Учебное пособие по АЦП (1015481), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Такую зависимость по аналогии с ЦАП называют обычно характеристикой преобразованияАЦП. В отсутствие аппаратных погрешностей средние точки ступенек расположены на идеальной прямой 1 (рис.24), которой соответствует идеальная характеристика преобразования. Реальная характеристика преобразованияможет существенно отличаться от идеальной размерами и формой ступенек, а также расположением наплоскости координат. Для количественного описания этих различий существует целый ряд параметров.Статические параметрыРазрешающая способность - величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходеАЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разрядах или децибелах и характеризуетпотенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности. Например, 12-разрядный АЦП имеетразрешающую способность 1/4096, или 0,0245% от полной шкалы, или -72,2 дБ.Разрешающей способности соответствует приращение входного напряжения АЦП U вх при изменении Dj наединицу младшего разряда (ЕМР).
Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодовпреобразования номинальное значение шага квантования h=Uпш/(2N-1), где Uпш - номинальное максимальноевходное напряжение АЦП (напряжение полной шкалы), соответствующее максимальному значению выходногокода, N - разрядность АЦП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.Погрешность полной шкалы - относительная разность между реальным и идеальным значениями пределашкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.Эта погрешность является мультипликативной составляющей полной погрешности. Иногда указываетсясоответствующим числом ЕМР.21Погрешность смещения нуля - значение Uвх, когда входной код ЦАП равен нулю. Является аддитивнойсоставляющей полной погрешности.
Обычно определяется по формулегде Uвх.01 - значение входного напряжения, при котором происходит переход выходного кода из О в 1.Часто указывается в милливольтах или в процентах от полной шкалы:Погрешности полной шкалы и смещения нуля АЦП могут быть уменьшены либо подстройкой аналоговойчасти схемы, либо коррекцией вычислительного алгоритма цифровой части устройства.Погрешности линейности характеристики преобразования не могут быть устранены такими простымисредствами, поэтому они являются важнейшими метрологическими характеристиками АЦП.Нелинейность - максимальное отклонение реальной характеристики преобразования D(U вх) отоптимальной (линия 2 на рис. 24). Оптимальная характеристика находится эмпирически так, чтобыминимизировать значение погрешности нелинейности.
Нелинейность обычно определяется в относительныхединицах, но в справочных данных приводится также и в ЕМР. Для характеристики, приведенной на рис. 25Дифференциальной нелинейностью АЦП в данной точке k характеристики преобразования называетсяразность между значением кванта преобразования hk и средним значением кванта преобразования h. Вспецификациях на конкретные АЦП значения дифференциальной нелинейности выражаются в долях ЕМР илипроцентах от полной шкалы.
Для характеристики, приведенной на рис. 25,Погрешность дифференциальной линейности определяет два важных свойства АЦП: непропадание кодови монотонность характеристики преобразования. Непропадание кодов - свойство АЦП выдавать все возможныевыходные коды при изменении входного напряжения от начальной до конечной точки диапазонапреобразования.
Пример пропадания кода i+1 приведен на рис. 25. При нормировании непропадания кодовуказывается эквивалентная разрядность АЦП - максимальное количество разрядов АЦП, для которых непропадают соответствующие им кодовые комбинации.Монотонность характеристики преобразования - это неизменность знака приращения выходного кода Dпри монотонном изменении входного преобразуемого сигнала. Монотонность не гарантирует малых значенийдифференциальной нелинейности и непропадания кодов.Температурная нестабильность АЦ-преобразователя характеризуется температурнымикоэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.22Динамические параметрыВозникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся вовремени.
Можно выделить следующие параметры АЦП, определяющие его динамическую точность.Максимальная частота дискретизации (преобразования) - это наибольшая частота, с которой происходитобразование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданныепределы. Измеряется числом выборок в секунду. Выбранным параметром может быть, например, монотонностьхарактеристики преобразования или погрешность линейности.Время преобразования (tпр) - это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или началапреобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке.
Для одних АЦП,например, последовательного счета или многотактного интегрирования, эта величина является переменной,зависящей от значения входного сигнала, для других, таких как параллельные или последовательнопараллельные АЦП, а также АЦП последовательного приближения, примерно постоянной. При работе АЦП безУВХ время преобразования является апертурным временем.Время выборки (стробирования) - время, в течение которого происходит образование одного выборочногозначения.
