6.2 Характеристики ацп та принципи їх побудови.
Рис. 6.2.1 Позначення
АЦП.
Аналого-цифровий перетворювач (АЦП) або кодовий засіб вимірювання – це засіб вимірювання (ЗВ), в якому створюється кодований сигнал вимірювальної інформації.
Кодований сигнал вимірювальної інформації – це сигнал вимірювальної інформації, призначений для сприйняття технічними засобами.
Основні характеристики ацп:
- роздільна здатність;
- кількість розрядів n;
- точність;
- швидкодія.
Роздільна здатність С визначається розрядністю та максимальним діапазоном вхідної напруги:
,
де
.
Так, наприклад, при вхідній номінальній напрузі uвхн=10В для 10-ти розрядного АЦП С=10В/210=10мВ.
Похибка визначається стабільністю елементів АЦП, його інтегральною та диференціальною нелінійністю, так як це визначалось для ЦАП.
Рис. 6.2.2 Похибка шуму квантування
Середньоквадратичне значення
(СКЗ) шуму квантування можна знайти за
виразом для СКЗ періодичної функції
,
(Рис. 6.2.2) тобто
,
,
де uвх лежить в межах
.
П
Рис. 6.2.3 визначення
Апертурного часу.
,
перераховуючи до входу АЦП, СКЗ шуму
квантування виразимо як
.
Швидкодія характеризується часом установлення, тобто це інтервал часу від моменту заданої зміни сигналу на вході до появи на виході установленого коду.
Апертурний час.
Апертурний час – це такий час, по закінченні якого в АЦП виникає похибка в ОМР при зміні вхідного сигналу по синусоїдальному закону з максимально допустимою частотою (Рис. 6.2.3).
В
момент t1
коду не буде, він з’явиться тільки
через ∆t в т. t2=t1+∆t.
Необх.визначити ∆U.
Нормоване ∆t – це час затримки при якому
∆U
→ q.
Нехай сигннал U(t)
– синусоїда
Для max
частоти синусоїди
,
-апертурний
час.
;
-один.молодш.розр.
;
або
-
ф-ла для апертурного часу(-це
зв'язок між приростом одиниці молодшого
розряду(ОМР)
та апертурним часом тобто часом затримки).
Апертурне тримтіння
це нестабільність аперт.часу.
Т.Котельникова:
Щоб не спотворювати сигн.частота
дискретиз.повинна бути в 2рази більша
ніж
сигналу.
А Рис. 6.2.4 ацп паралельного перетворення. (ацп паралельного перетворення). ) Паралельні ацп.
Кожному вольту на вході відповідає 1 біт на виході ( резистори всі однакові) (1В – 1біт; 2В – 2біт)
Чим більший рівень напруги, то тим більше спрацює компараторів Кі.
Перерваги: -самий швидкодіючий АЦП; - компаратори спрацьовують одночасно.
Рис. 6.2.5 Дешифратор з пріоритетом.
Швидкодія визначається: t затр.АЦП = t затр.комп. + t затр.перетв.кодів
Недоліки : дуже багато апаратури 9 10-ти розр.АЦП потребує 512
резист.і 512 – компараторів)
Розрахунок схеми:
вибирається матриця резисторів і компаратори відповідно числу розрядів вихідного коду (для кожного біту свій резистор). Напр.: 16В – беремо 16 резист.
Матриця резист.повинна перекривати вх.напругу.
Струм крізь резистори задається на 2-3 порядків більше, ніж вхідний струм компараторів. Компаратори вибираються з урахуванням їх швидкодії, дрейфу нуля, особливо це важливо для старших розрядів.
АЦП послідовної лічби циклічний.
Рис. 6.2.12 а) схема; б) діаграма
роботи
При uвх>0 спрацьовує компаратор, відкривається логічний елемент «І» і імпульси від генератора тактових імпульсів ГТІ надходять на ЛІ, зростає вихідна напруга ЦАП.
При uвихЦАП> uвх компаратор переходить в нульовий стан, і рахунок імпульсів закінчується. Кількість імпульсів, що зафіксовано ЛІ, пропорційна uвх і є результатом перетворення uвх> Nвих.
Потім знову надходить команда «Пуск» і ЛІ скидається в нульовий стан і цикл повторюється.
Схема має низьку швидкодію, час перетворення визначається величиною вихідного коду і частотою ГТІ.
Основні похибки: похибка ЦАП, дрейф «нуля» компаратора, нестабільність fГТІ.
Якщо в схемі Рис. 6.2.10 застосувати реверсивний ЛІ, то будемо мати АЦП слідкуючого типу (Рис. 6.2.12), він відслідковує поточні значення вхідної напруги. Для цієї схеми принципове мерехтіння вихідного коду на ОМР, це враховують при індикації.
Похибки схеми Рис. 6.2.12 такі ж, як і для схеми Рис. 6.2.11.