всё о микросхемах / Микросхемы для АЦП и мультимедиа
.pdf
ИНТЕГРАËÜÍÛÅ
МИКРОСХЕМЫ
Микросхемы для аналого-цифрового
преобразования и средств мультимедиа
выпуск 1
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
СИСТЕМЫ СБОРА ДАННЫХ
УСТРОЙСТВА ВЫБОРКИ-ХРАНЕНИЯ
ИСТОЧНИКИ ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ - ЧАСТОТА
КОДЕКИ
ЦИФРОАНАЛОГОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
УСТРОЙСТВА ВВОДА/ВЫВОДА (ПОРТЫ)
ПРИЛОЖЕНИЕ
1
2
3
4
5
6
7
8
9
ИЗДАТЕЛЬСТВО ДОДЭКА 1996
ÁÁÊ. 32.85 Ì59
ÓÄÊ 621.375(03)
Издательство “ДОДЭКА” 105318, Москва, а/я 70.
Редколлегия: А.В.Перебаскин, А.А.Бахметьев, С.О.Колосов
Ответственный за выпуск: А.А. Бахметьев
Верстка: С.В. Шашков; О.В.Зданевич Графическое оформление: О.В. Ушакова; А.Ю.Анненков
Дизайн обложки: О.В.Будко Разработка графического оформления: А.Ю. Анненков Главный редактор: А.В.Перебаскин Директор издательства: А.В.Огневский
Интегральные микросхемы: Микросхемы для аналого-цифрово го преобразования и средств мультимедиа. Выпуск 1 — М. ДОДЭКА, 1996 г., 384 с. — ISBN-5-87835-008-4
Этот том является продолжением серии справочников “Инте гральные микросхемы” и первым выпуском, посвященным микр осхемам для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа. Приводятся подробные технические сведения о приборах, выпускаемых в СНГ и их зарубежных аналогах, микросхемах выпускаемых вед ущими фирмами мира, торговые марки и адреса изготовителей и торгующих организаций.
Для специалистов в области проектирования, эксплуатации и ремонта средств мультимедиа, радиоэлектроники, метрологии и измерительной техники, а также широкого круга радиолюбит елей и студентов технических вузов.
Компьютерный набор. Подписано в печать с оригинал-макета. Формат 84 х 108/16. Гарнитура “Прагматика”. Печать офсетная.
Тираж 10000 экз. Заказ ¹
Отпечатано с оригинал-макета в типографии “Новости”. 107005, Москва, ул. Ф. Энгельса, 46.
Ì |
2302030700 |
Без объявл. |
© Издательство “ДОДЭКА” — 1996 г. |
|
3Þ0(03)-96 |
|
® Серия “Интегральные микросхемы” |
|
|
|
Все права защищены. Никакая часть этого издания не может б ыть воспроизведена в любой форме или любыми средствами, электронными или механическими, включая фотографирован ие, ксерокопирование или иные средства копирования или
сохранения информации без письменного разрешения издат ельства.
АЛФАВИТНЫЙ СПИСОК для быстрого поиска по выпуску 1
572ÏÂ1 ....................................................................................... |
26 |
AD1674...................................................................................... |
120 |
572ÏÂ2 ....................................................................................... |
28 |
AD7710 ..................................................................................... |
131 |
572ÏÂ3 ....................................................................................... |
34 |
AD7714 ..................................................................................... |
249 |
572ÏÂ4 ..................................................................................... |
232 |
AD7776...................................................................................... |
282 |
572ÏÂ5 ...................................................................................... |
28 |
AD7777...................................................................................... |
282 |
572ÏÂ6 ....................................................................................... |
37 |
AD7778...................................................................................... |
282 |
572ÏÂ7 ...................................................................................... |
41 |
AD7824...................................................................................... |
291 |
572ÏÂ8 ....................................................................................... |
41 |
AD7828...................................................................................... |
291 |
572ÏÂ9 ...................................................................................... |
45 |
AD7882 ..................................................................................... |
157 |
572ÏÂ10 ..................................................................................... |
45 |
AD7890...................................................................................... |
301 |
572ÏÂ11 ..................................................................................... |
50 |
AD7892 ..................................................................................... |
166 |
572ÏÂ12 ..................................................................................... |
50 |
AD7893...................................................................................... |
176 |
572ÏÂ13 ..................................................................................... |
54 |
AD7896...................................................................................... |
186 |
|
|
AD9022 ..................................................................................... |
196 |
1009ÅÍ2.................................................................................... |
317 |
AD9040A.................................................................................... |
205 |
|
|
AD9220 ..................................................................................... |
214 |
1175ÏÂ2 ..................................................................................... |
