Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Основные принципы, характеристики и параметры АЦП






Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) представляют собой устройства автоматического преобразования непрерывно изменяющихся во времени аналоговых величин в эквивалентные значения числовых кодов. Такое преобразование необходимо для ввода данных в ЭВМ или микропроцессорные системы для цифровой обработки данных. Задача аналого-цифрового преобразования состоит в преобразовании входного напряжения в пропорциональное ему число. Процедура аналого-цифрового преобразования непрерывного сигнала представляет собой преобразование непрерывной функции напряжения u(t) в последовательность чисел u (tn), где n = 0, 1, 2… относятся к фиксированным моментам времени. При преобразовании напряжения в цифровой код используются три независимые операции: дискретизация, квантование и кодирование.

При дискретизации непрерывная функция u(t) преобразуется в последовательность ее отсчетов u(tn), как показано на рис. 4.1, а. Эта операция осуществляется с помощью компараторов. Простейший компаратор представляют собой операционный усилитель, на один вход которого подается опорное напряжение, а на второй вход – измеряемое напряжение. Если изменяемое входное напряжение становится равным опорному напряжению, то компаратор переключается из 0 в 1.

Вторая операция, называемая квантованием, состоит в том, что мгновенные значения функции u (t) ограничиваются только определенными уровнями, которые называются уровнями квантования. В результате квантования непрерывная функция u (t) принимает вид ступенчатой кривой Uk (t), показанной на рис. 4.1, б полужирной линией. Разность между двумя соседними значениями квантованной величины называется шагом квантования. По существу квантование представляет собой операцию округления непрерывной величины до ближайшего целого значения.

Рис. 4.1. Процесс дискретизации непрерывного сигнала u(t):

а – дискретизация по времени, б – квантование по уровню

 

Третья операция, называемая кодированием, представляет дискретные квантованные величины в виде цифрового кода, т. е. последовательности цифр, подчиненных определенному закону. То есть с помощью операции кодирования осуществляется условное представление численного значения непрерывной величины. Цифровой код является выходной величиной аналого-цифрового преобразователя.

АЦП является сложным электронным устройством, состоящим из нескольких сотен или тысяч элементов, объединенных в одной или нескольких микросхемах. В связи с этим характеристики АЦП зависят не только от его построения, но и от характеристик элементов, которые входят в его состав. Поэтому АЦП оценивают по их метрологическим показателям, которые можно разделить на две группы: статические и динамические.

К статическим характеристикам АЦП относят: абсолютные значения и полярности входных сигналов, входное сопротивление, разрешающую способность, количество разрядов, погрешности преобразования постоянного напряжения и др.

К динамическим параметрам АЦП относят: время преобразования, максимальную частоту дискретизации, апертурное время, динамическую погрешность и др.

Основной характеристикой АЦП является его разрешающая способность, которую принято определять величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разрядах или децибелах и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности. Например, 12-разрядный АЦП имеет разрешающую способность 1/4096 или 0, 0245% от полной шкалы, или -72, 2 дБ.

Разрешающей способности соответствует приращение входного напряжения АЦП Uвх при изменении выходного цифрового кода на единицу младшего разряда (ЕМР). Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования

(4.1)

где – номинальное максимальное входное напряжение АЦП (напряжение полной шкалы), соответствующее максимальному значению выходного кода, N – разрядность АЦП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.

Погрешность полной шкалы – относительная разность между реальным и идеальным значениями предела шкалы преобразования при отсутствии смещения нуля.

Погрешность смещения нуля – значение Uвх, когда входной код АЦП равен нулю. Является аддитивной составляющей полной погрешности.

Температурная нестабильность АЦ-преобразователя характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.

Возникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся во времени. Можно выделить следующие параметры АЦП, определяющие его динамическую точность.

Дифференциальной нелинейностью АЦП в данной точке k характеристики преобразования называется разность между значением k –го кванта преобразования и средним значением кванта преобразования h. В спецификациях на конкретные АЦП значения дифференциальной нелинейности выражаются в долях единиц младшего разряда (ЕМР) или в процентах от полной шкалы.

Максимальная частота дискретизации (преобразования) – это наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой погрешность линейности АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду.

Время преобразования (tпр) – это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке. При работе АЦП без УВХ время преобразования является апертурным временем.

Поскольку МПС и ЭВМ являются быстродействующими устройствами обработки данных, то для совместной работы с ЭВМ АЦП также должны иметь высокое быстродействие.

На быстродействие АЦП решающее значение оказывает их схемотехническая реализация. Выделяют три различных метода АП-преобразования: параллельный, весовой и числовой.

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.