Tпр.макс=(2N-1)/ fтакт. - раздел Образование, Метрология и радиоизмерения Например, При N=10 И FТакт=1 Мгц TПр.макс...
Например, при N=10 и fтакт=1 МГц tпр.макс=1024 мкс, что обеспечивает максимальную частоту выборок порядка 1 кГц. Статическая погрешность преобразования определяется суммарной статической погрешностью используемых ЦАП и компаратора.
Особенностью АЦП последовательного счета является небольшая частота дискретизации. Достоинством является сравнительная простота построения, определяемая последовательным характером выполнения процесса преобразования. Известны и другие схемы АЦП последовательного счета: времяимпульсный, двойного интегрирования (АЦП на ИС К572ПВ2 имеет погрешность ~ 0,05%).
2. Метод последовательного приближения
Преобразователь этого типа, называемый в литературе также АЦП с поразрядным уравновешиванием, является наиболее распространенным вариантом последовательных АЦП. В методе последовательного приближения происходит последовательное во времени сравнение измеряемой величины Х с квантованной Хк, изменяющейся по определенному закону. Мера может регулироваться скачками от возможного максимального значения: 1, 1/2, 1/4, 1/8 и т.д., суммируясь с предыдущей величиной. Это позволяет для N-разрядного АЦП последовательного приближения выполнить весь процесс преобразования за N последовательных шагов (итераций) вместо 2N-1 при использовании последовательного счета и получить существенный выигрыш в быстродействии. Так, при N=10 этот выигрыш достигает 100 раз, что позволяет получить с помощью таких АЦП 105...107 преобразований в секунду. В то же время статическая погрешность этого типа преобразователей, определяемая используемым ЦАП, может быть очень малой, что позволяет реализовать разрешающую способность до 18 двоичных разрядов при частоте выборок 200 кГц (например, DSP101 фирмы Burr-Brown) и более.
Примером является вольтметр поразрядного кодирования (уравновешивания), который рассмотрим в лекции «Цифровые вольтметры». Здесь достигается большее быстродействие и высокая точность (~ 0,001%), но низкая помехозащищенность. В режиме поразрядного кодирования работает АЦП на ИС: К1108ПВ1 и К1113ПВ1.
Быстродействие АЦП определяется суммой времени установления tуст ЦАП, времени переключения компаратора tк и задержки распространения сигнала в регистре последовательного приближения tз. Данный класс АЦП занимает промежуточное положение по быстродействию, стоимости и разрешающей способности между последовательно-параллельными и интегрирующими АЦП.
3. Метод считывания (параллельные АЦП)
АЦП этого типа осуществляют квантование сигнала одновременно с помощью набора компараторов, включенных параллельно источнику входного сигнала. В АЦП происходит одновременное сравнение измеряемой величины Х со всеми уровнями квантования Хк1… Хкi. Наиболее близкий уровень сверху или снизу принимается за результат. Метод называют еще «непосредственным кодированием».
Рассмотрим АЦП типа К1107ПВ1. На входе – резистивный делитель с 64 отводами. Далее стоят 64 схемы сравнения, дешифратор 64x6, на выходе которого формируется шестиразрядный двоичный код. Преобразователь позволяет менять тип кода памяти и индикации. Быстродействие при квантовании на 64 уровня 100 нс, но ИС К1107ПВ3 позволяет делать то же за 20 нс, а К1107ПВ2 использует 256 уровней за 100 нс. Сегодня есть АЦП, с быстродействием 1 нс и выше.
Некоторые интегральные микросхемы (ИМС) параллельных АЦП, например МАХ100, снабжаются сверхскоростными УВХ, имеющими время выборки порядка 0,1 нс. Другой путь состоит в использовании кода Грея, характерной особенностью которого является изменение только одной кодовой позиции при переходе от одного кодового значения к другому. Наконец, в некоторых АЦП (например, МАХ1151) для снижения вероятности сбоев при параллельном преобразовании используется двухтактный цикл, когда сначала состояния выходов компараторов фиксируются, а затем в него записывают выходное слово АЦП.
Благодаря одновременной работе компараторов параллельный АЦП является самым быстрым. Например, восьмиразрядный преобразователь типа МАХ104 позволяет получить 1 млрд. отсчетов в секунду при времени задержки прохождения сигнала не более 1,2 нс. Недостатком этой схемы является высокая сложность. Действительно, N-разрядный параллельный АЦП сдержит 2N-1 компараторов и 2N согласованных резисторов. Следствием этого является высокая стоимость и значительная потребляемая мощность.
4. Комбинированные методы.