57 |
|
|
1175ÏÂ5 ..................................................................................... |
57 |
ICL7106 ..................................................................................... |
221 |
|
|
ICL7107 .................................................................................... |
226 |
AD1B60 ..................................................................................... |
235 |
ICL7116 .................................................................................... |
227 |
AD586 ....................................................................................... |
319 |
ICL7117 .................................................................................... |
227 |
AD587 ....................................................................................... |
327 |
ICL7126 .................................................................................... |
221 |
AD589 ....................................................................................... |
334 |
ICL7136 .................................................................................... |
221 |
AD677 ......................................................................................... |
58 |
|
|
AD680 ....................................................................................... |
338 |
MAX130..................................................................................... |
221 |
AD775 ......................................................................................... |
71 |
MAX131..................................................................................... |
221 |
AD780 ....................................................................................... |
345 |
MAX138 .................................................................................... |
228 |
AD872A ...................................................................................... |
79 |
MAX139 .................................................................................... |
228 |
AD875 ........................................................................................ |
93 |
MAX140 .................................................................................... |
228 |
AD876 ........................................................................................ |
99 |
|
|
AD1671...................................................................................... |
110 |
REF19x ..................................................................................... |
353 |
ЦЕНТР АЦП фирмы "Руднев–Шиляев"
♦предлагает широкий выбор устройств сбора, обработки и вво да в компьютер аналоговой и цифровой информации:
от 24 разрядов с временем преобразования 20 мс (50 Гц) до 8 разрядов с временем преобразования 10 нс (100 МГц); устройства с сопроцессорами DSP; крейты ПЭВМ и др.
♦минимальная стоимость, максимальное качество и эффектив ность, кратчайшие сроки поставки.
♦профессионально занимается измерениями параметров анал оговых и аналоговоцифровых каналов. Прочитать об этом Вы можете:
Шиляев С. и др. "Динамические параметры аналогово-цифровог о канала в реальных условиях его применения", Метрология, приложение к журнал у "Измерительная техника", 1993 г., номер 5.
Руднев П. и др. "Динамические параметры аналогово-цифровых преобразователей и методы их измерений", журнал "Радиотехника и электроника", 1993 г., выпуск 10, стр. 144
Адрес: Москва, 1 Щемиловский пер., дом 16. тел.: (095) 288-37-66, (095) 978-90-00
3
АО «Инструментальные Системы»
109147 г.Москва, Воронцовская, 23. Тел.(095) 330-1392 E-mail: insys@instrum.msk.su
Аппаратные и программные средства сбора и обработки сигналов
Фирма предлагает широкий спектр высокопроизводительных устройств ввода, вывода и цифровой обработки сигналов для создания комплексов на б азе персональных компьютеров.
ADC13x140 — дешевый модуль ввода аналоговых сигналов, разрядность АЦП 13 бит, частота |
дискретизации |
до 140 кГц, мультиплексор до 8 каналов, шина ISA. |
|
ADC12x400 — модуль ввода аналоговых сигналов, разрядность АЦП 12 бит, частота дискретизации до 500 кГц, мультиплексор до 16 каналов, 12-бит ЦАП, шина ISA и интерфейс модулей цифровых процессоров обработки сигналов.
ADS12x1M — модуль скоростного ввода аналоговых сигналов, разрядность АЦП 12 бит, частота дискретизации до 1.25 МГц без потери качества при мультиплексировании до 16 каналов. Дополнительно содержит два канала 16-бит ЦАП с временем установления 33 нс. Обеспечив ает непрерывный ввод данных по шине ISA со скоростью до 900-1000 кслов/с по шине ISA и 1250 кслов/с по интерфейсам модулей цифровых процессоров обработки сигналов.
ADS12x3M — модуль скоростного ввода аналоговых сигналов, разрядность АЦП 12 бит, частота дискретизации до 3 МГц без потери качества при мультиплексировании до 16 каналов. Исключительная особенность - наличие 8-канального УВХ для одновременной фиксации входн ых сигналов. Дополнительно содержит два канала 16-бит ЦАП с временем установления 33 нс. О беспечивает непрерывный ввод данных по шине ISA со скоростью до 900-1000 кслов/с по шине ISA и 3000 ксло в/с по интерфейсам модулей цифровых процессоров обработки сигналов.
ADS16x300 — модуль высококачественного ввода аналоговых сигналов, разрядность АЦП 16 бит, частота дискретизации до 300 кГц без потери качества при мультиплексировании до 16 каналов. Дополнительно содержит два канала 16-бит ЦАП с временем уст ановления 33 нс. Шина ISA и интерфейс модулей цифровых процессоров обработки сигна лов.
