Шумы АЦП - раздел Образование, Метрология и радиоизмерения В Идеале, Повторяющиеся Преобразования Фиксированного Постоянного Входного Си...
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 диапазон выходных кодов для заданного входного напряжения. Если подать на вход АЦП постоянный сигнал и записать большое число преобразований, то в результате получится некоторое распределение кодов. Если подогнать Гауссовское распределение к полученной гистограмме, то стандартное отклонение будет примерно эквивалентно среднеквадратическому значению входного шума АЦП.
Методы и средства поверки АЦП:
- по образцовому более точному АЦП;
- по образцовому ЦАП (с двойным преобразованием U®Nu®U`);
- по образцовому гармоническому сигналу с определением спектра нелинейных искажений.
Преобразователи код – аналог (ПКА)
(Цифроаналоговые преобразователи – ЦАП)
ПКА (или ЦАП) является программно – управляемой мерой величины. Часто ЦАП устанавливают в обратной ветви АЦП для преобразования выходного кода в аналоговую компенсирующую величину. Уравнение преобразования ЦАП может быть записано 
, где N – код, 
- коэффициент преобразования.
ПКА различают по роду выходной аналоговой величины:
- Напряжение (U)
- Ток (I)
- Угол поворота ( )
- Сопротивление (R)
- Проводимость (G)
- Интервал времени (T)
- Фаза ( )
- Частота(f)
| Наиболее распространены ЦАП – выходным сигналом является напряжение.
Есть много других специальных ПКА.
|
1. Преобразователи кода N в угол (N®a)
Преобразователями число – импульсного кода в a являются шаговые двигатели. Каждый импульс соответствует угловому шагу qn. Если код a дается в виде 8 – 4 – 2 – 1 или др., тогда необходима схема с генератором тактовых импульсов.
2. Преобразователь N®TN (FN), ДПКД
Счетчик может быть реверсивный (+,-).
Представленная схема является одним из вариантов так называемые схемы ДПКД (делитель с переменным коэффициентом деления), широко используемой в РПДУ в качестве возбудителей, в синтезаторах частот (измерительных), в ЭСЧ СВЧ для реализации управления частоты гетеродина на номер гармоники n путем увеличения в n раз времени счета ЭСЧ. Здесь ДПКД увеличивает время счета.
; 
; 
3. Преобразователь N®φN
Работает по принципу программируемой задержки. В счетчик 2 вводится начальный код, соответствующий требуемой задержке. На выходах счетчиков могут включаться фильтры для выделения 1-й гармоники. По этому принципу работает мера фазового сдвига Ф1–4 с погрешностью 0,1…0,03о.
4. Преобразователь N®RN (последовательная схема)
Аналогична схема параллельного типа преобразует цифровой код в проводимость GN. Параллельная схема считается более быстродействующей.
5. Преобразователь N®fN
Рассмотренный выше преобразователь N®TN позволяет синтезировать нужные частоты, однако сигнал в виде меандра богат гармониками. Там где требования к частоте спектра высокие используют ГУН – генераторы, управляемые напряжением, вырабатывающие чистый гармонический сигнал. Счетчик измеряет частоту ГУН, и результат подает на устройство сравнения кодов, на другой вход которого подан код требуемой частоты. Разностный код через ЦАП управляет частотой ГУН до равенства.
Чаще измеряется Tx для повышения быстродействия и вводится код NT,
6. Преобразователь N®UN
Наибольшее распространение получили серийно выпускаемые в виде ИС ЦАП с преобразованием код – напряжение N®UN на базе одинаковых или близких по размеру резисторов. Требования:
- Высокая точность, быстродействие и линейность;
- Rвых малое (const);
- Rвх большое (const);
Приведем один из вариантов схемы ЦАП, в которой применено многозвенное сопротивление в виде ячеек R – 2R. Здесь Uo – мера (образцовое напряжение)
; для Ro=2R получим 
Выпускаются ИС ЦАП:
| К572ПА1 (10 разрядов) – 5мкс
К572ПА2 (12 разрядов) – 15мкс.
К594ПА1 (12 разрядов) – 3,5мкс
К1108ПА1 (12 разрядов) – 0,4мкс
К118ПА1 (8 разрядов) – 0,02мкс
| Разряды двоичные
|
Для цифровых приборов повышенной точности ЦАП строят на базе внешних резисторов высокой точности и стабильности, таких как СЭС-10, у которых погрешность 0,002; 0,005 и 0,01%. Применяются резисторные микросхемы с малым ТКС типа Р2 – 69 с нестабильностью 0,005% и ТКС = 3×10-6/1oC
Отечественная промышленность выпускает также прецизионные преобразователи напряжение – частота (ПНЧ) U®f и f®U (ИС КР1108ПП1), которые дополняют возможности ПКА.
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
Tпр.макс=(2N-1)/ fтакт.
Например, при N=10 и fтакт=1 МГц tпр.макс=1024 мкс, что обеспечивает максимальную частоту выборок порядка 1 кГц. Статическая погрешность преобразования оп
Параметры АЦП
При оценке метрологических характеристик АЦП используют параметры: число разрядов АЦП; время установления; время преобразования; нелинейность; дифференциальная нелинейность; амплитудно-частотная ха
Новости и инфо для студентов