在嵌入式开发领域，M32 （模数）的精度至关重要。本文章将深入研究影响 STM32 ADC 精度的主要误差来源，为嵌入式开发中遇到采样问题时提供全面且深入的参考思路。

误差，通俗来讲，就是真实数据与理想数据之间的偏差。ADC 的误差存在于所有的中，而转换精度将取决于 ADC 器件的误差消除情况。STM32 数据手册的 ADC 特性描述章节对这些误差的来源进行了分析，并规定了 STM32 的 ADC 的不同精度误差类型。为了便于叙述，我们将精度误差用 1 LSB（有效位）的倍数来表示。对于电压的采样而言，分辨率取决于 ADC 的转换位数和外部提供的参考电压，通过将 LSB 数乘以 1 LSB 对应的电压，我们可以计算出电压误差。

ADC 自身设计带来的误差

偏移误差

偏移误差指的是次实际转换和次理想转换之间的偏离。次转换发生在数字 ADC 输出从 0 变为 1 时。理想情况下，当模拟输入介于 0.5 LSB 和 1.5 LSB 之间时，数字输出应为 1，且次转换发生在 0.5 LSB 处，用 EO 表示偏移误差。偏移误差可以通过一些方法轻松校准。

在 STM32 ADC 的采样中，电压的可被测量的电压用 LSB 作为单位进行量化。在 VREF+ = VDDA，ADC 为 12bit 的情况下，1 LSB = (VREF+) / 4096。如果 VREF+ = 3.3 V，那么在理想情况下，1LSB = 805.6μV。此时，402.8 μV（0.5 LSB = 0.5 × 805.6 μV）的输入应该会转换成数字 1 输出。但实际上，ADC 转换的数字输出可能仍然是读数 0。若 550 μV 的模拟电压输入才获得数字输出 1，则偏移误差 = 实际转换 – 理想转换，即 EO = 550 μV – 402.8 μV = 141.2 μV，EO = 141.2 μV / 805.6 μV = 0.17 LSB。当大于 0.5 LSB 的模拟输入电压生成次转换时，偏移误差为正；反之则为负。

增益误差

增益误差是指实际转换和理想转换之间的偏离，用 EG 表示。实际转换是从 0xFFE 到 0xFFF 的转换。理想情况下，当模拟输入等于 VREF+ – 0.5 LSB 时，应存在从 0xFFE 到 0xFFF 的转换。对于 VREF+ = 3.3 V，理想转换应发生在 3.299597 V 处。

如果 ADC 提供 VAIN <VREF+ – 0.5 LSB 的 0xFFF 读数，将获得负增益误差。例如，若 VREF+ = 3.3 V 且 VAIN = 3.298435 V 时生成从 0xFFE 到 0xFFF 的转换，则 EG = 3.298435 V – 3.299597 V = –1162 μV，EG = (–1162 μV / 805.6 V) LSB = –1.44 LSB。当 VAIN 等于 VREF+ 时没有得到满量程读数（0xFFF），则增益误差为正。

微分线性误差

微分线性误差（DLE）是指实际步进和理想步进之间的偏离，用 ED 表示。这里的 “理想情况” 并非指理想传输曲线，而是指 ADC 分辨率。理想情况下，1 LSB 的模拟输入电压变化量应导致数字量变化。如果需要大于 1 LSB 的模拟输入电压才能导致数字代码变化，就会观察到微分线性误差。

假设 1.9998 V 至 2.0014 V 模拟输入电压范围内的数字输出相同，步宽为 2.0014V – 1.9998V = 1.6mV。因此，ED 等于较高（2.0014 V）和较低（1.9998 V）模拟电压之间的电压差减去 1 LSB 所对应的电压。若 VREF+ = 3.3 V，则 1.9998 V（0x9B1）的模拟输入可提供介于 0x9B0 和 0x9B2 之间的结果，2.0014 V（0x9B3）的输入可提供介于 0x9B2 和 0x9B4 之间的结果。所以，0x9B2 步进所对应的总电压变化量为 2.0014 V – 1.9998 V = 1.6 mV（1660 μV），ED = 1660 μV – 805.6 μV = 854.4 μV，ED = (854.4 μV / 805.6 μV) LSB = 1.06 LSB。假设当步宽小于 1 LSB 时，电压高于 2.0014 V 不会导致 0x9B2 数字代码，则 ED 为负。

积分线性误差

积分线性误差是指任何实际转换和端点相关线间的偏离，用 EL 表示，也称为积分非线性（INL）误差。端点相关线可以定义为 A/D 传输曲线上连接次实际转换与实际转换的线。EL 是指与每转换的这条线的偏离，因此端点相关线对应于实际传输曲线，与理想传输曲线无关。ILE 是整个范围内 DLE 的积分。

例如，如果从 0 到 1 的次转换发生在 550 μV 处，并且转换（0xFFE 到 0xFFF）发生在 3.298435 V（增益误差）处，则传输曲线上连接实际数字代码 0x1 和 0xFFF 的线为端点相关线。

总未调整的误差

总未调整误差（TUE）是指实际和理想传输曲线间的偏离。TUE 是记录到的任何输入电压的理想预期值与从 ADC 获得的实际值之间的偏离，但它不是 EO、EG、EL 与 ED 之和。偏移误差影响较低电压的数字结果，而增益误差影响较高电压的数字输出。

例如，如果 VREF+ = 3.3 V 且 VAIN = 2 V，则理想结果为 0x9B2。但如果得到的转换结果为 0x9B4，由于 DLE 和 ILE 同时发生，因此偏离可能源于偏移。TUE = （实际值 – 理想情况值） = 0x9B4 – 0x9B2 = 0x2 = 2 LSB。