ADS18x48 — модуль высококачественного ввода аналоговых сигналов в полосе до 24 кГц для профессиональной обработки звука, разрядность АЦП 18 бит, 4 независимых канала. Дополнительно содержит два канала 16-бит ЦАП с частотой дискретизации до 384 кГц. Шина ISA и интерфейс модулей цифровых процессоров обработки сигналов.
ADS12x10M — высокочастотный двухканальный модуль ввода аналоговых сигналов для шины PCI. Разрядность АЦП 12 бит, частота дискретизации в канале до 10 МГц c возможностью мультиплексирования двух сигналов в каждом канале.
ADS12x40M — высокочастотный двухканальный модуль ввода аналоговых сигналов для шины PCI. Разрядность АЦП 12(8) бит, частота дискретизации в каждом канале до 40(50) МГц. Обеспечивает непрерывный ввод данных в память компьютера со скоростью до 96 Мбайт/с.
Все модули аналогового ввода/вывода поддерживаются прог раммными средствами в средах DOS, WINDOWS 95, LabView, LabWindows, MATLAB.
Для обработки аналоговых сигналов в режиме реального вре мени предлагается широкий выбор процессорных модулей цифровой обработки с игналов с фиксированной и плавающей точкой на базе цифровых сигнальных процессоров ôèðì Texas Instruments è Analog Devices.
Предлагаемые буферизованные расширители шины ISA на 3...11 слотов позволяют
создавать аппаратные комплексы, состоящие из большого ко личества модулей.
4
ЭТО ПОЛЕЗНО ПРОЧИТАТЬ
Этот том является продолжением серии Справочников “Инте гральные микросхемы” и первым выпуском, посвященным микросхемам для аналого-цифрового преобразования и средств мультимедиа.
Понятие “устройство аналого-цифрового преобразования” намного шире, чем понятие “аналого-цифровой преобразователь” (АЦП), т.к. в этом устройстве необходимо не только преобразовать входной аналоговый сигнал в эквивалентный код, но и суметь этот сигнал выделить, усилить, отфильтровать, преобразовать, запомнить, внести поправки, передать в соответствующем формате на необходи мое расстояние, получить соответствующую реакцию и снова проделав вышеперечисленные операции выдать необх одимый сигнал. Поэтому в данной книге были введены следующие разделы:
1.Аналого-цифровые преобразователи
2.Системы сбора данных
3.Устройства выборки-хранения
4.Источники опорного напряжения
5.Преобразователи напряжение-частота
6.Kодеки
7.Цифроаналоговые преобразователи
8.Устройства вводы/вывода (Порты)
Из-за невозможности поместить всю гамму выпускаемых на се годняшний день приборов в одной книге, авторы в первом выпуске решили представить материалы по 1, 2 и 4 разделу. Особое внимание уделено микросхемам фирмы “Analog Devices”, т.к. на сегодняшний момент эта фирма является одним из мировых лидеров, работающих в этом направлении, а также по причине отличного сочетания “цена-качество” и доступности этих микросхем на Российском рынке. Данное издание подготовлено при непосредственном участии офиц иального дистрибьютора Analog Devices Inc. в странах СНГ и Балтии – компании AUTEX Ltd. В связи со стилем и особенностями изд ания не во всех случаях приведены полные материалы на конкретный прибор. За дополнительной информ ацией можно обратиться к специалистам AUTEX Ltd. или непосредственно в Analog Devices Inc.
Для более динамичного ознакомления читателей с состояни ем современной электроники Издательством было принято решение начать выпуск серии книг “Перспективные изделия ”, в которых содержится не только информация о параметрах какой либо микросхемы, но и помещаются научные и обзорные статьи, рекомендации по применению микросхем, описания устройств, созданных на базе ИС. В настоящий моме нт в продажу поступили два выпуска этой серии.
В процессе работы с информацией, как отечественных, так и з арубежных фирм, был замечен ряд опечаток, ошибок и неточностей. По мере сил они были исправлены. В связи с сове ршенствованием технологий производства и соответствующей коррекцией технической документации во зможно появление расхождений между сведениями, помещенными в данном издании, и сведениями, появляющимися в новой документации.
Напоминаем, что Справочник не заменяет технических услов ий и других нормативных документов, утвержденных в установленном порядке, и не является юриди ческим документом для предъявления рекламаций производителям или претензий составителям.
