10.6. Основные характеристики ацп

Поскольку каждый АЦП имеет свои особенности, обусловленные принципом преобразования, при выборе того или иного типа преобразования необходимо исходить из цели применения с учетом следующих наиболее важных характеристик этих устройств.

Разрешающая способность. Под разрешающей способностью обычно понимается минимальное значение аналогового сигнала, которое еще может различаться преобразователем. Разрешающая способность n-разрядного АЦП равна частному от деления на 2ⁿ диапазона входного аналогового напряжения. В некоторых случаях разрешающая способность определяется в процентах диапазона входного напряжения.

Точность. В процессе квантования входного сигнала U_вх на шаг Q по уровню происходит округление его до ближайшего цифрового значения в пределах самого младшего разряда цифрового кода, как следует из рис. 10.6.1.

Рис. 10.6.1. Погрешность квантования в АЦП

Погрешность нелинейной характеристики. Нелинейность - это отклонение передаточной характеристики преобразователя от идеальной прямой линии. При этом возникают два рода погрешностей, связанных с нелинейностью характеристики:

• линейная погрешность, отражающая общую кривизну передаточной характеристики;

• линейная погрешность (дифференциальная), обусловленная искривлениями характеристики на отдельных ее участках.

Линейная погрешность определяется максимальным отклонением передаточной функции преобразователя от прямой линии, соединяющей оба конца интервала преобразования. Эта погрешность измеряется в процентах диапазона преобразования или в долях самого младшего разряда. Дифференциальная линейная погрешность - это отклонение от указанной выше прямой на произвольных участках преобразования за пределы одного бита. При дифференциальной линейной погрешности более ±1 самого младшего разряда возникают ошибочные коды, а в выходном цифровом сигнале происходит скачок, т.е. нарушается монотонность преобразования. Природа возникновения упомянутых погрешностей поясняется на рис. 10.6.2., где N1 – изменение U_вх на один цифровой разряд, а N – возникающая погрешность.

Рис. 10.6.2. Дифференциальная линейная погрешность АЦП

и монотонность характеристики преобразования

Погрешность смещения измеряется значением входного сигнала, необходимым для обеспечения равенства выходного цифрового кода нулю. Погрешность усиления характеризуется разницей в наклоне реальной и идеальной передаточных характеристик преобразования. Температурная погрешность накладывается на все другие выше перечисленные погрешности, т.е. от температуры зависит и дифференциальная линейная погрешность, и погрешность смещения, и погрешность усиления.

Скорость преобразования. Временной интервал, необходимый для осуществления правильного преобразования (временная апертура), зависит от скорости изменения входного сигнала и заданной разрешающей способности преобразования. Если изменение входного сигнала во время квантования превысит значение одного бита, то выходной код АЦП уже не будет соответствовать истинному значению входного сигнала.