Комбинированные методы позволяют повысить точность, разрешающую способность и быстродействие. Из комбинированных методов нашли применение интегропотенциометрический (сочетание преобразования U®f и поразрядного кодирования), метод расширенной динамической шкалы (сочетание время – импульсного и поразрядного кодирования) и др.
Последовательно-параллельные АЦП являются компромиссом между стремлением получить высокое быстродействие и желанием сделать это меньшей ценой. Они занимают промежуточное положение по разрешающей способности и быстродействию между параллельными АЦП и АЦП последовательного приближения. Последовательно-параллельные АЦП подразделяют на многоступенчатые, многотактные и конвеерные.
В многоступенчатом АЦП процесс преобразования входного сигнала разделен в пространстве на грубое преобразование сигнала в старшие разряды и точное - в младшие разряды выходного кода. Из-за наличия задержки сигнала в первой ступени возникает, временнoе запаздывание, поэтому при использовании этого способа входное напряжение необходимо поддерживать постоянным с помощью устройства выборки-хранения (УВХ) до тех пор, пока не будет получено все число.
В многотактных АЦП процесс преобразования разделен во времени. Преобразователь состоит из К-разрядного параллельного АЦП, К-разрядного ЦАП и устройства управления. Устройство управления пересылает полученное от АЦП в первом такте слово в К старших разряда выходного регистра, подает это слово на вход ЦАП и уменьшает в К2 раз опорное напряжение АЦП. Таким образом, во втором такте остаток, образовавшийся при вычитании из входного напряжения схемы выходного напряжения ЦАП, будет преобразован в младший полубайт выходного слова. Входное напряжение многотактного АЦП во время преобразования должно быть неизменным.
Преобразователь такого типа оказывается медленнее двухступенчатого преобразователя, рассмотренного выше. Однако он проще и дешевле. По быстродействию многотактные АЦП занимают промежуточное положение между многоступенчатыми АЦП и АЦП последовательного приближения. Примером является трехтактный 12-разрядный AD7886 со временем преобразования 1 мкс.
Конвеерные АЦП также применяют принцип многоступенчатой обработки входного сигнала. Вначале происходит формирование старших разрядов выходного слова в АЦП1, а затем идет период установления выходного сигнала ЦАП. На этом интервале АЦП2 простаивает. На втором этапе во время преобразования остатка в АЦП2 простаивает АЦП1.
Конвеерная архитектура позволяет существенно (в несколько раз) повысить максимальную частоту выборок. Можно без проигрыша в быстродействии увеличить число ступеней АЦП, понизив разрядность каждой ступени. В свою очередь, увеличение числа ступеней преобразования уменьшает сложность АЦП. Например, для построения 12-разрядного АЦП из четырех 3-разрядных необходимо 28 компараторов, тогда как его реализация из двух 6-разрядных потребует 126 компараторов. Конвеерную архитектуру имеет большое количество АЦП, в частности, AD9040А, выполняющий до 40 млн. преобразований в секунду.
Все темы данного раздела:
Поздняков, А. Д.
П47
Метрология и радиоизмерения: конспект лекций, часть 1 / А. Д. Поздняков; Владим. гос. ун-т.
Из истории развития метрологии в России
Потребность в измерениях у людей возникла с возникновением орудий производства и необходимостью знания количественной оценки материальных объектов. При этом вырабатывались определенные представ
Объекты и ОБЛАСТИ ИЗМЕРЕНИЙ
Объектом измерений являются физические величины.