Продолжается ПОДПИСKА на серию Справочников “Интегральные микросхемы”. Приобр етая абонемент Вы получаете:
ωСкидку до 30% на книги серии,
ωБесплатное получение дополнительных информационно-расс ылочных материалов,
ωПраво на получение книг непоступающих в розничную продажу,
ωПриоритетное обслуживание в офисе фирмы “Додэка”.
Правила оформления подписки Вы можете найти в конце данно й книги. Подписку можно оформить, начиная с любого выпуска, или заказать отдельные книги по почте, телефону, факсу. Напоминаем нашим подписчикам, что номера на абонементном талоне соответствуют порядковому номеру книги, т.е. выпуск 1 “Микросхемы для телефонии” имеет на абонементном талоне номер 4, выпуск 2 “Микросхемы для телев идения и видеотехники” — номер 5, выпуск 1 “Перспективные изделия” – номер 6, а данный выпуск – номер 7 .
Большую помощь в подготовке издания оказали: Д.Е.Полонников, Ю.С.Солодов, Н.М.Громогласов. Особую благодарность выражаем г-ну А.П.Kирпичникову, вице-президенту AUTEX Ltd.
Приглашаем к сотрудничеству авторов.
Принимаем заказы на изготовление и размещение рекламы.
Ваши предложения Вы можете сообщить по:
òåë: (095) 366-81-45, ôàêñ: (095) 366-24-29.
адрес: 105318, Москва, а/я 70.
|
КОММЕРЧЕСКИЕ АДРЕСА |
ЛОГОТИП |
ФИРМА ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
”ANALOG DEVICES” |
|
One Technolodgy Way, P.O. Box 9106, Norwood, |
|
MA 02062-9106, U.S.A. |
|
Òåë.: (617) 329-4700, Ôàêñ.: (617) 326-8703 |
|
ДИСТРИБЬЮТОР В СТРАНАХ СНГ |
|
”AUTEX Ltd” |
|
117806, Москва, Профсоюзная, 65 |
|
Òåë.: (095) 334-77-41; Ôàêñ: (095) 420-20-16 |
ЛОГОТИП |
|
|
|
ФИРМА ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
|
”ALFA”
372, Brivibas gatve, Riga, LV-1006, Latvia. Òåë.: (0132) 520-039, 520-032, 551-930 Ôàêñ: (0132) 551-533
ЛОГОТИП |
ЗАВОД ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
|
”АНГСТРЕМ” |
|
|
Россия, 103460, Москва, Зеленоград |
|
|
Teë: (095) 531-14-70, 531-22-23, 532-81-90 |
|
|
Ôàêñ: (095) 531-32-70 |
|
ЛОГОТИП |
ФИРМА ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
”ВИЛЬНЯУС ВЕНТА” |
||
|
Литовская Республика, 2057, г. Вильнюс, ул. Атейтес, 10 Teл: (0122) 77-59-11, 77-08-38
Ôàêñ: (0122) 77-08-77, 76-79-49
ЛОГОТИП |
ЗАВОД ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
”МИКРОН” |
|
Россия, 103460, Москва, Зеленоград |
|
Teë: (095) 536-80-70 |
|
Ôàêñ: (095) 536-62-64 |
ЛОГОТИП |
ЗАВОД ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
”ОРБИТА” |
|
Россия, 430904, г. Саранск, завод ”Орбита” |
|
Teë: (834-22) 3-87-03, 3-87-59, 3-86-15 |
ЛОГОТИП |
ЗАВОД ИЗГОТОВИТЕЛЬ |
|
”САПФИР” |
|
Россия, 105318, г. Москва, ул. Щербаковская, 53 |
|
Teë: (095) 366-10-65, 366-02-88 |
|
Ôàêñ: (095) 365-15-52 |
6
АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) представляет соб ой устройство для автоматического преобразования непрерыв но меняющихся во времени аналоговых величин (обычно электрических напряжений) в эквивалентные значения числ овых кодов [1 — 4].
Все АЦП можно разделить на две группы, существенно различающиеся между собой по нормируемым характеристик ам погрешностей и методам поверки. K первой группе относятся АЦП, выполненные в виде микросхем (полупроводниковых, гибридн ых) и не являющиеся средствами измерений. АЦП второй группы являются средствами измерений. АЦП первой группы широко используются не только для создания АЦП второй группы, но и в качестве узлов различных систем обработки аналоговых си гналов.
572ПВ6/ПВ13), но для вывода информации в десятичном коде требуются дополнительные схемы дешифрации. В настоящее время многие АЦП, предназначенные для вывода информации в десятичном коде, наиболее удобном для оператора, вырабаты вают на своем выходе специализированный код для непосредстве нного управления семисегментными индикаторами.
