Разрешение преобразователя

Этот наиболее важный параметр преобразователя определяется как минимальная величина изменения аналогового напряжения на входе АЦП, вызывающая изменение выходного кода на один МЗР. Значение этого параметра обычно указывается в расчете на идеальный преобразователь и поэтому скорее отражает возможности преобразователя, чем его реальные рабочие характеристики. Разрешение может задаваться в процентах от полного диапазона, в милливольтах для заданного диапазона изменения входного сигнала или просто, как это чаще всего делается, числом разрядов преобразователя.

Точность преобразователя

Точность преобразователя определяется как максимальная разность между фактическим входным напряжением и аналоговым эквивалентом двоичного выходного кода при заданном полном диапазоне. Этот параметр называют абсолютной точностью, когда его значение указывается в реальных вольтах. Однако гораздо чаще при определении точности на единицу измерения аналогового сигнала принимается величина МЗР; тогда речь идет об относительной точности. В любом случае, точность преобразователя есть максимальное значение суммы всех его погрешностей, включая погрешность квантования. В спецификации погрешностей преобразователя обычно указываются отдельные погрешности в единицах МЗР. Для преобразователей, которые не требуют коррекции смещения или усиления (к ним относится, например, АЦП ADC0816 фирмы National Semiconductor), может быть указана полная некорректируемая погрешность (± МЗР для ADC0816). Точность не всегда включается в технические характеристики АЦП, если указаны отдельные погрешности, но ее очень просто рассчитать.

Время преобразования и производительность преобразователя

После того как на АЦП поступает команда запуска, требуется некоторое конечное время, называемое временем преобразования tc, прежде чем он сможет выдать правильные выходные данные. Изменение входного напряжения во время процесса преобразования вносит нежелательную неопределенность в генерируемый выходной сигнал [б]. Полная точность преобразования реализуется только в том случае, когда эта неопределенность не превосходит разрешения преобразователя. Таким образом, для n-разрядного преобразователя, характеризуемого временем преобразования , необходимо выполнение условия

.

Рассмотрим, например, синусоидальный входной сигнал с амплитудой А и частотой f:

Vi = A sin (2 ft),

преобразование которого осуществляется с помощью 8-разрядного преобразователя, и пусть время преобразования tc = 100 мкс. Скорость изменения входного сигнала

= 2 fA cos(2 ft),

а максимальное значение этой величины составляет

( ) = 2 fA.

Полагая ПД = 2А (полный размах синусоидального сигнала), получаем

2 fA ,

f ,

f = = 12Гц.

Таким образом, даже в случае относительно гладкого синусоидального сигнала мы ограничены низкой частотой 12,4 Гц. При столь жестком ограничении диапазон применений АЦП был бы исключительно узок. Эта трудность обходится путем использования на входе АЦП схемы или устройства выборки – хранения (УВХ). УВХ – простая аналоговая схема, которая по команде осуществляет отсчет значения входного сигнала и затем сохраняет это значение на приблизительно постоянном уровне, пока АЦП выполняет преобразование. Временным интервалом, определяющим по приведенной выше формуле допустимую скорость изменения входного напряжения, является теперь время задержки, называемое также апертурным временем ta. Здесь имеется в виду характерная для УВХ задержка между моментом получения команды и моментом фактического перехода схемы в режим хранения (схемы выборки – хранения очень подробно обсуждаются в разд. 5.4). Типичное значение апертурного времени – несколько десятков наносекунд. Если мы используем УВХ с апертурным временем, скажем 20 нc, то максимальная допустимая частота входного сигнала составит

f = = 62,17кГц.

Это вполне приемлемое значение для преобразователя с tс = 100 мкс. Значение f_max может быть увеличено еще на два порядка, если командный цикл короче апертурной задержки. Величину f_max определяет при этом намного меньшая задержка, называемая апертурным дрожанием.

Производительность преобразователя – еще один важный параметр. Это – число отсчетов входного сигнала, выполняемых преобразователем в единицу времени при сохранении полной точности. Производительность преобразователя рассчитывается как обратная величина полного времени, необходимого для выполнения одного завершенного преобразования. Она является обратной величиной времени преобразования только в том случае, когда не используется УВХ. Пример расчета производительности с учетом влияния УВХ приведен в разд. 5.6.