Для задания диапазона преобразования в схеме необходим источник опорного напряжения (Vион), который задает, какому уровню входного напряжения соответствует выходное значение

Погрешности АЦП. Погрешности можно разделить на статические и динамические. Имеется несколько источников погрешностей АЦП. Ошибки измеряются в единицах, называемых МЗР — младший значащий разряд (LSB – в зарубежной литературе). Для 8-битного двоичного АЦП ошибка в 1 МЗР составляет 1/256 от полного диапазона сигнала, то есть 0,4 %.

Статические погрешности. В большинстве применений АЦП используют для измерения медленно изменяющегося низкочастотного сигнала (например, от датчика температуры, давления, от тензодатчика и т.п.), когда входное напряжение пропорционально относительно постоянной физической величине.

Здесь основную роль играет статическая погрешность измерения. В спецификации АЦП этот тип погрешности определяет погрешность квантования, погрешность смещения нуля (Offset), погрешность полной шкалы (Full - Scale), дифференциальная нелинейность (DNL), интегральная нелинейность (INL). Эти пять характеристик позволяют полностью описать статическую погрешность АЦП.

Погрешность квантования -одна из наиболее существенных составляющих ошибки при измерениях с применением АЦП. Она является результатом самого процесса преобразования. Погрешность квантования - это погрешность, вызванная значением шага квантования и определяемая как ½ величины младшего значащего разряда (МЗР, LSB). Она не может быть исключена в аналого-цифровых преобразованиях, так как является неотъемлемой частью процесса преобразования, определяется разрешающей способностью АЦП и не меняется от АЦП к АЦП с равным разрешением. Остальные типы статических погрешностей вызваны неидеальностью аппаратной реализации.

Погрешность смещения нуля и погрешность полной шкалы.Вследствие неидеальности передаточной характеристики АЦП возникают погрешность смещения нуля и погрешность полной шкалы. Эти типы погрешностей доходят до ½ LSB и могут быть коррелированны аппаратными и программными методами //.

Дифференциальная нелинейность. У идеальной передаточной характеристики АЦП ширина каждой "ступеньки" должна быть одинакова. Разница в длине горизонтальных отрезков этой кусочно-линейной функции из 2^N "ступеней" представляет собой дифференциальную нелинейность.

Интегральная нелинейность. Интегральная нелинейность - это погрешность, которая вызывается отклонением линейной функции передаточной характеристики АЦП от прямой линии. Интегральную нелинейность определяют путем сравнения напряжений, при которых происходят кодовые переходы. Для идеального АЦП эти переходы будут происходить при значениях входного напряжения, кратных LSB.

А для реального преобразователя такое условие может выполняться с погрешностью. Разность между "идеальными" уровнями напряжения, при которых происходит кодовый переход, и их реальными значениями выражается в единицах LSB и называется интегральной нелинейностью.

Ошибки связаны также с источником опорного напряжения. Например, если прецизионный источник опорного напряжения имеет отклонение 2.5 В ± 10 мВ, то он дает погрешность 0,4 %.

Пример расчета погрешностей АЦП. Для расчета погрешностей АЦП используется список основных источников погрешностей, начиная от ее аналогового входа и кончая цифровым выходом. Составим таблицу с источниками погрешностей (таблица 10.1) и определим суммарную среднеквадратичную погрешность.

Динамические параметры. К динамическим параметрам относятся параметры, характеризующие временные, частотные и шумовые свойства АЦП.

Частота дискретизации. Аналоговый сигнал является непрерывной функцией времени, а в АЦП он преобразуется в последовательность цифровых значений. Следовательно, необходимо определить частоту выборки цифровых значений из аналогового сигнала. Частота, с которой производятся выборки, получила название частоты дискретизации АЦП.

Таблица 10.1. Бюджет погрешностей, %

Время преобразования (t_пр) –- это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования 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 АЦП или АЦП последовательного приближения, время преобразования остается примерно постоянным.

В течение времени преобразования входное аналоговое значение должно удерживаться постоянным (иначе будут ошибки непостоянства U_ВХ)_. Эта задача решается путём использования специальной схемы на входе АЦП – устройства выборки-хранения (УВХ). УВХ, как правило, хранит значение входного напряжения на конденсаторе, который соединён со входом через аналоговый ключ: при замыкании ключа происходит выборка входного сигнала (конденсатор заряжается до входного напряжения), при размыкании – хранение. Многие АЦП, выполненные в виде интегральных микросхем, содержат встроенное УВХ.

Время выборки (полное время преобразования) – время, в течение которого происходит образование одного выборочного значения. При работе с УВХ время выборки равно времени преобразования АЦП, плюс время установления напряжения на УВХ.

Дата добавления: 2014-10-10; просмотров: 650; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!