Физической величиной называется одно из свойств физического объекта (явления, процесса), которое является общим в качественном отнош
Способы И МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ
По способу получения результата различают:
Прямое измерение - это измерение, при котором искомое значение величины находят непосредственно из опытных данных с учетом цены деления от
СРЕДСТВА измерительной техники
Средства измерительной техники — обобщающее понятие, охватывающее технические средства, специально предназначенные для измерений (средства измерений, измерительные преобразователи, измерител
Метрологические характеристики СИ
Метрологические характеристики (МХ) средств измерений — это характеристики, оказывающие влияние на результаты и погрешности измерений. Информация о назначении МХ приведена в документации
Законодательные Основы ГСИ
Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ) — комплекс установленных стандартами взаимоувязанных правил, положений, требований и норм, определяющих организацию и методику проведени
Терминология и деятельность по ОЕИ
Детальная структура и основные положения ГСИ представлены в ГОСТ Р 8.000 – 2000. Термины ГСИ:
Единство измерений: Состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенн
Правовая подсистема
Правовая подсистема — комплекс взаимосвязанных законодательных и подзаконных актов (в том числе межотраслевых НД ГСИ), объединенных общей целевой направленностью и устанавливающих согласованные тре
Организационная подсистема
Организационную подсистему ГСИ составляют следующие метрологические службы и другие службы ОЕИ:
- Государственная метрологическая служба;
- иные государственные службы ОЕИ;
Основы метрологического обеспечения
Под метрологическим обеспечением понимается установление и применение научных и организационных основ, технических средств, правил и норм, необходимых для достижения единства и требуемой точности
Государственное управление деятельностью по ОЕИ
Федеральным органом государственной власти, осуществляющим государственное управление деятельностью по обеспечению единства измерений в РФ, является Государственный Комитет Российской Федерации п
Государственная метрологическая служба
Метрологическая служба (МС) — сеть организаций Госстандарта и других министерств и ведомств, ответственных за достижение и поддержание единства измерений в стране. Она возглавляется главным центром
Государственные службы по ОЭИ
К числу государственных служб, обеспечивающих единство измерений, кроме Государственной метрологической службы относятся также Государственная служба времени, частоты и определения параметров вр
Метрологическая экспертиза
Метрологическая экспертиза (МЭ) — анализ и оценивание оптимальности технических решений в части реализации метрологических требований, правил и норм, в первую очередь связанных с единством и точнос
Понятие о государственном метрологическом надзоре и контроле
Метрологический контроль и надзор — деятельность, осуществляемая органами государственного контроля и надзора (ГМС) или аккредитованной метрологической службой (МС) юридического лица с целью пров
Владимирский ЦСМ (ВЦСМ)
ВЦСМ выполняет функции Государственного надзора за стандартами, СИ, единицами физических величин, соблюдением метрологических правил и норм, а также испытанием и сертификацией продукции, работ и ус
Основы государственного контроля
Утверждение типа СИ — первая составляющая государственного метрологического контроля. Оно необходимо для постановки на производство и выпуск в обращение новых типов СИ или их ввоза из-за г
Передача размеров единиц физических величин
Единство измерений достигается путем точного воспроизведения и хранения в специализированных организациях установленных единиц физических величин и передачи их размеров применяемым на практике СИ
Калибровка средств измерений
Калибровка — совокупность операций, выполняемых с целью определения и подтверждения действительных значений метрологических характеристик, и (или) пригодность к применению средства измерений, н
Метрологическая надежность СИ
Метрологической надежностью называют способность СИ сохранять установленное значение метрологических характеристик в течение заданного времени при определенных режимах и условиях эксплуатации.
Система сертификации средств измерений
В России сформирована Система сертификации средств измерений. Структура Системы включает: Центральный орган — Управление метрологии Госстандарта РФ, Координационный совет, Апелляционный комитет, Н
Международные метрологические организации
Международное сотрудничество в области метрологии является важным фактором в решении таких крупных международных проблем, как торговля, научно-техническое сотрудничество, проблемы сырья, топлива
Факторы, влияющие на результаты измерений
В соответствии с ГОСТ Р 8.000-2000 измерение — это нахождение значения физической величины опытным путем с помощью специальных технических средств. В зависимости от степени приближения рез
Графики нормального закона распределения плотности вероятности
Для нормального закона распределения вероятность того, что случайная составляющая погрешности измерения не выходит за пределы интервала:
±3s, составляет 0,9972; ±2,6s, составляет 0,99;
График равномерного закона распределения плотности вероятности
Для равномерного закона, симметричного относительно центра D = 0, расчет СКО s случайной погрешности выполняется с помощью известного из теории вероятностей выражения для дисперсии - случайн
Треугольный закон распределения плотности вероятности
Для этого закона вероятность того, что погрешность измерения D располагается в интервале (-Dr1, Dr1):
Законы распределения погрешностей с центром Dс
Для количественной оценки систематической составляющей погрешности измерений Dс и рассеяния слу
Гистограммы
Выборки хi i =(1,…n), полученные в отдельных измерениях величины х при наличии случайных ошибок, можно представить на диаграмме в виде столбцов. При построении все
Основные требования и критерии выбора
Перед проведением эксперимента необходимо ответить на вопросы:
- Для чего измерять?С какой целью проводятся измерения, и в каком виде нужен результат (числовой, допусковый
УМЕНЬШЕНИЕ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ПОГРЕШНОСТЕЙ
С целью уменьшения систематических погрешностей возможно применение термостатирования, экранирования, виброзащиты и т.д. На этапе планирования и подготовки эксперимента принципиальным является выбо
ТРЕБОВАНИЯ К МВИ
Методика выполнения измерений (МВИ) - это НТД, в котором установлена совокупность операций и правил, выполнение которых обеспечивает получение необходимых результатов измерений.
