Основные параметры и классификация АЦП
Процесс аналого-цифрового преобразования состоит из многократного сравнения входного аналогового сигнала с набором эталонных сигналов.
Классификация АЦП
По алгоритму работы АЦП различают следующие основные типы .
1. АЦП, использующие метод последовательного счета. Входная аналоговая величина уравновешивается суммой одинаковых и минимальных эталонов, называемых квантами. Момент равенства и сумма эталонов определяются с помощью одного сравнивающего устройства. Результат преобразования характеризуется числом квантов, используемых при преобразовании.
2. АЦП, использующие метод поразрядного кодирования, при котором входная величина последовательно сравнивается с суммой эталонов, имеющих значение квантов, где
. То есть два соседних эталона различаются в два раза. Сравнение начинается со старшего разряда. В зависимости от результата сравнения формируется цифра в старшем разряде выходного кода, после этого производится сравнение со следующим эталоном. После окончания преобразования входная величина будет уравновешена суммой тех эталонов, у которых в соответствующих разрядов записана «1». Сравнение производится с помощью одного сравнивающего устройства.
3. АЦП, использующие метод считывания, при котором используется набор из эталонов. Младший эталон равен одному кванту, следующий - двум и тд. Входная величина одновременно сравнивается со всеми эталонами, следовательно для реализации АЦП требуется
сравнивающих устройств. Результат преобразования фиксируется по числу сравнивающих устройств, отметивших равенство или превышение входного сигнала. Результат преобразования представлен в виде унитарного
разрядного кода, который необходимо преобразовать в натуральный двоичный код.
Все эти методы и производные от них объединяются в общий метод преобразования, называемый обобщенным методом шкал, так как процесс преобразования сводится к сравнению входной аналоговой величины с набором эталонов, который можно представить в виде некоторой шкалы.
По роду аналоговой величины - ток и напряжение, угловое и линейное перемещение, временной интервал, фаза и частота переменного тока.
Параметры АЦП.
Требования ТЗ на проектирование АЦП может достигать сотен. Однако, их можно сгруппировать в 4 основные группы
точностные;
временные;
надежностные;
обобщенные стоимостные.
Параметры номинальной функции преобразования.
Номинальная функция преобразования устанавливает зависимость между числовым значением выходного кода и входным сигналом. Включает в себя: код выходного сигнала, число разрядов кода; номинальная ступень квантования; диапазон изменения входного сигнала.
Обратная величина номинальной ступени преобразования - коэффициент преобразования.
Параметры точности.
Погрешность результата преобразования - разность приведенного ко входу результата преобразования и входной величины, вызвавшей появление результата.
Погрешность преобразования систематическая - отклонение среднего статистического значения подмножества входной величины, вызывающей появление заданного результата, от приведенного ко входу значения этого результата.
Погрешность преобразования случайная - составляющая суммарной погрешности, определяемая разбросом значений входной величины, вызывающей появление заданного результата преобразования.
Погрешность уровня квантования - разность действительного значения входного сигнала, при котором происходит изменение кода с на
, и номинального значения
.
Нелинейность преобразования - максимальное значение из всех систематических погрешностей во всем диапазоне квантованной шкалы.
Дифференциальная нелинейность преобразования - разность двух смежных реальных ступеней квантования, и
.
Динамические параметры.
Время преобразования - интервал времени между сигналом «Запуск» и сигналом «Считывание», для которого нормируется статическая погрешность преобразования.
Предельная частота запуска.
Время задержки запуска. Минимально необходимое время переходного процесса во входных цепях.
Функция влияния - зависимость изменения параметров от влияющих факторов (температура, питающего напряжения и тд.).
Параметры сопряжения электрические. Характеризуют все входы и выходы АЦП с точки зрения сопряжения с внешними устройствами. Разделяются на параметры аналогового сопряжения и параметры цифрового сопряжения.