Статические параметры АЦП

При последовательном возрастании входного аналогового напряжения от нуля до величины , соответствующей полной шкале АЦП, выходной цифровой сигнал образует ступенчатую линию. Эту зависимость по аналогии с ЦАП называют характеристикой преобразования АЦП (рисунок 24.2).

Рисунок 24.2 - Характеристика преобразования АЦП

Максимальному напряжению на входе, которое называется напряжением полной шкалы , соответствует максимальное значение выходного кода . Переход от одного значения кода к соседнему происходит в момент равенства напряжения целому числу квантов . Номинальное значение кванта определяется как

, (24.1)

где N – разрядность двоичного кода.

Это значение называют весом младшего значащего разряда (МЗР).

Рассмотрим основные параметры АЦП.

Разрешающая способность – это величина, обратная максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП.

(24.2)

Разрешающая способность выражается в процентах и характеризует потенциальные точностные возможности АЦП.

Реальная характеристика преобразования может отличаться от идеальной размерами, формой ступенек и расположением на плоскости координат. Для количественного описания этих различий существует ряд параметров, которые называются погрешностями преобразования.

Рисунок 24.3 - К определению погрешностей АЦП

Интегральная нелинейность – максимальное отклонение реальной характеристики преобразования (линия 2 на рисунке 24.3) от идеальной (линия 1 на рисунке 24.3) обычно определяется в относительных единицах, в справочниках часто приводится в единицах МЗР. Из рисунка 24.3 можно определить интегральную погрешность нелинейности как наибольшее отклонение линии 2 от идеальной характеристики, отнесенное к напряжению полной шкалы

. (24.3)

Дифференциальная нелинейность – максимальное изменение отклонения реальной характеристики преобразования при переходе от одного значения кода к смежному значению. Другими словами,это разность приращений входной величины в двух смежных значениях кода, отнесенная к напряжению полной шкалы.

. (24.4)

Погрешность смещения нуля определяется входным напряжением при входном коде, соответствующем нулевому значению. Эта погрешность является аддитивной и соответствует сдвигу идеальной характеристики на величину (линия 3, на рисунке 24.3). Значение погрешности дается в милливольтах или в единицах МЗР, а иногда в относительных единицах

. (24.5)

Погрешность полной шкалы относительная разность между реальным и идеальным значением предела шкалы преобразования при отсутствии напряжения смещения нуля. Эта погрешность является мультипликативной и объясняется изменением угла наклона характеристики преобразования (линия 4, на рисунке 24.3)

. (24.6)

Температурная нестабильность АЦП характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.

Большинство погрешностей в современных АЦП компенсируются. Для этого проводится автокалибровка и балансировка, что исключает мультипликативную погрешность полной шкалы и аддитивную погрешность смещения нуля. Погрешности нелинейности преобразования не могут быть устранены такими средствами, поэтому они являются важнейшими метрологическими характеристиками АЦП.