При работе без УВХ равно времени преобразования АЦП.Шумы АЦПВ идеале, повторяющиеся преобразования фиксированного постоянного входного сигнала должны даватьодин и тот же выходной код. Однако, вследствие неизбежного шума в схемах АЦП, существует некоторыйдиапазон выходных кодов для заданного входного напряжения.
Если подать на вход АЦП постоянный сигнал изаписать большое число преобразований, то в результате получится некоторое распределение кодов. Еслиподогнать Гауссовское распределение к полученной гистограмме, то стандартное отклонение будет примерноэквивалентно среднеквадратическому значению входного шума АЦП. В качестве примера на рис. 26 приведенагистограмма результатов 5000 преобразований постоянного входного сигнала, выполненных 16-разряднымдвухтактным последовательно-параллельным АЦП АD7884.Входное напряжение из диапазона + 5 В было установлено по возможности ближе к центру кода. Каквидно из гистограммы, все результаты преобразований распределены на шесть кодов. Среднеквадратическоезначение шума, соответствующее этой гистограмме, равно 120 мкВ.В табл.
3 приведены важнейшие характеристики некоторых типов аналого-цифровых преобразователей.23Таблица 3ВремяРазрядпреобр.,НаименоЧисло Внутренностьмкс (част.ваниеканалов ний УВХбитпребр.,МПс)ИнтерфейсМощностьпотр.мВтВнутрен- Напряж.нийпитания,ИОНВПримечаниеАЦП широкого применения572ПВ1121Нет110Парал.Нет+/-5:15120Требуются внешние ОУ1108ПВ2121Нет2Парал.Есть5 ,-61300Последовательного приближения(ПП)МАХ11484Есть0,66Парал.Нет+/-540Двухступенчатый. Дежур. режим - 5мкВтAD7893121Есть6Посл.Нет+/-5308-выводной корпус. ППAD7882161Есть2,5Парал.Есть+/- 5200Автокалибровка, дежур.
режим - 1мВтМАХ186128Есть7,5Посл.Есть5, +/- 57,5ПП. Дежур. режим - 10 мкВт572ПВ381Нет7,5Парал.Нет520МАХ111088Есть16Посл.Есть2,7:50,7ПП. Дежур. режим - 5 мкВтAD7888128Есть5Посл.Есть2,7:52ПП. Дежур. режим - 3 мкВтМАХ195161Есть9,4Посл.Нет+/- 580Автокалибровка, дежур. режим - 0,1мВт1107ПВ481Нет0,03 (100) Парал.AD905481Есть(200)МАХ10481Есть(1000)AD9070101ЕстьАD9224121AD924014572ПВ5Микромощные АЦПБыстродействующие АЦПНет+/-5, -5,2 3500ПараллельныйПарал.Есть5500Параллельный, ТТЛ уровни выходаПарал.Нет+/- 53500Параллельный, ЭСЛ уровни выхода(100)Парал.Есть-5700Двухступенчатый, ЭСЛ уровнивыходаЕсть(40)Парал.Есть5390Четырехступенчатый1Есть(10)Парал.Есть5280Четырехступенчатый. ТТЛ, КМОПуровни выхода3,5101-12 пр/сПарал.Есть915Управление семисегментными ЖКИМАХ132181-100 пр/сПосл.Нет50,6Многотактного интегрированияAD7715161-20...500пр/сПосл.Нет3 или 53Сигма-дельта, автокалибровка.Усилитель с программируемымусилением.
Нелин. не более 0,0015%AD7714243-10...1000Посл.пр/сНет3 или 52Сигма-дельта, автокалибровка.Усилитель с программируемымусилением. Нелин. не более 0,0015%AD7722161Нет(0,22)Посл.Есть5375Сигма-дельта, автокалибровка,скоростнойLTC2400241--Посл.Нет2,7...5,51Сигма-дельта в 8-выв. корпусе.Нелинейность не более 0,0004%.
8канальн. вариант - LTC2408Интегрирующие АЦПAD1555241Нет(0,256)Посл.Нет+/-590Сигма-дельта модулятор 4-гопорядка. Динамический диапазон 121дБ. Цифровой фильтр для него AD1556ADS1211244-1000 пр/с ПослНет+/-545Сигма-дельта, автокалибровка.Усилитель с программируемымусилением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
