微分非線性(DNL)
/ D-N-L /
微分非線性放大檢視轉換器的每一個個別步,問:每一步都一樣大嗎?在一個完美的轉換器裡,往上移一個碼,應該永遠意味同樣的微小電壓變化——階梯的每一階都均勻間隔。DNL 量度每一個實際的步偏離那理想的一 LSB 大小多少。INL 檢查整把尺有沒有弓彎之處,DNL 則檢視相鄰刻線之間的間距,一個間隙一個間隙地看。
它以 LSB 表示,取最糟情況的步誤差。某個碼上 DNL 為正 0.5 LSB,意味那一步寬 1.5 LSB 而非 1.0;DNL 為負 0.5 LSB,意味它只寬 0.5 LSB。危險門檻是負 1 LSB:步誤差恰為負 1 LSB,意味那一步寬度為零——它的碼對「任何」輸入電壓都永不出現。那就是一個漏碼,一個轉換器根本永遠輸出不了的值,在它可能的讀值中留下一個缺口。一個保證「無漏碼」的轉換器,處處 DNL 都優於負 1 LSB。
為何重要:好的 DNL 意味平滑、均勻、沒有缺口也沒有重複碼的步,這讓量化保持乾淨,並避免醜陋的局部突波。在每個碼都必須可用之處尤其關鍵,例如閉迴路控制中,一個漏碼可能造成突然的跳動或極限環來回擺盪。DNL 與 INL 一併報告,因為它們訴說不同的故事——DNL 是局部、逐步的均勻度;INL 是全域、累積的筆直度。一個可信賴的轉換器需要兩者都小。
一個 12 位元 ADC 在 3.3 V 參考下,1 LSB = 0.806 mV。若某個碼的 DNL 為 -1.0 LSB,那個碼完全漏失——沒有任何輸入電壓會產生它,輸出直接從下一個碼跳到上一個碼。「無漏碼」保證 DNL > -1 LSB。
逐步的均勻度;-1 LSB 的步意味一個永不出現的碼。
DNL 劣於 -1 LSB 會產生漏碼——轉換器永遠輸出不了的值。這正是單調、無漏碼的行為是一項關鍵規格的原因,尤其在回授與控制迴路中,碼的缺口可能造成不穩定。