SoC中放大器和ADC的校準(zhǔn)

　　在當(dāng)今的混合信號系統(tǒng)世界里，許多應(yīng)用都需要測量和處理大量的模擬信號，包括但不限于電壓、電流、溫度、壓力、加速度、pH值、流量和ECG等。相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域包括可控環(huán)境下的實驗室和醫(yī)療設(shè)備，也包括運(yùn)行在惡劣工作條件下的工業(yè)設(shè)備。需要測量的模擬信號范圍很大，包括ECG系統(tǒng)中的幾微伏電壓到發(fā)電站的數(shù)千伏電壓等。

　　無論是什么應(yīng)用、環(huán)境或待測量的信號量，基本的信號采集系統(tǒng)都包含一個放大和調(diào)節(jié)信號的模擬前端以及將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字值、然后由微處理器加以處理的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。模擬前端可能是一個簡單的放大器，也可能是包含多級放大器和濾波器的復(fù)雜系統(tǒng)。

　　基本信號調(diào)節(jié)電路的方框圖如下所示：　　

 

　　放大器增益

　　假定系統(tǒng)是理想狀態(tài)，那么ADC輸出由以下方程式表示：　　

 

　　這里，VIN為輸入電壓

　　A為放大器增益
　　VFS為ADC的范圍
　　N為ADC的分辨率

　　對于ADC計數(shù)而言，微處理器根據(jù)以下方程式計算輸入電壓：　　

 

　　可惜的是，在現(xiàn)實世界中，沒有所謂“理想”的情況，系統(tǒng)必須應(yīng)對引入系統(tǒng)并影響ADC輸出的誤差。最重要的誤差也就是我們本文將要討論的誤差——偏移誤差和增益誤差。

　　偏移誤差

　　圖2顯示了范圍介于+2.5V之間的8位ADC示意圖。X軸表示輸入電壓，Y軸表示ADC計數(shù)。藍(lán)線為理想的ADC輸出。紅線則為實際的ADC輸出。請注意，實際輸出與理想狀態(tài)不同，這種差異就叫作偏移誤差。