Общ
ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ И ОПРОБОВАНИЕ СИ
При подготовке к измерениям оператор должен:
1. Ознакомиться с МВИ и последовательностью выполнения операций; проверить наличие необходимого комплекта СИ, вспомогательных устройств и матер
КОНТРОЛЬ УСЛОВИЙ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ
Для правильной организации измерений необходимо подобрать: комплект СИ для контроля условий измерений; комплект технических устройств, обеспечивающих указанные в методиках условия измерений (услови
Представление результатов
Результаты, полученные в процессе измерений, подлежат обработке. Основные этапы:
- запись результатов, представление данных;
- учет и исключение, систематических погрешностей;
Учет и исключение систематических погрешностей
В процессе эксперимента для исключения или уменьшения систематических погрешностей могут использоваться специальные способы и приемы:
- периодическая калибровка и установка нуля;
Оценка и представление случайных погрешностей
Прямое однократное измерение
Результатом прямого однократного измерения физической величины YИЗМ = А является показание, снятое непосредственно с используемого сре
Оценка результата измерения
Предположим, что при выполнении п многократных наблюдений одной и той же величины xи постоянная систематическая погрешность Dс полностью исключена (равна нулю)
Доверительные границы случайной погрешности
Оценка измеряемой величины является случайной величиной и, следовательно, отличается от нее на некоторую погрешность. В связи с этим практический интерес представляет определение вероятности Р
Границы НСП
Всегда остаются неисключенные систематические погрешности (НСП), определяемые с некоторой погрешностью. Обычно НСП при повторных изм
Зависимости коэффициента К при косвенных измерениях
0,5
0,75
Лекция 9: Эталоны и меры
Воспроизведение основной единицы осуществляется путем создания фиксированной по размеру физической величины в соответствии с определением единицы. Оно воспроизводится с помощью госу
Эталон единицы длины
В 1889 году метр был принят равным расстоянию между двумя штрихами, нанесенными на металлическом стержне Х-образного поперечного сечения. Международный и национальные эталоны метра были изготовле
Эталон единицы массы
Первоначально было намечено за единицу массы принять массу одного кубического дециметра воды при температуре 4° С (при наибольшей плотности воды). Однако большие трудности воспроизведения единицы
Эталон единицы времени
Ранее единицу времени определяли, исходя из солнечных суток. Так как продолжительность солнечных суток в течение года изменяется, то определили средние солнечные сутки. За единицу времени принимал
Эталон единицы силы электрического тока
В соответствии с постановлением IX Генеральной конференции по мерам и весам принято следующее определение ампера: «Ампер—сила не изменяющегося тока, который, проходя по двум параллельным прямолин
Эталон единицы температуры
Генеральная конференция по мерам и весам определила кельвин как единицу термодинамической температуры, равную 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки. Тройная точка воды — точка
Эталон силы света
Кандела — сила света в заданном направлении источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540*1012 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1
Эталоны дополнительных и производных единиц СИ
Из двух дополнительных единиц СИ (радиана и стерадиана) воспроизводится с помощью эталона единица плоского угла — радиан.
Воспроизведение радиана осуществляется методом калибровки, исходя
Эталон затухания
Обычно в виде четырехполюсников (Т, Н, П, мостовая, Т с перекрытием и др. схемы). Эти схемы используются в измерительных приборах (ваттметры, вольтметры и др), в генераторах.
Лекция 10: Статические характеристики и схемы Измерительных приборов
Объекты измерения можно разделить на «активные» и «пассивные». Для «активного» объекта (то есть в случае, когда информация, которую предстоит получить об измеряемом объекте, активна) нужен эталон,
А — абсолютная; б — относительная
Для построения соответствующего графика относительной погрешности средств измерений d = 100D/xи = 100D/х необходимо учитывать следующее обстоятельство. При оценке о
Измерительные мосты
Мостовые методы используются для различных задач измерения сопротивления, емкости, индуктивности, добротности. На их основе строятся измерители температуры, перемещений, объема, скорости и др. устр
Принципы кодирования и аналого-цифрового преобразования
АЦП представляет аналоговый измерительный сигнал в виде кода. Кодирование производится по определенному правилу. В привычной для нас десятичной форме исчисления любое целое число может быть предста
Цифровых приборов
Аналого-цифровые преобразователи UN ® N
Входные аналоговые сигналы АЦП преобразуют в цифровую форму, пригодную для обработки
Параметры АЦП
При оценке метрологических характеристик АЦП используют параметры: число разрядов АЦП; время установления; время преобразования; нелинейность; дифференциальная нелинейность; амплитудно-частотная ха
Шумы АЦП
В идеале, повторяющиеся преобразования фиксированного постоянного входного сигнала должны давать один и тот же выходной код. Однако, вследствие неизбежного шума в схемах АЦП, существует некоторый д
Новости и инфо для студентов