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 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®N_u®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 q_n. Если код a дается в виде 8 – 4 – 2 – 1 или др., тогда необходима схема с генератором тактовых импульсов.

2. Преобразователь N®T_N (F_N), 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®φ_N

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…0,03^о.

 

4. Преобразователь N®R_N (последовательная схема)

 

Аналогична схема параллельного типа преобразует цифровой код в проводимость G_N. Параллельная схема считается более быстродействующей.

5. Преобразователь N®f_N

Рассмотренный выше преобразователь N®T_N 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 T_x для повышения быстродействия и вводится код N_T,

6. Преобразователь N®U_N

Наибольшее распространение получили серийно выпускаемые в виде ИС ЦАП с преобразованием код – напряжение N®U_N на базе одинаковых или близких по размеру резисторов. Требования:

- Высокая точность, быстродействие и линейность;

- R_вых малое (const);

- R_вх большое (const);

Приведем один из вариантов схемы ЦАП, в которой применено многозвенное сопротивление в виде ячеек R – 2R. Здесь U_o – мера (образцовое напряжение)

 

; для R_o=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^-6/1^oC

Отечественная промышленность выпускает также прецизионные преобразователи напряжение – частота (ПНЧ) U®f и f®U (ИС КР1108ПП1), которые дополняют возможности ПКА.