4 Время открытия

Определение момента времени переключения со «считывания»на «запоминание» (выдержку) связано с некоторой неточностью порядка 10—100 нс. Это время называется временем открытия Т₀ и дает при быстро изменяющемся входном сигнале случайную погрешность измерения. На рис. 6 показано число k ошибочных бит (LSB) для различных отношений времени открытия Т₀ к продолжительности периода Т синусоидаль­ного аналогового сигнала.

Рис. 6. Влияние времени открытия Т₀ /Т на максимальную погрешность при считывании гармонического сигнала преобразователями с различным числом разрядов (бит n); LSB — наименьший значащий разряд

Отсюда следует, напри­мер, что для регистрации синусоидального сигнала с частотой 10 кГц при помощи 10-азрядного аналого-циф­рового преобразователя с погрешностью <0,1 % (что соответствует одному ошибочному биту) время открытия Т₀ должно быть <30 нс.

Максимальная погрешность, %

5 Мультиплексор

Иногда применяют один быстродействующий преобразователя для кодирования сразу нескольких аналоговых сигналов. Такие устройства используются в приборах с зарядовой связью для считывания изображений. Для этого все сигналы должны быть приведены одну и ту же область величины сигнала.

Р азличные сигналы в таком случае вводятся в аналого-цифро­вой преобразователь последовательно. Для этой цели используют так называемый мультиплексор (рис.7), загружающий только один канал входа в ЭВМ.

Рис. 7. Муьтлиплексор для не­скольких вводимых сигналов: / — мультиплексор; 2 — фиксирующее ввено; 3 — аналого-цифровой преобра­зователь; 4 — управление

Мультиплексор состоит из некоторого количества управля­емых электронных ключей (например, полевых транзисторов), из которых замкнутым в каждый момент является только один. Поскольку незамкнутые (запер­тые) выключатели имеют некото­рое конечное сопротивление про­хождению тока, сигнал, подклю­чаемый в каждый момент к счи­тывающему устройству, несколько искажается Это так называ­емое взаимное влияние каналов обычно не превышает —60 дБ. Однако фильтр для подавления эффекта наложения и в этом случае должен уста­навливаться для каждого входного сигнала индивидуально, т. е. перед мультиплексором.

6. Квантование

Д ля цифрового кодирования аналоговых измерительных сигналов с целью их обработки на ЭВМ применяют аналого-цифровые преобразователи.

Они преобразовывают входное напряжение U_е (ПД)в кодирован­ный выходной сигнал (Код)U_а .

Двоично-кодированный вы­ходной сигнал (рис.8) может быть представлен в сле­дующей форме:D_e = a₁.2^-1+a₂-2^-2+

+ a_n-2^-n = (U_е / U_ref ) +,

причем—2^-(n+1)  +2^-(n+1),

г

Рис. 8. Аналого-цифровой бинарный (двоичный) преобразователь

де n — число разрядов (бит) аналого-цифрового преобразователя; U_ref — сравнительное напряжение, т. е. диапазон входного сигнала; a_i — значения отдельных разрядов (0 или 1); — погрешность квантования, не превышающая по абсолютной величине половины ошибочного бита:

Рис 8 Аналого-цифровой бинарный (двоичный) преобразователь

| е |  1/2 (LSB); а_п —наименьший значащий бит (LSB), т. е. бит о наименьшим значе­нием позиции (least significant bit). Наибольшая погрешность квантования определяется из вы­ражения U_{re f} /(2ⁿ — 1)  U_ref /2ⁿ (для больших значений п).

Разрешающую способность аналого-цифрового преобразова­теля обычно выбирают с таким расчетом, чтобы погрешность квантования имела бы такой же порядок величин, что и абсолют­ная погрешность входного сигнала U_в.

При этом очень важно, чтобы амплитуда аналогового входного сигнала возможно лучше соответствовала бы входному диапазону аналого-цифрового преобразователя.