掌握ADC代码错误率：核心要点解析
随着高速模数转换器(ADC)采样率提升，ADC输出数据中的代码错误——也称闪烁码——问题日益凸显。代码错误定义为ADC输出代码中超出定义阈值的错误。阈值最常定义为错误幅度超过ADC预期噪声幅度的电平，使错误在噪声中易于识别。
另一种解释该错误阈值定义的方式：错误幅度发生的概率超过ADC假设高斯分布噪声下该幅度的预期概率。 图1 展示ADC输出样本中发现的代码错误示例。错误样本与理想正弦波拟合对比时清晰可见，远超图中其他样本的噪声。
图1: ADC输出代码错误示例.
ADC代码错误率(CER)，有时称字错误率(WER)或亚稳态错误率，定义为每样本平均错误数，通过计算连续错误间平均样本数测量。常以数量级表示，如10–12 errors/sample。因此平均错误间隔取决于转换器采样率。测得的CER仅在ADC以测量CER时的采样率运行时准确。一般而言，降低采样率可使CER改善数个数量级。
让我们看看代码错误源头，理解为何采样率是主要因素。
是什么让ADC闪烁？
多级ADC架构，如流水线闪存ADC或逐次逼近寄存器(SAR) ADC，分级将采样电压转为数字位，每个后续级依赖前一级结果。考虑基本流水线闪存高速ADC，如 图2 所示。这个简化ADC展示两个转换级，每个后续级产生更精细估算输入信号的数字代码。
所示ADC操作如下：
-
第一级采样输入电压，用第一级ADC将模拟输入信号粗略转为数字代码。该级闪存ADC通过高速比较器将采样电压与从ADC主参考电压(VREF)生成的静态参考电压比较。闪存比较器输出为温度计编码数字样本，代表输入电压。
-
转换的温度计代码直接发送给第一级DAC。该DAC输出对应粗略转换样本的模拟电压。
-
用原始输入电压减去第一级DAC输出，得到量化误差电压或残留电压(VRES)。残留经放大并重采样(流水线)供第二级使用。
-
第二级ADC量化VRES，获得原始模拟输入电压更精确(更高分辨率)估计。
图2: 流水线闪存ADC架构框图示例.
VRES生成过程引入高速决策回路。在一个采样时钟周期内，采样电压必须由第一级ADC转为数字代码。数字代码必须从第一级DAC输出、从原始输入电压减去并由第二级重采样。高速决策回路引入代码错误，因为闪存ADC中比较器有建立时间，是采样电压与VREF差值的函数。
更简单说，当输入电压(VCAP1)接近比较器参考电压(如7 * VREF /8)时，比较器建立时间更长。理论上，若VCAP1无限接近比较器参考电压，比较器永远无法建立，因将在线性区工作。
噪声防止此情况实际发生，但若比较器建立过久，第一级DAC可能用错误数字代码输出量化模拟电压。结果是VRES不匹配第一级ADC实际数字输出代码。第二级ADC转换错误VRES，导致代码错误。
什么影响CER？
您现在应有足够细节得出影响CER的结论。CER明显依赖采样率。更快采样率减少决策回路决策时间。决策时间减少导致比较器未及时建立的概率指数级增加。
–Matt Guibord是Texas Instruments高速转换器部门系统工程师.
嵌入式