5 校准

许多信号链应用通常都需要校准系统，用以消除增益和偏移误差。校准可以消除电压基准直流误差，从而减小增益误差，但误差减小量取决于校准方法。我们可以将校准分为两大类：单点校准和多点校准，请参阅表 5-1。

单点校准是在一个温度点进行的校准。该温度点通常为 25°C 或系统的典型工作温度。这类校准的优势是，它可以消除校准后的电压基准直流误差。这类校准可通过多种方式完成：工厂校准、启动校准、运行时校准。工厂校准在封装测试现场进行。在封装测试现场，数据转换器的输入或输出可与非常精确的电压标准相媲美。通过数值之间的差异，ADC 或微控制器能够在内部存储值，并根据测量的差异调整输出。这种校准的优点是可以进行高精度测量，并且信号链系统无需内置自检。缺点是不能在工作现场进行校准，不能考虑老化引起的任何漂移，不能预测系统的工作温度条件。启动校准和运行时校准是有益的单点校准测试，因为这些测试可以消除工作现场的电压基准直流误差。这意味着将考虑系统中温度和老化的任何影响，但由于缺乏精确的电压标准，此校准的精度可能与工厂校准的精度不匹配。包括用于启动校准或运行时校准的内置自检可能需要额外的元件，这会增加系统的复杂性。

单点校准的一个主要缺点是，它仅在单个温度点有效，显著的温度变化将导致电压基准产生直流误差，从而增加数据转换器的增益误差。多点校准能够解决这个问题，因为能够在多个温度点进行这类校准。在图 5-1 中，通过使用多点校准和基于差异（可用于调整最终测量值）创建温度曲线，我们可以看出温漂误差减少了多少。通常，增益误差校准与数据转换的最终结果相乘。在此示例中，3 点校准使温漂误差降低了 3 倍，6 点校准使误差降低了 10 倍以上。在此示例中，通过计算测量点之间的斜率，然后从未校准值中减去该结果，创建了 3 点和 6 点校准线的最终曲率。基于对系统误差的了解，设计人员通过将数据转换器的结果乘以（未校准的 VREF/校准的 VREF）的比值来数字消除增益误差。

温度校准在较小的温度窗口中更有效，因此设计人员必须了解器件将经历的工作温度。在图 5-1 中，未校准的波形是一个二阶函数，但这可能因器件而异。可以获得一阶到高阶的曲率。温漂会因器件而异，这可能很难在具有相同配置文件的多个器件之间校准出误差，因此我们建议使用唯一的配置文件校准每个电压基准。多点校准的缺点是成本和校准时间增加，而且并非所有的温度曲线都易于校准。为了避免多点校准，最好选择一个更精确、温漂较低的电压基准。

在表 3-2 中，温漂误差被转换成百分比误差，这使得它很容易与初始精度误差相比较。请记住，此误差是未校准系统在 25°C 时的最大偏差。大多数器件不会达到这么高的偏差。在低分辨率系统中，选择具有超低温漂规格的器件往往更为实用，因为温度校准可能耗时且成本高昂。在高分辨率系统中，情况更加复杂，因为需要尽可能减少温漂才能更大限度地提高 ADC 性能。特别是，如果信号链有信号调节元件，这些元件会各自产生温漂。