15

работа N 4

Исследование аналого-цифровых преобразователей

цель работы: Изучение схем, синтез и экспериментальное исследование аналого-цифровых преобразователей.

Краткие теоретические сведения о аналого-цифровых преобразователях Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровыми преобразователями (АЦП) называются устройства, преобразующие аналоговый сигнал в число (цифровой код) пропорциональное амплитуде сигнала. Своему широкому применению АЦП обязаны, с одной стороны, технологическому прогрессу в микроэлектронике, а с другой - широкому внедрению цифровых вычислительных устройств (компьютеров или даже просто микропроцессоров) в те виды работ, которые традиционно выполнялись с помощью аналоговых устройств. К ним можно отнести регистрацию и контроль технологических процессов и различного рода научных экспериментов. Применение АЦП позволило повысить помехоустойчивость и шумозащищенность при передаче и хранении аналоговой информации. Кроме того, повышение быстродействия вычислительных машин и АЦП, а также точности преобразования аналогового сигнала в цифровой привели к широкому применению цифровых методов обработки сигнала с помощью ЭВМ, к появлению различных, ранее не существовавших устройств: музыкальных процессоров и синтезаторов, разнообразных измерительных приборов (например, запоминающих цифровых осциллографов) и т.д.

Основные характеристики аналого-цифрового преобразования

Основными характеристиками аналого-цифрового (А/Ц) преобразования являются те же величины, что характеризуют цифро-аналоговое (Ц/А) преобразование: разрядность (N), полная шкала (U_шк), разрешающая способность (R). Эти характеристики были подробно освещены в предыдущей работе, поэтому здесь их рассматривать не будем. Однако необходимо сделать одно существенное замечание: в описании характеристик АЦП надо поменять местами названия входных и выходных сигналов. Так в АЦП входным сигналом будет аналоговая величина (например, напряжение U), выходным - цифровой код.

Те же замечания необходимо сделать и к основным понятиям, относящимся к АЦП, и к основным показателям неидеальности реальных АЦП (т.е. к инструментальным погрешностям). Напомним к основным понятиям относят: передаточную характеристику, младший и старший значащие разряды, уровни квантования, шаг квантования, шум квантования, статическую и динамическую ошибки квантования, прямую (линию) абсолютной точности, а к инструментальным погрешностям - абсолютную погрешность, напряжение смещения нуля, ошибку усиления, нелинейность и дифференциальную нелинейность (немонотонность), время установления, максимальную частоту преобразования.

Для того чтобы легче было ориентироваться в динамических характеристиках инструментальных погрешностей АЦП (ЦАП), рассмотрим требования (табл.4.1.), предъявляемые к преобразователям в различных областях их применения. Данные, приведенные в таблице, позволят далее определить область применения АЦП различных структур, описанных ниже.

			Таблица 4.1
Область применения	Время преобразования, мкс	Максимальная частота входного сигнала, Гц	Разрядность
Радиолокация	0.05	2×107	6¸8
Цифровое телевидение и видеотехника	0.05¸0.1	107	8
Высококачественная звукозаписывающая и обрабатывающая аппаратура	50	2×104	16¸20
Телеметрия и управление технологическими процессами	50¸10000	100	10¸14
Бытовые мультиметры (разнообразные Амперо-Вольт-Ом-метры)	104	1¸100	14¸18
Медицина (в областях с невысокими жизненными ритмами, например, электрокардиография)	5×105	2	14