當選擇模數轉換器(ADC)時(shí)，最低有效位(LSB)這一參數的含義是什么？有位工程師告訴我某某生產(chǎn)商的某款12位轉換器只有7個(gè)可用位。也就是說(shuō)，所謂12位的轉換器實(shí)際上只有7位。他的結論是根據器件的失調誤差和增益誤差參數得出的，這兩個(gè)參數的最大值如下：

　　失調誤差 =±3LSB，

　　增益誤差 =±5LSB，

　　乍一看，覺(jué)得他似乎是對的。從上面列出的參數可知最差的技術(shù)參數是增益誤差(±5 LSB)。進(jìn)行簡(jiǎn)單的數學(xué)運算，12位減去5位分辨率等于7位，對嗎？果真如此的話(huà)，ADC生產(chǎn)商為何還要推出這樣的器件呢？增益誤差參數似乎表明只要購買(mǎi)成本更低的8位轉換器就可以了，但看起來(lái)這又有點(diǎn)不對勁了。正如您所判斷的，上面的說(shuō)法是錯誤的。

　　讓我們重新來(lái)看一下LSB的定義?？紤]一個(gè)12位串行轉換器，它會(huì )輸出由1或0組成的12位數串。通常，轉換器首先送出的是最高有效位(MSB)(即LSB + 11)。有些轉換器也會(huì )先送出LSB。在下面的討論中，我們假設先送出的是MSB(如圖1所示)，然后依次送出MSB-1 (即 LSB + 10)和MSB -2(即LSB + 9)并依次類(lèi)推。轉換器最終送出MSB -11(即LSB)作為位串的末位。

　　LSB這一術(shù)語(yǔ)有著(zhù)特定的含義，它表示的是數字流中的最后一位，也表示組成滿(mǎn)量程輸入范圍的最小單位。對于12位轉換器來(lái)說(shuō)，LSB的值相當于模擬信號滿(mǎn)量程輸入范圍除以212 或 4,096的商。如果用真實(shí)的數字來(lái)表示的話(huà)，對于滿(mǎn)量程輸入范圍為4.096V的情況，一個(gè)12位轉換器對應的LSB大小為1mV。但是，將LSB定義為4096個(gè)可能編碼中的一個(gè)編碼對于我們的理解是有好處的。

　　讓我們回到開(kāi)頭的技術(shù)指標，并將其轉換到滿(mǎn)量程輸入范圍為4.096V的12位轉換器中：

　　失調誤差 = ±3LSB =±3mV，

　　增益誤差 =±5LSB = ±5mV，
　　
　　這些技術(shù)參數表明轉換器轉換過(guò)程引入的誤差最大僅為8mV(或 8個(gè)編碼)。這絕不是說(shuō)誤差發(fā)生在轉換器輸出位流的LSB、LSB-1、LSB-2、LSB-3、LSB-4、LSB-5、LSB-6和 LSB-7 八個(gè)位上，而是表示誤差最大是一個(gè)LSB的八倍(或8mV)。準確地說(shuō)，轉換器的傳遞函數可能造成在4,096個(gè)編碼中丟失最多8個(gè)編碼。丟失的只可能是最低端或最高端的編碼。例如，誤差為+8LSB ((+3LSB失調誤差) + (+5LSB增益誤差)) 的一個(gè)12位轉換器可能輸出的編碼范圍為0 至 4,088。丟失的編碼為4088至4095。相對于滿(mǎn)量程這一誤差很小僅為其0.2%。與此相對，一個(gè)誤差為-3LSB((-3LSB失調誤差)—(-5LSB增益誤差))的12位轉換器輸出的編碼范圍為3至4,095。此時(shí)增益誤差會(huì )造成精度下降，但不會(huì )使編碼丟失。丟失的編碼為0、1和2。這兩個(gè)例子給出的都是最壞情況。在實(shí)際的轉換器中，失調誤差和增益誤差很少會(huì )如此接近最大值。

　　在實(shí)際應用中，由于A(yíng)DC失調或增益參數的改進(jìn)而使性能提升的程度微不足道，甚至可以忽略。但是，對于那些將精度作為一項設計目標的設計人員來(lái)說(shuō)，這種假設太過(guò)絕對。利用固件設計可以很容易地實(shí)現數字校準算法。但更重要的是，電路的前端放大/信號調理部分通常會(huì )產(chǎn)生比轉換器本身更大的誤差。

　　通過(guò)上面的討論可以對本文開(kāi)頭提到的錯誤結論有一個(gè)更為全面而清晰的認識。事實(shí)上，上述的12位轉換器的精度約為11.997位。采用微處理器或單片機可以利用簡(jiǎn)單的校準算法消除這種失調和增益誤差，這對設計人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)好消息。