Интегральная нелинейность (inl)
INL определяется как интеграл ошибок DNL. Ошибка INL показывает, как далеко от идеальной функции происходит передача результата преобразования. Так INL-ошибка, составляющая ±2МЗР для 12-разрядного АЦП, означает, что значение максимальной ошибки нелинейности равно 2:4096 или 0,05%. С INL ±0,5МЗР точность составляет 0,012%. Надо отметить, что ошибки INL не могут быть легко откалиброваны или скорректированы.
Рис. 10.4. К определению DNL: a) коды не пропадают; b) коды не пропадают; c) код 10 потерян; d) в точке A*ВХ цифровой код может иметь одно из трех возможных значений. Когда входное напряжение колеблется, код 10 будет потерян
Ошибки смещения и коэффициента передачи
Эти ошибки могут быть легко откалиброваны при использовании микропроцессора. В биполярных системах ошибка смещения перемещает функцию передачи, но не уменьшает число доступных кодов.
Коррекция ошибок выполняется по следующей методике. На вход АЦП подают нулевое напряжение. Результат преобразования представляет биполярную ошибку смещения нуля. Делая преобразование во всем диапазоне входных напряжений, передвигая ошибку смещения в ноль по осям напряжение/код, получим линию 2 (калибровка смещения). Используя точку А (рис. 10.5) как шарнир, поворачиваем всю линию до положения, параллельного идеальной линии передачи. Здесь опять потребуется смещение полученной линии до совпадения с идеальной. Во всех этих случаях ступенчатая функция заменяется непрерывной линией, так как размер одного шага мал.
Рис. 10.5. Корректировка ошибки смещения и коэффициента передачи
Ошибка коэффициента передачи определяется как разность полной шкалы (FS) и ошибки смещения (рис. 10.6). Ошибка коэффициента передачи легко корректируется в программном обеспечении с помощью линейной функции у = (m1/m2)х(Х), где: m1 – коэффициент наклона для идеальной передаточной функции, а m2 – для измеряемой передаточной функции.
Другие источники ошибки
Шум граничных кодов
Шум граничных кодов – количество шума, который появляется при переходе передаточной функции от одного значения к следующему. В технических данных обычно не указывается. Особенно это касается АЦП с высоким разрешением (до 16 разрядов), у которых единица МЗР имеет меньшее
Рис. 10.6. Ошибки смещения коэффициента передачи и полной шкалы
весовое значение и шум граничных кодов более распространен. Иногда величина шума граничных кодов может достигать нескольких единиц МЗР. В этом случае преобразование аналогового сигнала может закончиться кодовым мерцанием в младших значащих разрядах. Чтобы эффективно устранить неточность преобразования из-за шумов граничных кодов, надо провести необходимое число замеров и усреднить результаты. Например, если среднестатистическое значение составляет 2/3 МЗР, это приравнивается приблизительно к 4 МЗР от пика до пика. Чтобы свести неточность преобразования к 1 МЗР, необходимо выбрать в квадрат раз больше замеров, чем величина шума. В данном случае 42 составляет 16 замеров.
Опорное напряжение
Одним из наиболее потенциальных источников ошибок в АЦП является источник опорного напряжения (ИОН). ИОН может быть встроен в чип или быть отдельным прибором, но всегда необходимо обращать внимание на 3 параметра: температурный дрейф, шум напряжения и нестабильность выходного напряжения (или тока) от нагрузки. Для устранения ошибки преобразования от температурного дрейфа необходимо запитать источник сигнала от ИОН.
Шум напряжения часто определяется как среднеквадратическая величина или как величина полного размаха. Если опорное напряжение 2,5 В имеет полный размах шума величиной 500 мкВ, то это представляет ошибку 0,02 %, что соответствует только 12-разрядному преобразованию. Поэтому ошибка преобразования от шума опорного напряжения рассматривается прежде, чем любая другая. Если, при встроенном ИОН, Вы не получаете требуемую точность, то попробуйте использовать внешний прецизионный источник и сделайте соответствующие выводы.
Часто источник опорного напряжения используется для других устройств и/или микросхем. Ток, который при этом отбирается, приводит к нестабильности опорного напряжения. Чем больший ток потребляют внешние схемы, тем ниже падает опорное напряжение. Если дополнительные устройства включаются периодически, то опорное напряжение будет также раскачиваться вверх-вниз. Если стабильность по току для опорного напряжения 2,5 В составляет 0,5 мкВ/мкА и на другие устройства отбирается 800 мкА, то изменение опорного напряжения может достигать 400 мкВ, или 0,016% (400 мкВ/2,5 В).