在本文中，我們將以上述認識為基礎，重點分析可能在給定信號鏈中累積的直流誤差的類型。

 

在信號鏈中，可能會累積的誤差有兩類——即直流和交流誤差。直流或靜態誤差（如增益和失調誤差）youzhuyulejiexinhaoliandejingduhuolingmindu。jiaoliuleiwuchayechengweizaoshengheshizhen，xianzhizhexitongdexingnenghedongtaifanwei。zheliangleiwuchadouxuyaolejie，yinweierzhezuizhongjuedingzhexitongdefenbianlv。

 

benwenjiangzhuanmenfenxizhiliuwucha，genjuqiyuwuyuanheyouyuanqijiandeguanxi
，duimeizhongbujingquexingjinxingxifen。tongshihaijiangzhizuoyifenjuzhenhuodianzibiaoge，yongyizhanshiruheyongbutongdefangfazaixinhaozhongtianjiahuoleijiwucha。

 

若要了解交流誤差
，請看參考文獻10和11。在此，通過回顧有關噪聲的基本知識（如帶寬總和、從交流角度看誤差累積等），可以確定模擬信號鏈設計的總信噪比。

 

 

在第二部分裏，我們的目標是設計出一種可以達到0.1%精度要求的簡單數據采集係統（圖1）。即是說
，每輸入1 V的電壓，輸出要麼為0.99388 V，要麼為1.00612 V。因此
，轉換器規定的動態範圍為60 dB或9.67 ENOB，假設其滿量程電壓為10 V。轉換器有兩個放大器級
、一個多路複用器和一個模數轉換器(ADC)。本分析將忽略傳感器
、電纜、連接器

、印刷電路板(PCB)寄生電容和任何外部影響/誤差，因為這些情況在很大程度上取決於設計人員要測量的具體應用或信號。

 

為了給各誤差提供參考，應將分析的各級細分成各個部分。數據采集信號鏈的第一級是一個簡單的差分放大器（圖2）。該放大器的增益為4×，輸入阻抗為500 Ω。設置電容是為了進行可選的濾波處理。

 

圖1.此簡單數據采集信號鏈係統的設計精度為0.1%。

 

圖2.差分放大器為數據采集信號鏈的第一級。

 

然後，將放大器的輸出信號施加到多路複用器的8個輸入端（圖3）。每個輸入以一個阻尼電阻(RO)進jin行xing緩huan衝chong，以yi減jian少shao多duo路lu複fu用yong器qi通tong道dao切qie換huan導dao致zhi的de電dian荷he反fan衝chong。根gen據ju多duo路lu複fu用yong器qi數shu據ju手shou冊ce規gui定ding的de技ji術shu規gui格ge，每mei個ge通tong道dao的de內nei部bu會hui設she有you一yi些xie寄ji生sheng電dian容rong或huo額e定dingRO。

 

圖3.此8:1多路複用器有8個緩衝輸入。

 

然後，將結果形成的通道信號施加到單位增益緩衝級放大器（圖4）。使用電阻是為了減少輸入偏置電流不平衡。

 

圖4.將一個通道信號施加到這類緩衝放大器。

 

將經過緩衝的信號施加到12位、1 MSPS ADC，在此，信號最終進入數字域（圖5）。使shi用yong串chuan行xing電dian阻zu是shi為wei了le緩huan衝chong或huo抑yi製zhi放fang大da器qi與yu轉zhuan換huan器qi之zhi間jian的de信xin號hao
，加jia大da這zhe兩liang個ge器qi件jian之zhi間jian的de電dian阻zu。結jie果guo會hui減jian少shao從cong轉zhuan換huan器qi反fan衝chong到dao放fang大da器qi的de電dian荷he，非fei常chang像xiang多duo路lu複fu用yong器qi。這zhe也ye有you助zhu於yu放fang大da器qi輸shu出chu建jian立li，並bing防fang止zhi其qi發fa生sheng振zhen蕩dang。

 

圖5.信號緩衝後將被施加到12位
、1 MSPS ADC。

 

