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ADC特性參數筆記 - Offset Error、Gain Error、INL、DNL

每次講到了ADC，總是會看到什麼INL、DNL的。說實在一直沒有搞懂這些參數到底代表什麼意思。說真的，也嘗試去了解很多次，但還是沒有一個基本的了解。

這次狠下心來，花了一些時間，做了一些資料的整理。總算有了一個基本的認識。雖然不是很深入，但至少日後談論起ADC、INL、DNL時，心裏就不會這麼虛了。趁著記憶猶新時，先將這些筆記一下。日後忘了差不多時，還可以再回來看看自己的筆記，畢竟自己寫的，還是會比較容易看的懂的。

⬛ ADC、DAC 的特性參數

⚫ 靜態參數 - Static Parameter

A. Offset error：偏移誤差

B. Gain Error：增益誤差

C. DNL ( Differential Nonlinearity )：差異非線性、差分非線性。

D. INL ( Integral Nonlinearity )：整體非線性、積分非線性。

⚫ 動態參數 - Dynamic Parameter

A. Signal to Noise Ration. SNR. 訊號對雜訊比

B. Signal to Noise and Distortion Ration. SNDR. 訊號對雜訊失真比

C. Effective Number of Bits. ENOB. 有效位元數

D. Total Harmonic Distortion. THD. 總協波失真

E. Spurious Free Dynamic Range. 無假訊號動態範圍

⬛ 名詞解釋

① DAC：Digital to Analog Converter. 數位、類比轉換器。

② ADC：Analog to Digital Converter. 類比、數位轉換器。

③ LSB：Lease Significant Bit. 最低有效位元。代碼寬度。

④ FSR：Full Scale Range. Full-Scale Input Range

對解析度為N-bit的轉換器而言

VLSB = Vfull-scale / 2^N = 每個準位間的電壓差

LSB = 1 VLSB (無單位)

⬛ FSR

⬛ Offset Error

Eoffset：實際特性曲線和理想特性曲性之間存在一個固定平移差異。實際和理想在第一轉態點的誤差即是Eoffset。

Eoffset = ( Vmin,actual - Vmin,ideal ) / VLSB

⬛ Gain Error

Egain ：指在沒有offset error的情況下，實際特性曲線和理想特性曲線的差異。亦即實際和理想特性曲線在最高轉態點時的差異。

Egain = ( Vmax,actual - Vmax,ideal ) / Vmax,ideal  = ( Vmax,actual / Vmax,ideal ) - 1

⬛ DNL

實際特性曲線除去offset error和Gain Error的條件下。

每兩個鄰近「類比準位」間的電壓差 和 理想的電壓差值 (VLSB) 之間的誤差。

DNL(n)= ( Vn+1 - Vn ) / VLSB - 1

愈理想的轉換器，每個step寬度會接近 1LSB，而DNL也就愈趨近於零。

⬛ INL

實際特性曲線除去offset error和Gain Error的條件下。

同一數位碼實際特性曲線所對應的類比電壓 和 理想上的電壓值之間的誤差。

INL(n) = ( Vn - Vmin ) / VLSB - n

Vmin = 第一個最低轉態電壓值

⬛ 結論

若以一Ramp(如上面的圖)的訊號，用比較平話來解釋「靜態參數 - Static Parameter」。以下皆是理想值和實際值的差異。

A. Offset error：水平移動的差異。

B. Gain Error：斜度、斜率的差異。

C. DNL ( Differential Nonlinearity )：VLSB的差異。也是就每一階電壓值大小的差異。

D. INL ( Integral Nonlinearity )：同一階的差異。也是就同一階電壓值大小的差異。