Числа, представляемые в двоичном коде, представляют из се бя последовательность нулей и единиц с заданными уровнями напряжений (ТТЛ, ЭСЛ, KМОП и т.п.). Kрайний правый разряд является младшим, крайний левый — старшим. Это можно запис ать в виде формулы:
n
Ni =Σ αki 2–k
k=1
В дальнейшем мы будем рассматривать только АЦП первой гру ппы.
èпоэтому вес старшего разряда равен 1/2, следующего 1/22, затем
Âсостав АЦП часто входят вспомогательные узлы, существен но 1/23 и т.д. Такой код называют также прямым. Â âèäå
улучшающие метрологические характеристики и расширяющи е |
последовательности нулей и единиц это выглядит так: от 00...00, |
|
||||||||||||||||||||
функциональные возможности АЦП: буферные усилители, |
00...01, 00...10, 00...11 до 11...10, 11...11. Его нельзя использовать |
|
||||||||||||||||||||
автоматические переключатели диапазонов, программируем ые |
äëÿ |
кодирования отрицательных чисел. Для |
кодирования как |
|
||||||||||||||||||
усилители, устройства выборки-хранения, схемы автокалибр овки и |
положительных, так и отрицательных чисел используется не сколько |
|
||||||||||||||||||||
автоподстройки, экстраполяторы, оперативные |
и постоянны е |
способов построения кодов (см. Òàáë. 1.). |
|
|
|
|
||||||||||||||||
запоминающие устройства, цифровые фильтры, и т.п. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Практически все современные АЦП ориентированы на совмес тную |
Прямой код со знаком предусматривает введение дополнительного |
|
||||||||||||||||||||
разряда, который является старшим и для отрицательных чис ел |
|
|||||||||||||||||||||
работу с микропроцессорными системами и содержат элемен ты |
принимает значение ”1”, а для положительных”0”. Для него характерно |
|
||||||||||||||||||||
интерфейса (буферные регистры, дешифраторы адреса и т.п.). |
|
двойное представление нуля: положительный нуль 0+ = 00000 è |
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отрицательный 0– = 10000. Однако применение прямого кода в |
|
|||||||||
KОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В АЦП |
|
|
|
|
|
|
|
компьютерах встречает затруднение, поэтому для представ ления |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
отрицательных чисел используют смещенный и дополнитель ный |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
В АЦП используют обычно те же коды, что и в компьютерной |
(прямой и обратный) двоичные коды. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
1 |
||||||||||||||||||
технике, поскольку они совместно работают в различных сис темах |
Смещенный |
двоичный |
êîä |
образуется |
введением |
|
||||||||||||||||
сбора и обработки данных. В основном это |
разновидности |
дополнительного старшего разряда. Запись единицы в котор ый |
||||||||||||||||||||
двоичного кода. В АЦП, предназначенных для использования в |
означает представление положительных чисел, а запись нул я — |
|
||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||
цифровых |
измерительных устройствах, |
могут |
использовать ся |
представление |
отрицательных |
чисел. |
 |
ýòîì êîäå |
|
|||||||||||||
варианты |
двоично-десятичного |
êîäà |
(например, |
ICL7135, |
нормализованное положительное десятичное число получае тся |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Таблица 1. Разновидности двоичного кода, используемые в АЦП |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прямой со знаком |
|
|
|
Смещенный |
|
|
|
|
|
Дополнительный код |
|
|
|
|
||||||
Òèï êîäà |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
(Sign + Magnitude) |
|
|
|
(Offset Binary) |
|
|
с дополнением до 2-х |
|
обратный с дополнением до 2-х |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Twos Complement) |
|
(Ones Complement) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число |
|
+ |
|
– |
|
|
|
+ |
|
|
– |
|
|
+ |
|
– |
|
+ |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
00000 |
|
10000 |
|
|
|
10000 |
|
00000 |
|
00000 |
|
00000 |
|
00000 |
|
11111 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
00001 |
|
10001 |
|
|
|
10001 |
|
01111 |
|
00001 |
|
11111 |
|
00001 |
|
11110 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 |
|
00010 |
|
10010 |
|
|
|
10010 |
|
01110 |
|
00010 |
|
11110 |
|
00010 |
|
11101 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3 |
|
00011 |
|
10011 |
|
|
|
10011 |
|
01101 |
|
00011 |
|
11101 |
|
00011 |
|
11100 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
4 |
|
00100 |
|
10100 |
|
|
|
10100 |
|
01100 |
|
00100 |
|
11100 |
|
00100 |
|
11011 |
|
|
||
… |
|
… |
|
… |
|
|
|
… |
|
… |
|
… |
|
… |
|
… |
|
… |
|
|
||
… |
|
… |
|
… |
|
|
|
… |
|
… |
|
… |
|
… |
|
… |
|
… |
|
|
||
12 |
|
01100 |
|
11100 |
|
|
|
11100 |
|
00100 |
|
01100 |
|
10100 |
|
01100 |
|
10011 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
13 |
|
01101 |
|
11101 |
|
|
|
11101 |
|
00011 |
|
01101 |
|
10011 |
|
01101 |
|
10010 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
14 |
|
01110 |
|
11110 |
|
|
|
11110 |
|
00010 |
|
01110 |
|
10010 |
|
01110 |
|
10001 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
15 |
|
01111 |
|
11111 |
|
|
|
11111 |
|
00001 |
|
01111 |
|
10001 |
|
01111 |
|
10000 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00000 |
|
|
|
10000 |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
АЦП, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
суммированием весов значащих разрядов со знаком плюс. отрицательные десятичные числа получаются суммирование м–(1) с весами разрядов, взятыми со знаком плюс (см. Òàáë. 1.). Достоинством смещенного двоичного кода является его достаточно легкая реализация в однополярных АЦП. Однако выполнение арифметических операций в компьютере в этом с лучае встречает затруднения.