電容提供了一個簡單的低通抗混疊濾波器(AAF)，用以衰減目標頻帶之外的信號和噪聲。AAFdeshejizaihendachengdushangqujueyuxitongdeshejiheyingyong。zuihou，shanglahexialaerjiguankezengtianshurubaohugongneng

，kefangzhiyoukenengbeishijiadaozhuanhuanqishuruduandejiduanguozaixinhaodaozhiderenheguzhangzhuangkuang。

 

qianmiandingyilexinhaoliansuoyouzujian，jiexialai，womenlaikankanyugejiguanliandewucha。zaixiamiangejieli，womenjiangjiyuzhelitaolundegegexinhaolianji
，kaochawuyuanwuchaheyouyuanwucha。

 

 

所(suo)有(you)無(wu)源(yuan)組(zu)件(jian)都(dou)有(you)誤(wu)差(cha)與(yu)其(qi)相(xiang)關(guan)
，尤(you)其(qi)是(shi)電(dian)阻(zu)。表(biao)麵(mian)上(shang)看(kan)，電(dian)阻(zu)似(si)乎(hu)是(shi)比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)的(de)器(qi)件(jian)，但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)，如(ru)果(guo)其(qi)規(gui)格(ge)不(bu)符(fu)合(he)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)，則(ze)在(zai)整(zheng)個(ge)信(xin)號(hao)鏈(lian)中(zhong)都(dou)有(you)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)誤(wu)差(cha)。這(zhe)裏(li)不(bu)會(hui)討(tao)論(lun)如(ru)何(he)選(xuan)擇(ze)正(zheng)確(que)的(de)電(dian)阻(zu)類(lei)型(xing)及(ji)其(qi)構(gou)成(cheng)。但(dan)要(yao)記(ji)住(zhu)，根(gen)據(ju)具(ju)體(ti)的(de)應(ying)用(yong)，有(you)些(xie)電(dian)阻(zu)類(lei)型(xing)可(ke)能(neng)比(bi)其(qi)他(ta)更(geng)合(he)適(shi)。 zuxingzhiliuwuchayuanyubulixiangdedianzurongcha。jiandandizhidingrongchazhishibugoude。raner，duidianzuwucharongchaguofentiaotiyekenengchanshengbuliyingxiang，shidefenxiguoyufuza。zaiweigeidingdexinhaolianzhidingdianzuleixingshi
，zhishaoyaozhuyisigezhiguanzhongyaodejishuguige：

 

 

為了說明電阻誤差是如何累積起來的（圖6），我們來看看下麵這個例子：假設有一個100 Ω的電阻，其值容差為1%，溫度漂移為100 ppm/°C
，壽命容差為5%，則在5000小時的壽命周期內，在85°C的溫度範圍內，其電阻為93.15 Ω至106.85 Ω：

 

圖6.此圖所示為一個電阻誤差模型。

 

 

來之不易的信息邊注：有些組件的壽命周期隻有1000小時，但設計的要求可能要長得多，比如，10,000小時。為了解決這個問題，不要將1000小時乘以8.77（8766小時/年）；這樣做太過悲觀了。任何精密模擬電路中的長期漂移都會有一定的“隨機遊動”量。正確的做法是用此數值的平方根，即√8.766 = ~3，再乘以1000小時。因此，10,000 小時的壽命周期為：√10.000 = 3.16 × 1000 小時，如此等等。

 

xuyaozhuyideshi，dianronghedianganyeyouwucha。danzhexiewuchatongchangkeyihulvebuji
，zaizheleizhiliufenxilibingwuduodadejiazhi。lingwai，zhexieqijianshijishangshiwugongqijian
，duilvbohedaikuanrongchadeyingxiangzuida，benwendezhiliufenxilitongyangmeiyoukaolvzheyidian。

 

 

