隨著高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 采樣率的提高，ADC 輸出數(shù)據(jù)中的代碼錯(cuò)誤（也稱為閃爍代碼）問題也隨之增加。代碼錯(cuò)誤定義為 ADC 輸出代碼中的錯(cuò)誤超過定義的閾值。閾值通常定義為誤差超過 ADC 噪聲預(yù)期幅度的水平，以便在存在噪聲的情況下可以輕松識(shí)別該誤差。

解釋誤差閾值定義的另一種方法是，在給定 ADC 假定的高斯分布噪聲的情況下，誤差幅度發(fā)生的概率超過該幅度的預(yù)期概率。圖 1 顯示了在 ADC 輸出樣本中發(fā)現(xiàn)的示例代碼錯(cuò)誤。與理想的正弦波擬合相比，錯(cuò)誤樣本清晰可見，并且遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過圖中其他樣本的噪聲。

圖 1：存在代碼錯(cuò)誤的 ADC 輸出示例。

ADC 的誤碼率 (CER)，有時(shí)也稱為字錯(cuò)誤率 (WER) 或亞穩(wěn)態(tài)錯(cuò)誤率，定義為每個(gè)樣本的平均錯(cuò)誤數(shù)，并通過計(jì)算連續(xù)錯(cuò)誤之間的平均樣本數(shù)來測(cè)量。它通常被定義為一個(gè)數(shù)量級(jí)，例如 10 –12 個(gè) 錯(cuò)誤/樣本。因此，錯(cuò)誤之間的平均時(shí)間取決于轉(zhuǎn)換器的采樣率。僅當(dāng) ADC 以測(cè)量 CER 的采樣率運(yùn)行時(shí)，測(cè)量的 CER 才是準(zhǔn)確的。一般來說，降低采樣率可以將 CER 提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

讓我們看一下代碼錯(cuò)誤從何而來，看看為什么采樣率是一個(gè)主要因素。

是什么讓 ADC 閃閃發(fā)光？
多步 ADC 架構(gòu)（例如流水線閃存 ADC 或逐次逼近寄存器 (SAR) ADC）分階段將采樣電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字位，每個(gè)連續(xù)階段都依賴于前一階段的結(jié)果。考慮一個(gè)基本的流水線閃存高速 ADC，如圖2所示 。這個(gè)簡(jiǎn)化的 ADC 顯示了兩個(gè)轉(zhuǎn)換級(jí)，其中每個(gè)連續(xù)級(jí)都會(huì)生成一個(gè)數(shù)字代碼，可以更精細(xì)地估計(jì)輸入信號(hào)。

所示ADC的操作如下：

• 第一級(jí)對(duì)輸入電壓進(jìn)行采樣，并使用第一級(jí) ADC 將模擬輸入信號(hào)粗略地轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。 此階段的閃存 ADC 的工作原理是使用高速比較器將采樣電壓與由 ADC 的主參考電壓 (V REF ) 生成的靜態(tài)參考電壓進(jìn)行比較。閃存比較器的輸出是代表輸入電壓的溫度計(jì)編碼數(shù)字樣本。

• 然后，轉(zhuǎn)換后的溫度計(jì)代碼直接發(fā)送到第一級(jí) DAC。該 DAC 輸出模擬電壓，該電壓對(duì)應(yīng)于粗略轉(zhuǎn)換后的樣本。

• 從原始輸入電壓中減去第一級(jí) DAC 的輸出就得到量化誤差電壓或殘余電壓 (V RES )。然后將殘留物放大并重新采樣（管道化）以用于第二階段。

• 第二級(jí) ADC 對(duì) V RES進(jìn)行量化 ，以獲得原始模擬輸入電壓的更準(zhǔn)確（更高分辨率）的估計(jì)。

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圖 2：流水線閃存 ADC 架構(gòu)框圖示例。

V RES 創(chuàng)建過程引入了高速?zèng)Q策循環(huán)。在一個(gè)采樣時(shí)鐘周期內(nèi)，采樣電壓必須由第一級(jí) ADC 轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼。數(shù)字代碼必須從第一級(jí) DAC 輸出，從原始輸入電壓中減去，并由第二級(jí)重新采樣。高速?zèng)Q策環(huán)路會(huì)引入代碼錯(cuò)誤，因?yàn)殚W存 ADC 中的比較器具有穩(wěn)定時(shí)間，該穩(wěn)定時(shí)間是采樣電壓與 V REF之間的差值的函數(shù) 。

更簡(jiǎn)單地說，當(dāng)輸入電壓(V CAP1 )接近比較器的參考電壓(例如7*V REF /8)時(shí)，比較器需要更長(zhǎng)的時(shí)間來穩(wěn)定。理論上，如果 V CAP1 無限接近比較器的參考電壓，比較器將永遠(yuǎn)不會(huì)穩(wěn)定，因?yàn)樗鼘⒃谄渚€性區(qū)域中工作。

噪聲會(huì)阻止這種情況實(shí)際發(fā)生，但如果比較器確實(shí)需要很長(zhǎng)時(shí)間才能穩(wěn)定，則第一級(jí) DAC 可能會(huì)使用不正確的數(shù)字代碼來輸出量化的模擬電壓。結(jié)果是 V RES 與第一級(jí) ADC 的實(shí)際數(shù)字輸出代碼不匹配。然后，第二級(jí) ADC 轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的 V RES ，這會(huì)導(dǎo)致代碼錯(cuò)誤。

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