Основные сведения по характеристикам ацп Статические параметры

По своей природе АЦП вносит ошибку квантования. Это потерянная информация, поскольку для непрерывного аналогового сигнала должна быть бесконечной разрешающая способность преобразователя, а реально АЦП имеет конечное число разрядов кодирования. Чем выше разрядность АЦП, тем больше разрешающая способность, тем меньше приходится информации на ошибку квантования.

Прохождение сигнала по цепи приборов накапливает суммарную ошибку. Важно, чтобы она не была ниже некоторого предела. Часто АЦП является ключевым компонентом схемы, поэтому выбор преобразователя требует максимального внимания. Точность АЦП зависит от нескольких ключевых условий, которые включают: ошибку интегральной нелинейности, смещение, ошибку от коэффициента передачи, точность опорного напряжения, температурный коэффициент, характеристики прибора по переменному току.

Системные ошибки

Существует два известных способа для представления полной системной ошибки (ПСИ):

1. Среднеквадратичная ошибка:

ПСИ = (Е₁²+Е₂²+Е₃²+…+Е_n²)½,

где Е_k – составляющая конкретного параметра схемы. Этот метод наиболее точен, если все составляющие ошибки некоррелированны.

2) Максимальная абсолютная ошибка – это ошибка худшего случая. Здесь все составляющие ошибки суммируются. Этот метод представления ПСИ гарантирует, что ошибка никогда не будет превышать указанный предел. Фактическая ошибка всегда меньше вычисленного значения, а часто и гораздо меньше.

Нет жестких правил применения какого-то метода расчета. Для анализа будем использовать ошибку худшего случая. К примеру, если нужна точность 0,1% или 1/2¹⁰, то имеет смысл выбрать преобразователь с большей разрешающей способностью, чем необходимо, например, АЦП на 12 разрядов. Хотя это и не гарантирует выполнение преобразования с 12-разрядной точностью, так как интегральная ошибка нелинейности может составлять 4 единицы МЗР, но при этом будет достигнута точность 10-разрядного АЦП.

Допуская 0,075% (11 разрядов) на преобразователь, 0,025% относим на интерфейс схемы (датчики, операционные усилители, мультиплексоры и т.д.). Считаем, что полная ошибка будет состоять из суммы составляющих ошибки каждого компонента схемы по цепи прохождения сигнала.

Дифференциальная нелинейность (dnl)

DNL показывает, как изменение во входном аналоговом сигнале преобразовывается в единицу значащего младшего разряда. Другими словами, на какую величину изменится аналоговый сигнал при очередном изменении выходного кода на 1МЗР ( рис. 10.4).

Нормально работающий АЦП не допускает пропуска кода при подаче аналогового сигнала во всем диапазоне входного напряжения. Из рис. 10.4 видно, что уже при ошибке DNL=±1МЗР нет гарантии, что все коды будут присутствовать. Только учитывая, что при заводских испытаниях тесты более жесткие, чем это указано в ТУ, ошибка ±1МЗР обычно не дает потери кода. Если DNL больше, чем ±1МЗР, АЦП обязательно будет иметь отсутствующие коды. Чтобы этого избежать, используют АЦП с повышенной разрядностью. Например, если нужен 13-разрядный АЦП, используется дешевый 16-разряд­ный с DNL ошибкой ±4МЗР (преобразователь соответствует 14 разрядам). И это будет выгоднее, чем использовать 16-разрядный АЦП с DNL ±1МЗР.