Дополнительный код. Удобен при согласовании АЦП с компьютером.
Прямой с дополнением до 2-õ имеет одинаковые со смещенным кодом состояния весовых разрядов. Однако положительные ч исла кодируются ”0” в старшем разряде, отрицательные — ”1”. Нормализованные положительные числа образуются суммированием весовых коэффициентов разрядов, отрицате льные
— суммированием весовых коэффициентов с минус единицей ( см. Òàáë. 1). Нуль имеет одно представление.
Обратный с дополнением до 2-õ имеет двойное представление нуля. Для положительных чисел представления в дополнител ьном и обратном кодах совпадают с представлением в прямом. Представление отрицательных чисел соответствует инверс ному коду положительных чисел в прямом коде со знаком [7].
Современные АЦП имеют возможность ввода/вывода данных в последовательном и/или параллельном формате или побайтн о.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
В разных источниках информации под одним и тем же термино м может скрываться различное понимание того или иного явле ния. Поэтому, прежде чем дать определение конкретных параметров АЦП, предлагаем Вашему вниманию несколько интересных, на наш взгляд, наблюдений и соображений.
Характеристика преобразования АЦП – это зависимость между напряжением на его аналоговом входе и множеством возможных значений выходного кода, заданная в виде таблицы, графика или формулы.
Различают номинальную характеристику преобразования (Ðèñ.1), установленную в стандартах или технических условиях на А ЦП конкретного типа, и действительную характеристику преобразования, найденную экспериментальным путем и настолько приближенную к истинной характеристике
Таблица 2. Числовые соотношения для идеального АЦП
преобразования конкретного АЦП, что для данной цели может быть использована вместо нее [6].
Рис. 1. Номинальная характеристика преобразования двоичного АЦП в униполярном режиме
Êîä |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q/2 |
|
|
|
|||
111…11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
111…10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q = |
VREF |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2n – 1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q/2 |
|
q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
000…01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A0000Z03 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
000…00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VIN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
0 V |
1 |
V |
2 |
|
V |
i–1 |
V |
i |
V |
|
V |
REF |
||||
|
|
|
|
|
|
|
i+1 |
|
|||||||||
n
Kоличество разрядов. Данное понятие применимо к аналогоцифровым преобразователям, вырабатывающим любые числов ые коды, в том числе корректирующие. Для наиболее распространенных двоичных АЦП число разрядов равно двои чному логарифму максимального числа возможных кодовых комбин аций на выходе АЦП. Применительно к АЦП, вырабатывающим другие числовые коды, вводят число эквивалентных двоичных разря дов, соответствующее увеличенному до целого двоичному логар ифму номинального числа возможных значений выходного кода.
Толкование последнего понятия может быть расширено. Если считать, что число эквивалентных двоичных разрядов равно двоичному логарифму числа возможных различных значений выходного кода АЦП, то данный параметр может быть использ ован, например, для характеристики точности АЦП (в том числе двоичных) в различных условиях эксплуатации. В таблице 2 приведен ряд числовых соотношений между количеством раз рядов, его разрешающей способностью, зависимость значения МЗР о т диапазона входного напряжения и т.п.
Разрешающая способность — величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, разряда х или децибелах и характеризует потенциальные возможности АЦ П с точки зрения достижимой точности. Например, 12-разрядный АЦ П имеет разрешающую способность 1/4096, или 0.0245% от полной шкалы, или –72.2 дБ.
