5 校準

許多信號鏈應用通常都需要校準系統，用以消除增益和偏移誤差。校準可以消除電壓基準直流誤差，從而減小增益誤差，但誤差減小量取決于校準方法。我們可以將校準分為兩大類：單點校準和多點校準，請參閱表 5-1。

單點校準是在一個溫度點進行的校準。該溫度點通常為 25°C 或系統的典型工作溫度。這類校準的優勢是，它可以消除校準后的電壓基準直流誤差。這類校準可通過多種方式完成：工廠校準、啟動校準、運行時校準。工廠校準在封裝測試現場進行。在封裝測試現場，數據轉換器的輸入或輸出可與非常精確的電壓標準相媲美。通過數值之間的差異，ADC 或微控制器能夠在內部存儲值，并根據測量的差異調整輸出。這種校準的優點是可以進行高精度測量，并且信號鏈系統無需內置自檢。缺點是不能在工作現場進行校準，不能考慮老化引起的任何漂移，不能預測系統的工作溫度條件。啟動校準和運行時校準是有益的單點校準測試，因為這些測試可以消除工作現場的電壓基準直流誤差。這意味著將考慮系統中溫度和老化的任何影響，但由于缺乏精確的電壓標準，此校準的精度可能與工廠校準的精度不匹配。包括用于啟動校準或運行時校準的內置自檢可能需要額外的元件，這會增加系統的復雜性。

單點校準的一個主要缺點是，它僅在單個溫度點有效，顯著的溫度變化將導致電壓基準產生直流誤差，從而增加數據轉換器的增益誤差。多點校準能夠解決這個問題，因為能夠在多個溫度點進行這類校準。在圖 5-1 中，通過使用多點校準和基于差異（可用于調整最終測量值）創建溫度曲線，我們可以看出溫漂誤差減少了多少。通常，增益誤差校準與數據轉換的最終結果相乘。在此示例中，3 點校準使溫漂誤差降低了 3 倍，6 點校準使誤差降低了 10 倍以上。在此示例中，通過計算測量點之間的斜率，然后從未校準值中減去該結果，創建了 3 點和 6 點校準線的最終曲率。基于對系統誤差的了解，設計人員通過將數據轉換器的結果乘以（未校準的 VREF/校準的 VREF）的比值來數字消除增益誤差。

溫度校準在較小的溫度窗口中更有效，因此設計人員必須了解器件將經歷的工作溫度。在圖 5-1 中，未校準的波形是一個二階函數，但這可能因器件而異。可以獲得一階到高階的曲率。溫漂會因器件而異，這可能很難在具有相同配置文件的多個器件之間校準出誤差，因此我們建議使用唯一的配置文件校準每個電壓基準。多點校準的缺點是成本和校準時間增加，而且并非所有的溫度曲線都易于校準。為了避免多點校準，最好選擇一個更精確、溫漂較低的電壓基準。

在表 3-2 中，溫漂誤差被轉換成百分比誤差，這使得它很容易與初始精度誤差相比較。請記住，此誤差是未校準系統在 25°C 時的最大偏差。大多數器件不會達到這么高的偏差。在低分辨率系統中，選擇具有超低溫漂規格的器件往往更為實用，因為溫度校準可能耗時且成本高昂。在高分辨率系統中，情況更加復雜，因為需要盡可能減少溫漂才能更大限度地提高 ADC 性能。特別是，如果信號鏈有信號調節元件，這些元件會各自產生溫漂。