Параметри ацп
При послідовному зростанні значень вимірюваної напруги Uх(t) від 0 до значення, що відповідає верхній межі вимірювання, вихідний цифровий сигнал D(t) є ступінчасто-квантованою постійною лінією. Таку залежність називають статичною характеристикою АЦ-перетворення.
За відсутності інструментальної похибки середні точки квантів розташовані на ідеальній прямій 1 (рис. 4.42), якій відповідає ідеальна статична характеристика АЦП.
Реальна статична характеристика АЦ-перетворення може суттєво відрізнятися від ідеальної за розмірами та формою квантів, а також розташуванням на площині координат. Для кількісного оцінювання цих відмінностей є ряд характеристик.
Статичні характеристики
Роздільна здатність – величина, обернена максимальній кількості кодових комбінацій на виході АЦП.
Роздільна здатність подається у відсотках, розрядах або децибелах і характеризує потенціальні можливості АЦП з точки зору забезпечення точності вимірювання. Наприклад, дванадцятирозрядний АЦП має роздільну здатність
або
,
або 72,2 дБ.
Рисунок 4.42
Роздільна здатність характеризує приріст вхідної напруги АЦП UХ при зміні Dj на одиницю молодшого розряду (ОМР). Цей приріст і є кроком квантування h.
Для двійкових кодів АЦ-перетворення номінальне значення кроку квантування визначається
,
де UН мах – номінальне максимальне значення вхідної наруги АЦП, що відповідає максимальному значенню вихідного двійкового коду (Nмах = 2n), n – розрядність АЦП.
Чим більша розрядність АЦП, тим вища його розрізнювальна здатність.
Похибка повної шкали – відносна різниця між реальним і ідеальним значеннями верхньої межі АЦП-перетворення (повної шкали UПШ) за умови відсутності зміщення нуля.
.
Ця похибка є мультиплікативною складовою повної похибки. Інколи вина подається кількістю ОМР.
Похибка зміщення нуля – значення вхідної напруги UХ, для якої вхідний код ЦАП дорівнює нулю.
Це є адитивна складова повної похибки, яка визначається так
,
де UХ01 – значення вхідної напруги, при якій відбувається перехід з 0 в 1.
Ця складова похибки подається в мілівольтах або у відсотках до повної шкали
.
Похибки повної шкали і зміщення нуля можуть бути зменшені або підстроюванням аналогової частини схеми АЦП, або її корекцією обчислювальним алгоритмом цифрової частини.
Похибки лінійності характеристики не можуть бути усунені такими простими засобами, як попередні.
Нелінійність – максимальне відхилення реальної характеристики АЦП-перетворення D(UХ) від оптимальної (лінія 2 на рис. 4.42).
Оптимальна характеристика знаходиться емпірично так, щоб мінімізувати значення похибки нелінійності.
Нелінійність подається у відсотках, але у довідникових даних може наводитися в ОМР. Для характеристики, що наведена на рис. 4.43, похибка нелінійності визначається
.
Диференціальною нелінійністю АЦП в даній точці k характеристики перетворення називається різниця між значеннями кванта перетворення hk в даній точці і середнім значенням кванта перетворення h.
Рисунок
4.43
В специфікаціях на конкретні АЦП значення диференціальної нелінійності подається в долях ОМР або у відсотках.
Для характеристики, що наведена на рис. 4.43,
.
Похибка диференціальної лінійності характеризує такі властивості АЦП: пропускання кодів; монотонність характеристики перетворення.
Пропускання кодів – властивість АЦП видавати всі можливі вихідні коди при зміні вхідної напруги від початкової до кінцевої точок із діапазону перетворення.
Приклад пропускання коду i+1 наведено на рис. 4.43. При нормуванні пропускання кодів подається еквівалентна розрядність АЦП – максимальна кількість розрядів АЦП, для яких пропускання відповідних їм кодових комбінацій відсутнє.
Монотонність характеристики перетворення – це незмінюваність знака приросту вихідного коду при монотонній зміні вхідного сигналу.
Монотонність не гарантує малих значень диференціальної нелінійності і пропускання кодів.
Температурна нестабільність АЦ-перетворення характеризується температурним коефіцієнтом похибки повної шкали і похибкою зміщення нуля.
Динамічні характеристики
Виникнення динамічних похибок пов’язано з дискретизацією сигналів, що суттєво змінюються в часі.