Íà Ðèñ. 2 показана погрешность квантования и ее зависимость от количества разрядов.
Разряды (n) |
2–n |
Разрешение |
”äÁ” |
1/2n |
% |
ppm |
Значение Младшего Значащего Разряда (МЗР) |
|||||
|
|
|
|
|
||||||||
20 Â |
10 Â |
5 Â |
2.5 Â |
1 Â |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
2–2 |
1/4 |
–12 |
0.25 |
25 |
250 000 |
5 Â |
2.5 Â |
1.25 Â |
625 ì |
250 ì |
|
4 |
2–4 |
1/16 |
–24.1 |
0.0625 |
6.2 |
62 500 |
1.25 Â |
625 ì |
312 ì |
156 ì |
62.5 ì |
|
6 |
2–6 |
1/64 |
–36.1 |
0.015625 |
1.6 |
15 625 |
312 ì |
156 ì |
78.1 ì |
39.1 ì |
15.6 ì |
|
8 |
2–8 |
1/256 |
–48.2 |
0.003906 |
0.4 |
3 906 |
78.1 ì |
39.1 ì |
19.5 ì |
9.77 ì |
3.91 ì |
|
10 |
2–10 |
1/1 024 |
–60.2 |
0.0009766 |
0.1 |
977 |
19.5 ì |
9.77 ì |
4.88 ì |
2.44 ì |
977 ìê |
|
12 |
2–10 |
1/4 096 |
–72.2 |
0.00024414 |
0.024 |
244 |
4.88 ì |
2.44 ì |
1.22 ì |
610 ìê |
244 ìê |
|
14 |
2–14 |
1/16 384 |
–84.3 |
0.000061035 |
0.006 |
61 |
1.22 ì |
610 ìê |
305 ìê |
153 ìê |
61 ìê |
|
16 |
2–16 |
1/65 536 |
–96.3 |
0.0000152588 |
0.0015 |
15 |
305 ìê |
153 ìê |
76.3 ìê |
38.1 ìê |
15.3 ìê |
|
18 |
2–18 |
1/262 144 |
–108.4 |
0.000003814697 |
0.0004 |
3.8 |
76.3 ìê |
38.1 ìê |
19.1 ìê |
9.54 ìê |
3.81 ìê |
|
19 |
2–19 |
1/524 288 |
–114.4 |
0.000001907349 |
0.0002 |
1.9 |
38.1 ìê |
19.1 ìê |
9.54 ìê |
4.77 ìê |
1.91 ìê |
|
20 |
2–20 |
1/1 048 576 |
–120.4 |
0.0000009536743 |
0.0001 |
0.95 |
19.1 ìê |
9.54 ìê |
4.77 ìê |
2.38 ìê |
954 ì |
|
21 |
2–21 |
1/2 097 152 |
–126.4 |
0.0000004768372 |
0.00005 |
0.476 |
9.54 ìê |
4.77 ìê |
2.38 ìê |
1.19 ìê |
477 ì |
|
22 |
2–22 |
1/4 194 304 |
–132.4 |
0.0000002384186 |
0.000024 |
0.238 |
4.77 ìê |
2.38 ìê |
1.19 ìê |
596 í |
238 í |
|
23 |
2–23 |
1/8 388 608 |
–138.5 |
0.0000001192093 |
0.000012 |
0.12 |
2.38 ìê |
1.19 ìê |
596 í |
298 í |
119 í |
|
24 |
2–24 |
1/16 777 216 |
–144.5 |
0.00000005960464 |
0.000006 |
0.06 |
1.19 ìê |
596 í |
298 í |
149 í |
59,6 í |
|
8
|
АЦП, ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ |
|
||||||||||||||||
Рис. 2. Номинальные характеристики преобразования и |
Рис. 3. Профиль кванта и соответствующий ему участок |
|
||||||||||||||||
погрешности квантования 2-х и 3-х разрядных АЦП |
|
характеристики преобразования АЦП |
|
|
|
|||||||||||||
Êîä |
|
|
|
Pi |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
|
|
|
1.0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Идеальный профиль |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
0.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Реальный профиль |
|
|
||
01 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Êîä |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VIN |
i+2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q |
2q |
3q |
4q |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
êâ |
|
|
|
i+1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ q/2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VIN |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– q/2 |
|
|
|
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Çîíà |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Êîä |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
неопределенности |
|
|
|
||
|
|
|
i–1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
напряжения |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
111 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
qi |
межкодового |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
перехода |
|
|
|
|||
110 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V[ i ] |
|
|
A0000B01 |
|
||
101 |
|
|
|
i–2 |
|
|
|
|
V i-1,i |
|
V |
V i,i+1 |
|
V i+1,i+2 |
VIN |
|
||
|
|
|
|
V i-2,i-1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
011 |
|
|
|
Так как характеристика преобразования АЦП не является |
|
|||||||||||||
010 |
|
|
|
однозначной зависимостью между входным напряжением и |
|
|||||||||||||
001 |
|
|
|
выходным кодом ( коду числа i соответствует множество вход ных |
|
|||||||||||||
|
|
|
напряжений от Vi – 1,i äî Vi,i + 1, то заданную точку на характеристике |
