Лекция 11 Аналого-цифровые преобразователи.
Различают следующие виды сигналов:
- непрерывные сигналы;
- дискретные сигналы;
- дискретно-непрерывные сигналы.
Для дискретных сигналов надо:
- определить параметры дискретизации по уровню Δx и по времени Δt;
- определить число двоичных разрядов для передачи представляемой информации;
- определить параметры ЦВМ для обработки этой информации.
Все перечисленные параметры должны быть согласованы. Квантование по уровню должно быть согласовано с погрешностью источника сигнала, а с другой стороны – с разрядностью вычислителя. Кроме того, при передаче аналогового сигнала имеются помехи и низкая пропускная способность.
Применяя
дискретизацию, можно увеличить пропускную
способность канала.
За период Т в промежутках между импульсами сигнала Х1 можно передавать сигнал Х2 .
Аналого-цифровые преобразователи делятся на три группы.
Первые две группы чисто электронные преобразователи ПНК и в них входят две группы:
ПНК последовательного сравнения (последовательного преобразования).
В этих ПНК происходит последовательное сравнение преобразуемых величин с единицей эталонного напряжения. Число шагов сравнения:
,
где:
Xmax , Xmin – максимальное и минимальное значение преобразуемого сигнала;
ΔX – шаг квантования по уровню.
Эти преобразователи делятся на подклассы:
Накопительные ПНК.
Для преобразования следующего сигнала накопительные ПНК используют значение предыдущего сигнала по принципу обратной связи.
1.2. Циклические ПНК.
Циклические ПНК работают по принципу обнуления сигнала в конце цикла. Они начинают следующий цикл с нуля.
Достоинства:
- высокая точность.
Недостатки:
- относительно низкое быстродействие из-за большого числа сравнений.
2. ПНК поразрядного сравнения (поразрядного преобразования).
В таких ПНК преобразуемая величина сравнивается с двоичным разрядом преобразуемого числа.
,
где:
N – количество двоичных разрядов;
n – число шагов дискретизации сигнала.
ПНК поразрядного сравнения подразделяются:
- ПНК последовательного преобразования;
- ПНК параллельного преобразования.
Достоинства:
- высокая скорость – N < n.
Недостатки:
- сложность.
3. Преобразователи непосредственного преобразования (угол-код).
(относятся к преобразователям электромеханического типа)
Их используют, когда в измерительных электромеханических устройствах, выходным сигналом которых является угол поворота или перемещение.
Достоинства:
- простота.
Недостатки:
- низкое быстродействие;
- невысокая точность.
Требования к ацп.
Требования к АЦП не отличаются от общих требований:
точность преобразователей (0,01% - 1,5%);
быстродействие (102 - 107 пр./с);
надежность не менее 105 ч. безотказной работы.
Характеристики ацп.
1. Точность определяется погрешностью обусловленной:
изменением преобразуемого сигнала за время преобразования;
неточность срабатывания схем сравнения (или нульоргана);
неточностью источника эталонного напряжения;
внутренними помехами;
;
δс – статическая погрешность;
Xmax, Xmin – пределы изменения сигнала (число двоичных разрядов).
Если q = 2n - 1 – число уравнений сравнения, то среднеквадратическая погрешность квантования первого уровня (n >6):
,
среднеквадратическая инструментальная погрешность:
.
Получаем полную погрешность:
.
Случайная погрешность
.
Полная погрешность преобразований:
.
2. Динамическая характеристика АЦП – быстродействие. Быстродействие определяется временем преобразования сигнала:
,
где:
T – время полного преобразования сигнала;
tкв – время квантования;
tв – время возвращения схемы в исходное состояние;
t0 – время ожидания подачи следующего сигнала.
t
Шаг квантования по уровню можно определить как:
;
Так как
;
то
;
;
откуда:
.
Шаг квантования tкв должен быть минимальным, но с учетом дискретизации сигнала по уровню.
3. Третьей характеристикой АЦП является чувствительность. Чувствительность – это минимальное значение сигнала, которое может различить АЦП. Фактически чувствительность определяется точностью срабатывания нульоргана.
4.Четвертой характеристикой АЦП является способ представления информации на выходе преобразования.