Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Параметры и характеристики АЦП и ЦАП

ЦИФРО-АНАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ

Общие сведения

Преобразование между аналоговыми и цифровыми величинами - основная операция в современных аудио-, видеосистемах, в системах связи, вычислительных и управляющих системах, поскольку природные сигналы являются аналоговыми, а большинство практических методов их передачи, обработки и хранения информации - цифровыми. Преобразование в цифровую форму происходит с помощью аналого – цифровых преобразователей

(АЦП), расположенных у источника информации, и восстановление тех же самых сигналов с помощью ЦАП, расположенных в оконечном устройстве. В результате реализуются высокоскоростные помехоустойчивые, малошумящие и дешевые системы передачи данных на большие расстояния.

ЦАП можно представить как цифровой управляемый потенциометр, который создает на выходе аналоговый сигнал (напряжение или ток), отображающий нормированную часть его заданной шкалы выходного сигнала. Если опорное напряжение изменяется в соответствии с аналоговым сигналом, то выходной сигнал пропорционален произведению цифрового числа и аналогового входного сигнала. Полярность произведения зависит от полярности аналогового сигнала, цифровой системы кодирования и характера преобразования. Если АЦП воспринимает опорные сигналы как положительной, так и отрицательной полярности и цифровой сигнал биполярный, то происходит четырехквадратное умножение.

В АЦП цифровое число на выходе зависит от отношения преобразуемого входного сигнала к опорному сигналу, соответствующему полной шкале. Если опорный сигнал изменяется согласно изменению второго входного аналогового сигнала, то цифровой сигнал на выходе будет пропорционален отношению аналогового и опорного сигналов.

Таким образом, «измеритель отношений» АЦП может быть представлен как делитель аналоговых сигналов с цифровым выходом.

Параметры и характеристики АЦП и ЦАП

Система электрических параметров преобразователей, отражающая особенности их построения и функционирования, объединяет несколько десятков параметров. Далее приведены важнейшие из них, рекомендованные для включения в нормативно-техническую документацию и наиболее полно описывающие работу преобразователей в статическом и динамическом режимах при воздействии внешних факторов. Международные буквенные обозначения электрических параметров указаны в скобках.

Число разрядов b (b) — количество разрядов кода, связанного с аналоговой величиной, которое может воспринимать ЦАП или вырабатывать АЦП. Для двоичных АЦП и ЦАП под числом разрядов понимается двоичный логарифм максимального числа кодовых комбинаций на входе ЦАП или выходе АЦП.

Коэффициент преобразования К_ПР (G) - отношение приращения выходного сигнала к приращению входного сигнала для линейной характеристики преобразования.

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы δ_ПШ (δ_FS) – отклонение значения входного для АЦП и выходного для ЦАП напряжения (тока) от номинального значения, соответствующего конечной точке характеристики преобразования (рис.). Для АЦП и ЦАП, работающих с опорным напряжением от внешнего источника, δ_ПШ определяется без учета вносимой источником опорного напряжения (ИОН) погрешности. Измеряется δ_ПШв единицах младшего разряда преобразования (МР).

Напряжение смещения нуля на входе U_ВХ0 (U₁₀) – приведенное ко входу напряжение, характеризующее отклонение начала характеристики АЦП от заданного значения (рис. 14.3). Измеряется U_BX₀ в единицах МР.

Напряжение смещения нуля на выходе U_ВЫХ0 (U_О0) - напряжение постоянного тока на выходе ЦАП при входном коде, соответствующем нулевому значению выходного напряжения (см. рис. 14.3). Измеряется в единицах МР. Значение напряжения смещения нуля на входе - выходе преобразователей определяет параллельный сдвиг действительной характеристики преобразования, не вносит нелинейности. В технической литературе указанные параметры иногда называют аддитивной погрешностью.

Нелинейность ЦАП δ_Л(δ_L) - отклонение действительной характеристики преобразования от оговоренной прямой линии (см. рис. 14.2). Нелинейность АЦП δ_Л (δ_L) - отклонение от оговоренной прямой линии точек характеристики преобразования, делящих пополам расстояние между средними значениями уровней квантования (см. рис.14.3). Нелинейность измеряется в процентах от значения диапазона входного (выходного) сигнала или в единицах МР. Под оговоренной прямой линией понимают идеализированную линейную характеристику преобразования, относительно которой действительная характеристика имеет минимальную нелинейность. Распространен вариант ее проведения через начальную (нулевую) и конечную точки шкалы преобразования.

Дифференциальная нелинейность δ_Л (δ_ld) - отклонение разности двух аначоговых сигналов, соответствующих соседним кодам, от значения единицы МР (см. рис. 14.3). Измеряется δ_ld в процентах от значения диапазона входного (выходного) сигнала или в единицах МР. Превышение δ_ld значения ±1 МР приводит к немонотонности характеристики преобразования.

Монотонность характеристики преобразования - идентичность знака приращения мгновенных значений входного и выходного сигналов преобразователя (см рис. 14.3).

Время преобразования t_ПРБ (Ц) - интервал времени от момента заданного изменения сигнала на входе АЦП (аналоговом или цифровом) до появления на его выходе соответствующего устойчивого кода. δ_ПШ

Максимальная частота преобразования f_ПРБ _МАХ. (f_С _МАХ) - наибольшая частота дискретизации, при которой заданные параметры соответствуют установленным нормам.

Время установления выходного напряжения или тока t_УСТ_U_,, t_УСТ_I (t_su, t_Si)-интервал времени от момента заданного изменения кода на входе ЦАП до момента, при котором выходное аналоговое напряжение или ток окончательно войдут в зону шириной 1 МР или другой оговоренной величины, симметрично расположенную относительно установившегося значения.

Выброс выходного напряжения (тока) gl определяется амплитудой импульса напряжения (тока) на выходе ЦАП при заданном изменении кода (рис. 14.4). Одна из причин возникновения выбросов заключается в неидентичности характеристик переключения аналоговых переключателей в разрядах ЦАП. Наиболее значительны выбросы при смене кодовой комбинации 011...11 на 100...00. Тогда в переключении участвуют все разрядные переключатели и возможен один из двух вариантов (А или Б), показанных на рис. 14.4. Если переключатель старшего разряда ЦАП замкнется раньше, чем разомкнутся переключатели младших разрядов (вариант А), то на выходе преобразователя появится положительный выброс. Если же переключатель старшего разряда разомкнётся позже, чем это сделают переключатели младших разрядов (вариант Б), то на выходе ЦАП появится отрицательный выброс.

Температурная стабильность АЦП и ЦАП характеризуется температурными коэффициентами напряжения (тока), смещения нуля на входе U₁₀ (I₁₀)и выходе U_О0 (I_О0)нелинейности δ_L, дифференциальной нелинейности δ_ld, абсолютной погрешности преобразования в конечной точке шкалы δ_FS.

12 3 4 5 Следующая ⇒