Краткая информация об интегральных АЦП

Одним из мировых лидеров в производстве интегральных АЦП является корпорация Analog Devices. Ближайший конкурент Analog Devices – корпорация Maxim. Однако сложившаяся в последнее время политика корпорации Maxim в работе с региональными дилерами привела к существенному увеличению цен на ее продукцию и значительным трудностям приобретения выпускаемых корпорацией комплектующих изделий.

АЦП, выпускаемые в РФ и странах ближнего зарубежья в настоящее время, являются в большинстве своем морально устаревшей продукцией низкого качества, поэтому сведения о них приводиться не будут. Более того, авторы настоятельно рекомендуют не использовать АЦП, изготовленные в РФ и странах ближнего зарубежья после 1991 года, даже несмотря на сравнительно низкую их стоимость.

Сведения об основных параметрах некоторых интегральных АЦП, выпускаемых корпорацией Analog Devices, приведены в табл. 2.1.

В табл. 2.1 приняты следующие обозначения:

D_L – интегральная нелинейность характеристики преобразования АЦП, измеряемая в единицах младшего разряда (ЕМР) преобразования (абсолютное значение) или в % (относительное значение);

D_LD – дифференциальная нелинейность характеристики преобразования АЦП;

D_FS – погрешность полной шкалы АЦП;

D_е0 – погрешность от ЭДС смещения нуля на входе АЦП;

t_ПР – время преобразования АЦП – интервал времени между поступлением на вход АЦП запускающего процесс преобразования импульса и установлением на его выходе действительного кода результата преобразования;

V_REF – номинальное значение опорного напряжения АЦП;

U_П – номинальные значения напряжений питания АЦП.

Контрольные вопросы

1. Цифровой времяимпульсный вольтметр 1-тактного интегрирования имеет ЭДС смещения нуля на входах интегратора и компаратора е_0И = е_0К = ±10 мВ. Определить относительную погрешность вольтметра, обусловленную наличием этих ЭДС, если на вход компаратора подано измеряемое напряжение U_X = 0,2 В, а на вход интегратора – опорное напряжение U₀ = –5 В.

2. Цифровой времяимпульсный вольтметр 2-тактного интегрирования имеет ЭДС смещения нуля на входах интегратора и компаратора е_0И = е_0К = +10 мВ. Определить относительную погрешность вольтметра, обусловленную наличием этих ЭДС, если на вход прибора подано измеряемое напряжение U_X = 0,2 В, а опорное напряжение U₀ = –5 В.

3. Цифровой времяимпульсный вольтметр 2-тактного интегрирования имеет входной ток интегратора i_BXи = 50 нА и сопротивление времязадающей цепи R = 200 кОм. Определить относительную погрешность вольтметра, обусловленную наличием i_BXи, если на его вход подано измеряемое напряжение U_X = 0,2 В, а опорное напряжение U₀ = –5 В.

4. Параллельный 10-разрядный АЦП имеет опорное напряжение U₀ = 5 В, подаваемое на вход резистивного делителя напряжения с сопротивлением резисторов R = 100 Ом и допускаемым отклонением сопротивлений резисторов друг по отношению к другу D_R = 1 Ом. Оцените абсолютную погрешность преобразования АЦП D_DR, вызванную неравенством между собой сопротивлений резисторов, если между собой не равны сопротивления 100 резисторов.

5. Параллельный 10-разрядный АЦП имеет опорное напряжение
U₀ = 5 В, подаваемое на вход резистивного делителя напряжения с номинальным сопротивлением резисторов R = 100 Ом и допускаемым отклонением их сопротивлений d_R = 1 %. Оцените максимальную абсолютную погрешность преобразования АЦП D_DR, вызванную допуском на номинальное значение сопротивлений резисторов.

6. В 12-разрядном АЦП конвейерного типа в дифференциальных усилителях применены ОУ, имеющие частоту единичного усиления
f_T = 100 МГц. Какое минимальное время преобразования t_Cmin можно получить в таком АЦП?

7. Определите напряжение U_X на входе цифрового времяимпульсного вольтметра 2-тактного интегрирования, если на выходе интегратора в конце 1-го такта напряжение U_ИНТ1 = –0,2 В, частота ГОЧ f₀ = 5 МГц, число ступеней квантования вольтметра N₀ = 50000, постоянная времени интегратора t_И = 0,2 с.

8. Какое напряжение U_X подано на вход цифрового времяимпульсного вольтметра 2-тактного интегрирования, если длительность 2-го такта интегрирования составляет t_X = 10 мс, опорное напряжение вольтметра U₀ = 2 В, частота ГОЧ f₀ = 1 МГц, емкость счетчика импульсов
N₀ = 40000?

9. Цифровой вольтметр, построенный по частотно-импульсному типу, имеет предел измерения U_Xmax = 20 В. Определите, какое минимальное значение должен иметь интервал счета Т₀ частоты с выхода ПНЧ этого вольтметра, если требуемая крутизна преобразования напряжения в частоту составляет 500 кГц/В, а приведенная погрешность измерения не должна превышать d_ПР = 0,1 %. Обратите внимание на необходимость получения достоверных отсчетов.

10. Выведите выражение для относительной погрешности цифрового время-импульсного вольтметра однотактного интегрирования, вызванной наличием ЭДС смещения нуля интегратора и компаратора.

11. Выведите выражение для относительной погрешности цифрового время-импульсного вольтметра 2-тактного интегрирования, вызванной наличием входных токов интегратора i_BX. Для определенности считайте, что i_BX является вытекающим.

12. Выведите выражение для относительной погрешности цифрового вольтметра 2-тактного интегрирования, вызванной неравенством между собой сопротивлений R_K каналов ключей, коммутирующих входное и опорное напряжения. Для определенности считайте, что сопротивление ключа, замкнутого в 1-м такте, больше сопротивления ключа, замкнутого во 2-м такте, на величину DR_K. Сопротивление резистора времязадающей цепи интегратора R_И.

13. Является ли АЦП S-d преобразования потенциально помехозащищенным и почему?

14. Какие знаки имеют абсолютные погрешности квантования d_КВ АЦП развертывающего уравновешивания с РСО от старшего и с РСО от младшего разряда выходного кода?

15. Какой из АЦП не является прибором циклического действия?

16. Какая погрешность возникает из-за неравенства DR_i между собой номиналов резисторов R₁ ÷ R_n многозначного ИОН в АЦП параллельного преобразования и как она записывается?

17. Какая погрешность возникает из-за отклонения DR_i от номинала значений сопротивлений резисторов R₁ ÷ R_n многозначного ИОН в АЦП параллельного преобразования и как определяется ее максимальное значение?

18. Можно ли считать 1-тактный времяимпульсный вольтметр ЦИУ с квантованием по времени?

19. Для чего в параллельных АЦП применяются стробируемые компараторы?

20. Выведите формулу, по которой, зная частоту f_T единичного усиления ОУ в дифференциальном усилителе и погрешность квантования d_КВ АЦП конвейерного типа, можно определить минимальное время преобразования АЦП.

21. Какой из вольтметров уравновешивающего преобразования является самым быстродействующим и почему?