圖1所描述的信號鏈采用了最普通的構建模塊
，這是數據采集係統的一種實現方法。該信號鏈由兩個放大器、一個多路複用器和一個ADC構(gou)成(cheng)。但(dan)要(yao)記(ji)住(zhu)的(de)是(shi)
，有(you)許(xu)多(duo)類(lei)型(xing)的(de)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)都(dou)描(miao)述(shu)了(le)各(ge)類(lei)信(xin)號(hao)鏈(lian)和(he)不(bu)同(tong)的(de)係(xi)統(tong)拓(tuo)撲(pu)結(jie)構(gou)。在(zai)實(shi)施(shi)這(zhe)類(lei)分(fen)析(xi)時(shi)，所(suo)有(you)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)都(dou)會(hui)有(you)某(mou)些(xie)類(lei)型(xing)的(de)直(zhi)流(liu)誤(wu)差(cha)。為(wei)了(le)了(le)解(jie)要(yao)設(she)計(ji)的(de)係(xi)統(tong)的(de)精(jing)度(du)，必(bi)須(xu)決(jue)定(ding)要(yao)考(kao)慮(lv)哪(na)些(xie)誤(wu)差(cha)，這(zhe)一(yi)點(dian)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)。

 

基本而言
，直流精度中涉及兩類/組(zu)誤(wu)差(cha)。對(dui)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)來(lai)說(shuo)，這(zhe)些(xie)誤(wu)差(cha)既(ji)有(you)個(ge)別(bie)性(xing)，也(ye)有(you)普(pu)遍(bian)性(xing)。單(dan)個(ge)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)誤(wu)差(cha)隻(zhi)會(hui)顯(xian)示(shi)相(xiang)對(dui)於(yu)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)已(yi)知(zhi)直(zhi)流(liu)誤(wu)差(cha)。這(zhe)類(lei)誤(wu)差(cha)可(ke)以(yi)在(zai)相(xiang)應(ying)的(de)數(shu)據(ju)手(shou)冊(ce)裏(li)找(zhao)到(dao)。例(li)如(ru)，放(fang)大(da)器(qi)的(de)輸(shu)入(ru)失(shi)調(tiao)電(dian)壓(ya)會(hui)被(bei)認(ren)為(wei)屬(shu)於(yu)個(ge)別(bie)誤(wu)差(cha)

，因(yin)為(wei)此(ci)誤(wu)差(cha)隻(zhi)是(shi)該(gai)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)特(te)有(you)的(de)誤(wu)差(cha)。

 

全局誤差是信號鏈或係統中各個有源器件均存在的等量誤差，但根據有源器件各自性能的不同
，會表現出不同的誤差（圖7）。全局誤差的一個例子是總線電源和溫度的電壓調整率誤差。接下來
，我們逐一分解信號鏈中所示三個有源器件的這些誤差。

 

zhongsuozhouzhi，fangdaqihaiyuanyuanmeiyoudadaolixiangshuiping。tamenyouxuduowucha，yibandoulieshiyushujushoucedangzhong。shitiaodianyahepianzhidianliushiliangzhongchangjiandewucha，dantongshiyeyaokaolvrenhepiaoyiwucha、長期誤差和隔離誤差（如電源抑製比(PSRR)）。表1列出了在使用放大器時應考慮的下列誤差。

 

表1.放大器的各種誤差

 

多路複用器的誤差一般少於放大器。在各種多路複用器直流誤差中，導通電阻和通道隔離是影響最大的誤差。表2列出了在使用多路複用器時應考慮的誤差。

 

表2.多路複用器的各種誤差

 

轉換器誤差詳見本係列的第一部分（如下所示）。失調、增益和DNL都是眾所周知且較好理解的誤差。同時還要包括PSRR。在使用第一部分提到的ADC時
，應該考慮下列轉換器誤差：

 

 

