29.Погрешность усиления в ацп микроконтроллера.

Погрешность усиления определяется как отклонение середины последнего шага на выходе от идеально прямой линии после компенсации ошибки смещения.

После компенсации погрешности смещения при входном напряжении с уровнем 0 выходное значение всегда будет равно 0. Однако под воздействием погрешности усиления наклон фактической передаточной функции несколько отличается от наклона идеальной. Эта погрешность усиления может быть измерена и компенсирована за счет масштабирования выходных значений.

Для компенсации во время выполнения часто используется целочисленная арифметика, так как расчеты с плавающей точкой занимают слишком много времени. Поэтому, чтобы получить наилучшую точность, отклонение должно быть измерено для выходного значения настолько далекого от 0, насколько это возможно. Чем больше значение будет использовано, тем более высокую точность Вы получите. Далее это описано более подробно.

На рисунке 2 показан пример передаточной функций 3-разрядного АЦП с погрешностью усиления. Ниже следующее описание справедливо как для несимметричного, так и для дифференцированного режима.

Рисунок 2. Пример положительной (A) и отрицательной (B) погрешности усиления

Для измерения погрешности усиления уровень входного напряжения увеличивают от 0 до достижения последнего шага на выходе АЦП. Коэффициент масштабирования для компенсации погрешности усиления равен отношению идеального значения на выходе для середины последнего шага к фактическому значению шага.

30(Интегральная нелинейность (инл) ацп микроконтроллера) –

31(Дифференциальная нелинейность (днл) ацп микроконтроллера).

Нелинейность.

После того, как будут компенсированы ошибки смещения и усиления, фактическая передаточная функция должна максимально приблизится к передаточной функции идеального АЦП. Однако, нелинейность АЦП может привести к фактической кривой, несколько отличающейся от идеальной кривой, даже если две кривые совпадают в точке нуля и в точке, где была измерена ошибка усиления. Есть два метода измерения нелинейности, описание которых будет приведено далее. На рисунке 2-14 показаны примеры обоих методом измерения нелинейности.

Рисунок 2-14. Примеры измерения нелинейности АЦП

Интегральная нелинейность определяется как максимальная вертикальная разница между фактической и идеальной кривой.

Интегральная нелинейность.

Интегральная нелинейность может быть интерпретирована как суммарная дифференциальная нелинейность. Например, сумма отрицательных значений дифференциальной нелинейности идущих подряд шагов квантования возвышает фактическую кривую над идеальной (показано на рисунке 2-14). Отрицательная интегральная нелинейность означает, что фактическая кривая находится ниже идеальной кривой.

Как и в случае с измерением дифференциальной нелинейности, максимальное и минимальное значения интегральной нелинейности измеряют с помощью того же линейно нарастающего напряжения на входе модуля АЦП. Так же, как и в предыдущем случае, сохраняются значения отклонения для каждого преобразования, после чего выбираются самое положительное и отрицательное отклонения, которые и являются максимальным и минимальным значениями интегральной нелинейности.

Дифференциальная нелинейность.

Дифференциальная нелинейность определяется как максимальная и минимальная разница между реальной и идеальной шириной любого шага квантования (1 LSB).

Последствием нелинейности является разная ширина шагов квантования. В идеале все шаги должны быть шириной 1 LSB, однако в реальности некоторые из них могут быть уже или шире.

Для измерения дифференциальной нелинейности на вход модуля АЦП подают линейно нарастающее напряжение, при этом непрерывно выполняются преобразования и сохраняются их результаты. Длинны шагов определяются расстояниями между изменениями значения результата. Самое положительное и отрицательное отклонение от 1 LSB используют в качестве значений максимальной и минимальной дифференциальной нелинейности.