，给定 ADC 假定的高斯分布噪声，误差幅度出现的概率超过该幅度的预期概率。 图 1 显示了在 ADC 的输出样本中发现的示例代码错误。与理想的正弦波拟合相比，错误样本清晰可见，远远超过图中其他样本的噪声。

图 1：带有代码错误的 ADC 输出示例。

ADC 的误码率 (CER)，有时也称为字错误率 (WER) 或亚稳态错误率，定义为每个样本的平均错误数，通过计算连续错误之间的平均样本数来衡量。它通常被定义为一个数量级，例如 10 ^–12 错误/样本。因此，错误之间的平均时间取决于转换器的采样率。仅当 ADC 以测量 CER 的采样率运行时，测量的 CER 才是准确的。一般来说，降低采样率可以将CER提高几个数量级。

让我们看看代码错误从何而来，看看为什么采样率是一个主要因素。

是什么让 ADC 熠熠生辉？
多步 ADC 架构，例如流水线闪存 ADC 或逐次逼近寄存器 (SAR) ADC，将采样电压分阶段转换为数字位，每个连续阶段都依赖于前一阶段的结果。考虑一个基本的流水线闪存高速 ADC，如图 图 2 .这个简化的 ADC 显示了两个转换阶段，其中每个连续的阶段产生一个数字代码，可以更精细地估计输入信号。

所示ADC的操作如下：

• 第一级对输入电压进行采样，并使用第一级 ADC 将模拟输入信号粗略转换为数字代码。此阶段的闪存 ADC 使用高速比较器将采样电压与静态电压参考进行比较，静态参考电压是从 ADC 的主参考电压 (V REF ) 生成的。闪光比较器的输出是一个温度计编码的数字样本，代表输入电压。

• 然后将转换后的温度计代码直接发送到第一级 DAC。该DAC输出模拟电压，对应粗转换后的样本。

• 从原始输入电压中减去第一级 DAC 的输出，得到量化误差电压或残留电压 (V RES )。然后将残留物放大并重新采样（流水线）用于第二阶段。

• 第二级 ADC 量化 V RES 以获得对原始模拟输入电压的更准确（更高分辨率）估计。

图 2：流水线闪存 ADC 架构框图示例。

V RES 创建过程引入了高速决策循环。在一个采样时钟周期内，采样电压必须由第一级 ADC 转换为数字代码。数字代码必须从第一级 DAC 输出，从原始输入电压中减去，然后由第二级重新采样。高速决策环路会引入代码错误，因为闪存 ADC 中的比较器具有建立时间，该时间是采样电压与 V REF 之间的差值的函数。

更简单地说，当输入电压 (V CAP1 ) 接近比较器的参考电压（例如 7 * V REF /8）时，比较器需要更长的时间来建立。理论上，如果 V CAP1 无限接近比较器的参考电压，则比较器将永远不会稳定，因为它将在其线性区域内工作。

噪声会阻止这种情况的实际发生，但如果比较器确实需要很长时间才能稳定下来，那么第一级 DAC 可能会使用不正确的数字代码来输出量化的模拟电压。结果是 V RES 与第一级 ADC 的实际数字输出代码不匹配。然后第二级ADC转换错误的V RES ，导致代码错误。

什么影响 CER？
您现在应该有足够的详细信息，以便能够就影响 CER 的因素得出一些结论。 CER 显然取决于采样率。更快的采样率减少了决策循环必须做出决策的时间。做出决定的时间越短，比较器未及时稳定下来的概率就会呈指数增长。

–Matt Guibord 是德州仪器 (TI) 的高速转换器系统工程师。