圖1：積分線性度誤差的測量方法（兩張圖均為同一轉(zhuǎn)換器）

在端點系統(tǒng)中，以通過原點和滿量程點的直線為基礎(chǔ)測量偏差（增益調(diào)整后）。對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器測量和控制應(yīng)用，這是最有用的積分線性度測量方法（因為誤差預(yù)算取決于與理想傳遞特性的偏差，而非某個隨意的“最佳擬合”），也是ADI公司通常使用的方法。

然而，最佳直線法確實能夠?qū)涣鲬?yīng)用的失真作出更好的預(yù)測，同時會使數(shù)據(jù)手冊上的“線性度誤差值”降低。最佳擬合直線是基于標準曲線擬合方法，通過器件的傳遞特性畫成，最大偏差即基于該直線測得。一般來說，利用這種方法測得的積分線性度誤差僅為端點法所測值的50%。可見，這種方法非常適合編制漂亮的數(shù)據(jù)手冊，但對誤差預(yù)算分析并不適用。對于交流應(yīng)用，標定失真比直流線性度更有效，因此，很少需要用最佳直線法來定義轉(zhuǎn)換器的線性度。

轉(zhuǎn)換器的另一種非線性度為差分非線性度(DNL)。該項指標與轉(zhuǎn)換器碼轉(zhuǎn)換的線性度有關(guān)。理想情況下，數(shù)字碼每變化1 LSB，相當于模擬信號變化1 LSB。在DAC中，數(shù)字碼每變化1 LSB會導(dǎo)致模擬輸出正好變化1 LSB；而在ADC中，模擬輸入變化1 LSB，數(shù)字轉(zhuǎn)換將從一個進入下一個。差分線性度誤差定義為整個傳遞函數(shù)與理想值1 LSB之間的任意最大偏差（或LSB變化）。

當相當于1 LSB數(shù)字變化的模擬信號變化量超過或不足1 LSB時，即存在DNL誤差。轉(zhuǎn)換器的DNL誤差通常定義為在轉(zhuǎn)換器整個范圍的任何轉(zhuǎn)換點的最大DNL。圖2所示為DAC和 ADC的非理想傳遞函數(shù)以及DNL誤差的影響。

圖2：非理想3位DAC和ADC的傳遞函數(shù)

有關(guān)DAC DNL的詳細分析見圖3。如果DAC的DNL在任何轉(zhuǎn)換點均小于–1 LSB，則該DAC 具有非單調(diào)性，即其傳遞特性含有一個或多個局部最大值或最小值。DNL大于+1 LSB時，不會導(dǎo)致非單調(diào)性，但仍然不理想。在許多DAC應(yīng)用中（尤其是在非單調(diào)性可能使負反饋變成正反饋的閉環(huán)系統(tǒng)中），DAC的單調(diào)性非常重要。DAC單調(diào)性通常在數(shù)據(jù)手冊中有明確規(guī)定，然而，如果DNL保證低于1 LSB（即|DNL| ≤ 1 LSB），則該器件一定具有單調(diào) 性，即使未明確指出。

圖3：DAC差分非線性度詳情

圖4更加詳細地描述了ADC的DNL。ADC可以為非單調(diào)，但ADC中過量的DNL通常會導(dǎo)致失碼。就像DAC須避免非單調(diào)性一樣，ADC必須避免失碼。同樣，DNL < –1 LSB時會導(dǎo)致失碼。

圖4：ADC差分非線性度詳情

ADC不但可能存在失碼，而且可能具有非單調(diào)性，如圖5所示。與DAC的情況一樣，這會導(dǎo)致嚴重問題，尤其是在伺服應(yīng)用中。

圖5：ADC失碼及非單調(diào)性

DAC中不能存在失碼——每個數(shù)字輸入字都會產(chǎn)生相應(yīng)的模擬輸出。但DAC可能為非單調(diào)性，我們前面已提到過這一點。在直接二進制DAC中，最可能產(chǎn)生非單調(diào)性條件的地方是兩個碼之間的半量程點：011...11和100...00。如果這里具有產(chǎn)生非單調(diào)性條件，一般是因為DAC未得到正確校準或調(diào)整。內(nèi)置非單調(diào)性DAC的逐次逼近ADC一般會產(chǎn)生失碼但保持單調(diào)。然而，ADC有可能變成非單調(diào)——同樣取決于具體的轉(zhuǎn)換架構(gòu)。圖5顯示同時具備非單調(diào)性和失碼兩種特性的ADC的傳遞函數(shù)。

采用分級架構(gòu)的ADC將輸入范圍粗略分成多段，每段再分成更小的段——最后得到最終碼。該過程詳見本書第4章。調(diào)整不當?shù)姆旨堿DC可能在分級點表現(xiàn)出非單調(diào)性、寬碼或失碼，分別如圖6A、圖6B和圖6C所示。這類ADC應(yīng)進行調(diào)整，這樣因老化或溫度導(dǎo)致的漂移在敏感點產(chǎn)生寬碼，而不是非單調(diào)性或失碼。

圖6：調(diào)整不當?shù)姆旨堿DC相關(guān)誤差

定義失碼比定義非單調(diào)性更難。所有ADC本身均存在一定的轉(zhuǎn)換噪聲問題，如圖7所示（將其想像為DVM最后一位數(shù)的相鄰值之間的跳動）。隨著分辨率和帶寬逐漸變高，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換噪聲的輸入范圍可能達到甚至超過1 LSB。高分辨率寬帶ADC一般存在內(nèi)部噪聲源，可能反射到輸入，作為有效輸入噪聲，與信號相混合。這種噪聲，尤其是與負DNL誤差相結(jié)合后，可能使某些（甚至所有）碼在整個輸入范圍內(nèi)均存在轉(zhuǎn)換噪聲。因而，有些碼可能沒有相應(yīng)的輸入來確保該碼為輸出，雖然有些輸入有時可能會產(chǎn)生該碼。

圖7：碼轉(zhuǎn)換噪聲與DNL的組合效應(yīng)

對于低分辨率ADC，可以將無失碼定義為轉(zhuǎn)換噪聲與DNL的組合，由其保證所有碼均一定量（可能為0.2 LSB）的無噪聲碼。然而，在現(xiàn)代Σ-Δ ADC所實現(xiàn)的極高分辨率下，這是無法實現(xiàn)的，即使是在低分辨率的寬帶寬采樣ADC中也無法實現(xiàn)。這些情況下，制造商必須以某些其他方式定義噪聲電平和分辨率。到底采樣哪種方法并不重要，但數(shù)據(jù)手冊必須明確指出所用方法及預(yù)期性能。