為(wei)節(jie)省(sheng)篇(pian)幅(fu)，我(wo)們(men)在(zai)這(zhe)裏(li)不(bu)會(hui)詳(xiang)細(xi)討(tao)論(lun)這(zhe)些(xie)誤(wu)差(cha)是(shi)如(ru)何(he)在(zai)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)內(nei)部(bu)產(chan)生(sheng)的(de)。所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)誤(wu)差(cha)均(jun)在(zai)大(da)量(liang)論(lun)文(wen)和(he)文(wen)章(zhang)中(zhong)有(you)明(ming)確(que)的(de)定(ding)義(yi)和(he)詳(xiang)細(xi)的(de)描(miao)述(shu)。在(zai)此(ci)需(xu)要(yao)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)基(ji)本(ben)誤(wu)差(cha)，確(que)保(bao)分(fen)析(xi)確(que)實(shi)可(ke)靠(kao)
，能(neng)達(da)到(dao)係(xi)統(tong)精(jing)度(du)目(mu)標(biao)規(gui)格(ge)的(de)要(yao)求(qiu)。

 

上麵就個別有源器件的誤差提出了建議並給出了其定義，接下來，應該考慮全局誤差

，這類誤差會對整個信號鏈產生影響（表3）。在zai這zhe個ge簡jian單dan的de示shi例li中zhong，隻zhi會hui將jiang溫wen度du和he電dian壓ya調tiao整zheng率lv作zuo為wei全quan局ju誤wu差cha進jin行xing分fen析xi。然ran而er
，同tong時shi還hai有you必bi要yao考kao慮lv特te定ding應ying用yong或huo設she計ji內nei在zai的de任ren何he其qi他ta外wai部bu影ying響xiang因yin素su。

 

表3.全局信號鏈

 

圖7.有源器件受兩類直流精度誤差的影響—個別誤差和全局誤差。

 

 

前麵定義了全部有源和無源誤差，接下來，我們要把這些誤差輸入電子表格裏，以便計算信號鏈的直流精度。表4展示了完成這一任務的一種方法。

 

雖sui然ran分fen析xi信xin號hao鏈lian精jing度du的de方fang法fa有you許xu多duo種zhong，但dan電dian子zi表biao格ge法fa卻que最zui為wei靈ling活huo。這zhe種zhong方fang法fa還hai有you助zhu於yu了le解jie如ru何he把ba所suo有you這zhe些xie誤wu差cha數shu據ju在zai信xin號hao鏈lian設she計ji中zhong進jin行xing細xi分fen。借jie助zhu這zhe種zhong方fang法fa，設she計ji人ren員yuan可ke以yi快kuai速su而er有you效xiao地di在zai可ke以yi為wei設she計ji考kao慮lv的de合he適shi器qi件jian之zhi間jian做zuo出chu權quan衡heng。

 

花些時間編製一份電子表格，使其布局合理、有序。在表格頂部

，定義全局誤差和信號鏈規格，因為這些數據會影響整個信號鏈的性能。放大器規格/誤差也放在頂部，因為整個信號鏈中有多種誤差和兩個放大器級。

 

往(wang)下(xia)，在(zai)表(biao)格(ge)左(zuo)側(ce)，把(ba)所(suo)有(you)誤(wu)差(cha)細(xi)分(fen)到(dao)各(ge)電(dian)阻(zu)級(ji)。電(dian)阻(zu)誤(wu)差(cha)也(ye)細(xi)分(fen)到(dao)了(le)各(ge)個(ge)級(ji)
，以(yi)便(bian)於(yu)了(le)解(jie)相(xiang)應(ying)的(de)權(quan)衡(heng)情(qing)況(kuang)。右(you)側(ce)所(suo)示(shi)為(wei)在(zai)信(xin)號(hao)流(liu)進(jin)流(liu)出(chu)各(ge)級(ji)時(shi)連(lian)讀(du)計(ji)算(suan)和(he)累(lei)計(ji)計(ji)算(suan)的(de)誤(wu)差(cha)。

 

在計算結果，所有誤差均已轉換成電壓格式。這樣是為了方便起見，因為轉換器處於信號鏈末端，其輸入滿量程是以電壓進行描述的。RTO（參考輸出）用於描述從一級到下一級連續累計的誤差。各級同時還產生一個獨立的合計數和RSS（和方根）合計數，以展示根據所用方法的不同
，誤差是如何累積起來的。

 