|
||||||||||||||
000 |
|
|
VIN |
|
||||||||||||||
q 2q |
4q |
6q |
8q |
преобразования определяют следующим образом: ордината э той |
|
|||||||||||||
êâ |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
точки равна i , а абсцисса — полусумме напряжений заданного и |
|
|||||||||||||
+ q/2 |
|
|
VIN |
следующего за ним межкодовых переходов. На Ðèñ. 3 ýòî, |
|
|||||||||||||
– q/2 |
A0000Z04 |
|
|
например, точка с абсциссой Vi = 0.5 õ (Vi – 1,i |
+ Vi,i + 1) и ординатой i. |
1 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Одним из фундаментальных понятий, на котором базируются |
Разность |
значений |
напряжений |
межкодовых |
переходов |
|||||||||||||
определения основных метрологических характеристик АЦП , |
(Vi – 1,i – Vi,i + 1) называют значением кванта преобразования (шагом |
|
||||||||||||||||
является значение напряжения межкодового перехода — |
квантования, ступенью квантования). |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
определенное по характеристике |
преобразования значение |
Номинальное значение кванта преобразования (q ) равно: |
|
|
||||||||||||||
напряжения на аналоговом входе, соответствующее переход у от |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
предыдущего к заданному значению выходного кода. |
|
q |
H |
= (V |
N – 1,N |
– V |
0,1 |
) / (N – 2) = V |
REF |
/2n – 1 |
|
|
|
|||||
При наличии шума значением напряжения межкодового перех ода называют значение напряжения на аналоговом входе АЦП, при котором вероятности появления на выходе АЦП предыдущего и заданного значения выходного кода равны между собой.
Экспериментально напряжение межкодового перехода опред еляют путем измерения среднего значения напряжения на входе АЦ П, для которого число появлений заданного и предшествующего заданному значений выходного кода равны между собой.
Различают номинальное значение напряжения межкодового перехода, определенное по номинальной характеристике преобразования, и действительное значение напряжения межкодового перехода, определенное по действительной характеристике преобразования.
Значение напряжения межкодового перехода можно рассматривать как числовую характеристику профиля кван та – зависимость вероятности появления заданного выходного кода АЦП от входного напряжения. Связь между профилем кванта и напряжениями соответствующих ему межкодовых переходов иллюстрирует Ðèñ. 3. В верхней части рисунка приведена зависимость вероятности P появления на выходе АЦП кода чи сла i от входного напряжения VIN. Вероятности 0,5 соответствуют два напряжения межкодовых переходов: Vi – 1,i — от кода числа i – 1 к коду числа i и Vi,i + 1 — от кода числа i к коду числа i + 1. В нижней части рисунка приведен участок характеристики преобразования АЦП.
где N — номинальное число возможных значений выходного кода;..и V0,1 è VN–1,N — номинальные значения напряжений межкодовых переходов из нулевого кода к первому и от предпоследнего кода к последнему.
Если в данной формуле заменить номинальные значения напряжений действительными, то получим среднее действит ельное значение кванта преобразования. Номинальное значение кв анта преобразования называют единицей младшего разряда (ЕМР) или
Младшим Значащим Разрядом (МЗР).
В связи с тем, что данное выше определение для произвольно заданной точки характеристики преобразования АЦП не мож ет быть использовано для начальной и конечной точек характерист ики преобразования, то их задают следующим образом. Начальная точка характеристики преобразования — это точка, определяемая значением напряжения, равным разности знач ения напряжения первого межкодового перехода и 0.5 значения ква нта преобразования. Kонечная точка характеристики преобразования — это точка, определяемая значением напряжения, равным сумме значения напряжения конечного межкодового перехода и 0.5 значения кванта преобразования (см. Рис.1). При этом обычно имеется в виду среднее действительн ое значение кванта преобразования. В этом случае:
V0 = V0,1 – 0.5 q; VN = VN - 1,N + 0.5 q
9