摘要
本文档提供模数转换器 (ADC) 噪声分析，并介绍了 MSPM0 MCU 的 ADC 应用。
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1 ADC 简介
1.1 SAR ADC 工作原理
图 1-1 展示了 SAR ADC 的系统原理图。SAR ADC 通过控制多个开关（本例中为 12 个开关）的切换，对基准电压 (VREF) 进行电容分压，从而获得不同的模拟电压输出结果。将模拟电压与输入采样信号进行比较，而比较器的输出用于调整开关的开/关状态，最终使通过 VREF 分压获得的模拟电压尽可能接近输入电压。实际的比较过程是通过使用二进制逼近法将 VREF 分压值逼近 VIN，因此需要 12 个时钟周期完成一次数据转换。考虑到 ADC 的触发、信号采样和保持时间，实际的 SAR ADC 转换过程耗时多于 12 个周期（在 MSPM0 G 系列中为 14 个转换周期）。
图 1-1 基于 CDAC 的 SAR ADC 原理方框图
1.2 ADC 参数
1.2.1 静态参数
- 微分非线性 (DNL) 误差
微分非线性误差指 ADC 模数转换过程中实际步长与理想步长之间的最大偏差，其中理想步长指的是 1LSB。若 DNL 超过 1LSB，则会在 ADC 数字输出中产生缺码，即某些数字码值将在输出结果中消失。
方程式 1. - 积分非线性 (INL) 误差
积分非线性误差指 ADC 转换过程中某一转换电压与理想转换电压之间的偏差，反映了 DNL 的累积效果。该值的测量是在补偿了失调电压误差和增益误差后进行的。通过测量每个数字代码的转换电压，可以获得各个代码点的 INL 值。ADC 数据手册中仅提供了最大 INL 值。
方程式 2. - 失调电压误差 (EO)
失调电压误差指 ADC 从低电压开始增加时，首个实际转换电压与首个理想转换电压之间的偏差。当 ADC 数字输出从 0 变为 1 时，发生第一次转换。对于理想 ADC，当模拟输入介于 0.5LSB 和 1.5LSB 之间时，数字输出应为 1，因此第一次理想转换发生在 0.5LSB。失调电压误差计算公式如下：
方程式 3. - 增益误差 (EG)
增益误差指最后一个实际转换电压和最后一个理想转换电压之间的偏差，此值在校正失调电压误差后测量。以 12 位 ADC 为例，当输出数字结果从 0xFFE 变为 0xFFF 时发生最后一次实际转换，对应电压为 VREF+ - 0.5LSB。因此，增益误差的计算公式为：
方程式 4.