因此，根據表4裏的最終結果
，累計的合計誤差為±2.6%
，RSS誤差為±1.6%。這是本文討論的整個信號鏈的誤差，其前提是針對各個部分的數據手冊規格以及前麵提到的在26°C下的全局條件。

 

 

精(jing)度(du)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)多(duo)種(zhong)方(fang)式(shi)計(ji)算(suan)，並(bing)且(qie)可(ke)能(neng)表(biao)現(xian)為(wei)多(duo)種(zhong)形(xing)式(shi)。根(gen)據(ju)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)的(de)想(xiang)法(fa)，可(ke)以(yi)深(shen)入(ru)了(le)解(jie)並(bing)記(ji)錄(lu)所(suo)用(yong)方(fang)法(fa)
，以(yi)避(bi)免(mian)形(xing)成(cheng)錯(cuo)誤(wu)結(jie)果(guo)。請(qing)記(ji)住(zhu)，在(zai)第(di)一(yi)部(bu)分(fen)，我(wo)們(men)提(ti)到(dao)
，如(ru)果(guo)隻(zhi)是(shi)用(yong)所(suo)有(you)這(zhe)些(xie)誤(wu)差(cha)源(yuan)的(de)和(he)方(fang)根(gen)(RSS)值，結果可能會過於悲觀。然而，統計容差結果可能過於樂觀了（總誤差之和除以誤差數）。整個信號鏈的實際容差應當介於這兩種思路或方法之間。

 

因此，當在整個信號鏈中加入（累積）精度誤差的時候，或者進行任何係統精度分析的時候，設計人員應當使用加權誤差源法（如第一部分ADC示例所示）
，然後對這些誤差源進行RSS計算。這是確定整個信號鏈總誤差的最佳方法。

 

 

無(wu)源(yuan)和(he)有(you)源(yuan)器(qi)件(jian)都(dou)會(hui)出(chu)現(xian)多(duo)種(zhong)誤(wu)差(cha)。並(bing)非(fei)所(suo)有(you)誤(wu)差(cha)都(dou)很(hen)重(zhong)要(yao)
，但(dan)要(yao)記(ji)住(zhu)對(dui)信(xin)號(hao)鏈(lian)應(ying)用(yong)重(zhong)要(yao)的(de)那(na)些(xie)誤(wu)差(cha)。並(bing)非(fei)所(suo)有(you)誤(wu)差(cha)對(dui)每(mei)種(zhong)應(ying)用(yong)都(dou)有(you)效(xiao)。在(zai)進(jin)行(xing)任(ren)何(he)直(zhi)流(liu)精(jing)度(du)誤(wu)差(cha)分(fen)析(xi)時(shi)，決(jue)定(ding)最(zui)重(zhong)要(yao)或(huo)者(zhe)影(ying)響(xiang)最(zui)大(da)或(huo)權(quan)重(zhong)最(zui)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)有(you)哪(na)些(xie)，這(zhe)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)步(bu)驟(zhou)。我(wo)們(men)編(bian)製(zhi)了(le)一(yi)張(zhang)電(dian)子(zi)表(biao)格(ge)
，以(yi)展(zhan)示(shi)本(ben)文(wen)裏(li)的(de)信(xin)號(hao)鏈(lian)示(shi)例(li)是(shi)如(ru)何(he)達(da)到(dao)<±2.0%的精度要求的。

 

xuanzeheshidewuyuanqijianduiyuxinhaolianzhongdeleijiwuchajiuruyouyuanqijianyiyangyouyong。bianzhidianzibiaogebingduishujujinxingfenlei，youzhuyukuaisukaolvduozhongbutongdeqijianhezhezhongqingkuang。zuihou，wuchadeleijikenengbiaoxianweiduozhongbutongxingshi，zuichangyongdefangfashiRSS精度法。

 

然而
，有人可能認為，加權總和誤差法是確定“最差條件直流誤差”的正確方式。否則
，這可能輕易導致信號鏈的設計超過規格要求，用更多器件來補償原來的誤差集。更不用說成本及設計大小、重量和功率(SWaP)等因素的增量。

 

表4.全信號鏈分析示例