高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）存在一些固有限制，使其偶爾會(huì)在其正常功能以外產(chǎn)生罕見(jiàn)的轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。但是，很多實(shí)際采樣系統(tǒng)不容許存在高ADC轉(zhuǎn)換誤差率。因此，量化高速模數(shù)轉(zhuǎn)換誤差率（CER）的頻率和幅度非常重要。

　　高速或GSPS ADC（每秒千兆采樣ADC）相對(duì)稀疏出現(xiàn)的轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤不僅造成其難以檢測(cè)，而且還使測(cè)量過(guò)程非常耗時(shí)。該持續(xù)時(shí)間通常超出毫秒范圍，達(dá)到幾小時(shí)、幾天、幾周甚至是幾個(gè)月。為了幫助消減這一耗時(shí)測(cè)試負(fù)擔(dān)，可以在一定“置信度”的確定性情況下估算誤差率，而仍然保持結(jié)果的質(zhì)量。

　　誤碼率（BER）與轉(zhuǎn)換誤差率

　　與串行或并行數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中BER的數(shù)字等效值類似，CER是轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤數(shù)與樣本總數(shù)之比。但是，BER和CER之間有一些截然不同之處。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流中的BER測(cè)試采用長(zhǎng)偽隨機(jī)序列，該序列可于發(fā)送器中在傳輸兩端使用常用種子值來(lái)啟動(dòng)。接收器預(yù)期將收到理想的傳輸。通過(guò)觀察接收數(shù)據(jù)與理想數(shù)據(jù)的差異，便可精確計(jì)算出BER。兩端之間偽隨機(jī)序列數(shù)據(jù)中的失配（基于種子值）即視為誤碼。

　　與CER不同，誤差測(cè)定不像純數(shù)字比較那么簡(jiǎn)單。由于ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程中始終具有小的非線性，另外還存在系統(tǒng)噪聲和抖動(dòng)，因此并非總是能確定預(yù)期數(shù)據(jù)和實(shí)際數(shù)據(jù)之間的確切差異。相反，需要建立誤差閾值，用于確定轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤和具有容許預(yù)期噪聲的樣本之間的界限。這與數(shù)字BER不同，并不會(huì)對(duì)發(fā)送和接收的預(yù)期數(shù)據(jù)進(jìn)行確切比較。相反，首先必須量化樣本的誤差幅度，然后再確定是轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤，還是在轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)的預(yù)期非線性范圍內(nèi)。ADC后端數(shù)字接口的誤碼率必須低于轉(zhuǎn)換器的內(nèi)核CER，因此無(wú)法忽視。如果并非如此，那么數(shù)據(jù)輸出傳輸誤差將覆蓋CER并成為主要誤差來(lái)源。

　　亞穩(wěn)態(tài)

　　高速ADC中造成轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤的一個(gè)常見(jiàn)原因是一種稱為亞穩(wěn)態(tài)的現(xiàn)象。高速ADC在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，往往會(huì)在不同階段使用多個(gè)梯級(jí)比較器。如果比較器無(wú)法確定模擬輸入是高于還是低于其參考點(diǎn)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生可能導(dǎo)致出現(xiàn)錯(cuò)誤代碼的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)果。當(dāng)兩個(gè)比較器的輸入之差幅度非常小或?yàn)榱銜r(shí)，就可能發(fā)生這種情況，此時(shí)無(wú)法進(jìn)行正確比較。由于此錯(cuò)誤值會(huì)沿著流水線傳播，因此ADC可能產(chǎn)生重大的轉(zhuǎn)換錯(cuò)誤。

　　當(dāng)差分模擬輸入為相對(duì)較大的正值或負(fù)值時(shí)，比較器可以快速計(jì)算出差值并給出明確決定。當(dāng)差分值很小或?yàn)榱銜r(shí)，比較器做出決定所需的持續(xù)時(shí)間會(huì)長(zhǎng)很多。如果在此決定點(diǎn)之前比較器輸出鎖存，則將產(chǎn)生亞穩(wěn)態(tài)結(jié)果。

