Погрешности преобразования, вносимые ключевыми устройствами

Эквивалентную схему КУ можно представить в следующем виде (рисунок 5.5)

r_кл – сопротивление идеального ключа в открытом состоянии.

R₀ – сопротивление закрытого канала.

I₀ – токи утечки через закрытый канал.

Рисунок 5.5 – Эквивалентная схема КУ на МОП-транзисторах

Для КМОП транзистора r_кл складывается из параллельно подключенных n- и р-транзисторов. I₀ меньше, чем для обычных полевых транзисторов.

У коммутатора на N каналов, один из каналов всегда включен, а остальные (N –1) отключены. Эквивалентнаю схема такого коммутатора каналов приведена на рисунке 5.6

Рисунок 5.6 – Эквивалентная схема коммутатора каналов

При расчете принимается, что амплитуды входных сигналов отключенных каналов (U _{вых откл}) одинаковы.

Эквивалентное сопротивление R_{Н ЭКВ} нагрузки

Если R _н велико и число каналов N тоже значительно, то .

(5.1)

Первое слагаемое – составляющая полезного сигнала. Коэффициент при U _вых – коэффициент передачи открытого ключевого устройства. Если R _i, r _кл и R ₀ имеют номинальные значения, получим номинальное значение коэффициента передачи (градуировочное).

Изменение любого из параметров приводит к изменению коэффициента передачи ключевого устройства, т.е. к погрешности.

Т.к. изменился коэффициент передачи, то погрешность будет мультипликативной. Для ее учета при обработке, вводят эталонный сигнал.

Разброс параметров ключевых устройств, который всегда имеет место при их сборке, приводит к погрешности преобразования, которую называют неидентичностью канала. Устранить ее невозможно, но можно оценить.

В общем случае погрешность преобразования измерительного сигнала обусловленную нестабильностью какого либо параметра, оценивают с помощью частных производных по этому параметру от выражения, описывающего процесс преобразования сигнала,

(5.2)

p _i – некий параметр.

Это выражение позволяет оценить влияние погрешности на выходное напряжение.

Суммарная максимальная погрешность преобразования от нестабильности m параметров определяется как сумма:

(5.3)

. (5.4)

Относительное значение неидентичности канала:

(5.5)

Знак «–» означает, что при увеличении сопротивления открытого ключа, например при повышении температуры окружающей среды, коэффициент передачи ключевого устройства уменьшается.

Чем больше число каналов, тем сильнее проявляется погрешность неидентичности каналов при неизменных исходных параметрах ключевого устройства.

Вторая и третья составляющие представляют собой аддитивную помеху для полезного согнала (т.е. она складывается с полезным сигналомезного для последнего согнала ()ставляют собой аддетивную ть неидентичности каналов при неизменных исходных параметрах ключевог). Она приводит к смещению полезного сигнала относительно истинного значения.

Третья составляющая определяет также погрешность взаимного влияния каналов.

Пути уменьшения аддитивных составляющих погрешности:

1. Снижение числа каналов, сходящихся в точку. Необходимо использовать многоступенчатую коммутации (см. лекцию 4).

2. Использование специального сигнала для питания датчика:

В этом случае информация содержится в размахе импульсного сигнала, который выделяется при обработке измерительных сигналов а приемной части многоканальной измерительной системы. При смешении сигнала на некоторый уровень, обусловленный наличием второй и третьей составляющих в выходном сигнале открытого канала (см. выражение (5.1)), размах измерительного сигнала не изменяется.