　　有些設(shè)計(jì)方案可以減輕這個(gè)問(wèn)題。首先，將比較器的不確定范圍設(shè)計(jì)的非常小，迫使比較器在可能的最大模擬輸入條件范圍內(nèi)做出準(zhǔn)確決定。但是，這可能造成電路功率和設(shè)計(jì)尺寸增加。

　　第二種方法是盡量延遲比較器采樣時(shí)間，給模擬輸入最長(zhǎng)的時(shí)間建立至已知的比較器輸出值。但這種方法存在多個(gè)限制，因?yàn)檠舆t最長(zhǎng)也只能持續(xù)到當(dāng)前采樣時(shí)間結(jié)束，而后比較器必須繼續(xù)處理下一次采樣。第三種方法是采用智能錯(cuò)誤檢測(cè)和校正算法，該算法會(huì)對(duì)比較器在高速ADC轉(zhuǎn)換過(guò)程后續(xù)階段中引入的不確定性進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償。當(dāng)比較器未能在最大允許時(shí)間內(nèi)做出決定時(shí)，邏輯可檢測(cè)到該缺失。然后，此信息可被附加到相關(guān)樣本上，以便未來(lái)進(jìn)行內(nèi)部調(diào)整。識(shí)別出此警報(bào)時(shí)，可使用后處理步驟在樣本從轉(zhuǎn)換器輸出前糾正該錯(cuò)誤。這可以從圖1中的AD9625看出，它是ADI公司的一款12位、2.5GSPS ADC。

　　圖1：可在AD9625的模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程內(nèi)識(shí)別比較器的不確定性。在后續(xù)步驟中執(zhí)行校正命令以校正樣本，然后再?gòu)霓D(zhuǎn)換器輸出。

　　置信度

　　CER置信度（CL）是指在不精確到特定故障率的情況下對(duì)未來(lái)錯(cuò)誤的外推預(yù)期。這可減少針對(duì)給定CER獲取的樣本總數(shù)，但代價(jià)是不能保證100%的確定性。從數(shù)學(xué)角度來(lái)說(shuō)，要達(dá)到絕對(duì)100%的確定性，需要取得無(wú)限持續(xù)時(shí)間內(nèi)的樣本。因此，根據(jù)行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，95%的置信度已經(jīng)相當(dāng)接近已知值，并且實(shí)現(xiàn)了不確定性和測(cè)量時(shí)間之間的平衡。如果將測(cè)試重復(fù)一百次，則有95次可以準(zhǔn)確識(shí)別誤碼率。有時(shí)工程師會(huì)誤認(rèn)為一旦在測(cè)試期間檢測(cè)到誤差，該過(guò)程就會(huì)結(jié)束并找到最終的CER。這既不準(zhǔn)確也不完整。無(wú)論過(guò)程中是否有誤差，轉(zhuǎn)換誤差率及相關(guān)的置信度都可以測(cè)試。但是，如果在給定置信度下檢測(cè)到誤差，則與沒(méi)有錯(cuò)誤時(shí)的樣本數(shù)相比，必須增加測(cè)量的樣本數(shù)量。

　　以上公式給出了置信度、誤碼率和樣本數(shù)之間的自然對(duì)數(shù)數(shù)學(xué)關(guān)系表達(dá)式。式中：N為測(cè)量的樣本數(shù)；CER為轉(zhuǎn)換誤碼率；CL為置信度；E為檢測(cè)到的錯(cuò)誤數(shù)。

　　未檢測(cè)到誤差時(shí)，公式有所簡(jiǎn)化，右邊的項(xiàng)等于零，結(jié)果僅取決于左邊的項(xiàng)。當(dāng)CL為95%且未檢測(cè)到誤差時(shí)，所需的樣本數(shù)僅約為預(yù)期CER的倒數(shù)乘以3。測(cè)量到100%置信度，即對(duì)于任何CER值都有CL=1.0，從數(shù)學(xué)角度上需要獲取-ln（0）無(wú)窮大的無(wú)限樣本數(shù)（N）。