Реферат Курсовая Конспект
Характеристики аналого-цифровых преобразователей - раздел Приборостроение, ЦИФРОВЫЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ Наиболее Важным И Ответственным Узлом Любого Цифрового Средства Измерений Явл...
|
Наиболее важным и ответственным узлом любого цифрового средства измерений является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - Analog-to-Digital Converter (ADC), поскольку именно он определяет основные метрологические характеристики и быстродействие всего прибора. Задача АЦП - автоматически трансформировать бесконечное множество возможных значений входной аналоговой величины в конечное множество (в ограниченный набор цифровых эквивалентов, кодов). Разрядность АЦП, его погрешности, чувствительность, быстродействие, надежность в значительной мере определяют окончательную достоверность результатов измерения и регистрации, возможности и характеристики цифровой измерительной аппаратуры в целом.
Рассмотрим основные характеристики АЦП, знание которых необходимо для правильного сравнения возможностей различныхпреобразователей (и, следовательно, грамотного выбора прибора для эксперимента). Для определенности будем полагать в дальнейших рассуждениях, что входным сигналом АЦП является напряжение постоянного тока.
Длина шкалы L (Length of Scale) характеризует число возможных уровней преобразования (ступеней характеристики преобразования) АЦП. Этот термин возник на заре цифровой измерительной техники по аналогии с длиной шкалы (числом делений) аналоговых стрелочных измерительных приборов. Длина шкалы L ЦИП определяется разрядностью АЦП.
Разрядность п - это число двоичных разрядов (бит) - Number of Bits или десятичных разрядов - Number of Digits. Если разрядность АЦП - п двоичных разрядов (бит), то длина шкалы L = 2n. Например, при п = 11 бит значение L = 2048. Если разрядность АЦП - n десятичных разрядов, то L = 10n. Например, при п, равном четырем полным десятичным разрядам, значение L = 9999 (как говорят при этом - «четыре девятки»), или округленно L = 10 000. Цифровые средства измерения, предназначенные для работы с человеком (а не в составе измерительных систем), имеют десятичные цифровые отсчетные устройства, т.е. индикаторы, отражающие числа в десятичной (привычной нам) системе счисления и состоящие из нескольких десятичных разрядов. Характеризовать отсчетное устройство (индикатор) ЦИП при этом можно по-разному.
Один из способов - задание максимального числа возможных значений выходного цифрового кода (точек) на отсчетном устройстве, т.е. указание длины шкалы L. Например, L = 999 точек (или округленно - 1000 точек).
Другой способ - задание числа десятичных разрядов п. Причем число десятичных разрядов п может быть как целым (например, 4 десятичных разряда), так и дробным (например, п = 3 1/2 разряда). В первом случае в каждом разряде индикатора в процессе измерения могут появляться любые цифры от 0 до 9. Например, если максимально возможное индицируемое число L = 999, то говорится, что разрядность п равна трем полным десятичным разрядам. Во втором случае (дробное задание разрядности) в старшем десятичном разряде могут быть, например, только цифры 0 или 1 (это не полный разряд, а половина разряда), а в остальных, скажем, трех разрядах - цифры от 0 до 9 (это полные разряды). Максимальное число на индикаторе такого ЦИП может быть 1999. При этом разрядность п определяется как 3 1/2 разряда.
Разрешающая способность R (Resolution) - это величина, обратная длине шкалы L (R = 1: L) и характеризующая чувствительность АЦП. Чем больше длина шкалы L, тем лучше разрешающая способность R и тем, следовательно, выше качество преобразования. Значение кванта q (quant) - единицы младшего значащего разряда (МЗР) определяется отношением номинального Uном значения входного напряжения (или верхнего значения диапазона измерения) к длине шкалы L:
q = Uном / L.
Для двоичных АЦП значение кванта q иногда обозначается Least Significant Bit (LSB), для десятичных АЦП - Least Significant Digit (LSD).
Например, если длина шкалы цифрового мультиметра L = 1999 точек (или округленно 2000 точек) и выбран диапазон измеряемых напряжений Uном = 2 В, то вес кванта (единицы МЗР) в этом режиме q = 1 мВ. Чем меньше значение q, тем выше чувствительность преобразования и, как правило, выше точность. Значение кванта q определяет чувствительность АЦП и прибора в целом.
Погрешность квантования Dкв - важное понятие цифровой измерительной техники. Одним из основных источников недостоверности преобразования аналогового сигнала в цифровой код является процедура квантования, т.е. автоматического округления. Преобразование бесконечного множества возможных значений входного напряжения U в конечное число возможных уровней выходного кода неизбежно приводит к появлению погрешности квантования Dкв. Эта погрешность принципиально неистребима, но может быть обеспечена удовлетворительно малой.
Функция погрешности квантования Dкв - это разница между реальной ступенчатой характеристикой преобразования и идеальной линейной (рис. 6.1).
Конкретное значение погрешности Dкв в каждом отдельном результате преобразования - это случайная величина, равномерно распределенная на интервале кванта q. Все возможные значения этой погрешности лежат в диапазоне ± q/2 (плюс - минус половина кванта). Максимальное значение погрешности Dкв составляет по модулю q/2. Конечно, суммарная погрешность АЦП определяется не только погрешностью квантования. Реальная суммарная погрешность современных АЦП обычно находится в диапазоне 2... 5 единиц младшего значащего разряда (т.е. 2q...5q).
Рис. 6.1. Связь разрядности, длины шкалы и погрешности квантования: а - п= 1 бит, L = 21 = 2,
R = 1 : 2; б - п= 2 бита, L = 22 = 4, R = 1 : 4; в - п= 3 бита, L = 23 = 8, R = 1 : 8
Рис. 6.1 иллюстрирует зависимость выходного кода N АЦП от значения входного напряжения U, а также связь основных понятий: разрядности n, длины шкалы L, разрешающей способности R, веса кванта q и значения погрешности квантования Dкв на примере двоичных АЦП (т.е. АЦП, работающих в двоичной системе счисления), входной сигнал которых - напряжение постоянного тока U. Случай разрядности п = 1 бит (см. рис. 6.1, а) соответствует простейшему АЦП с двумя возможными состояниями - 0 или 1.
Случай разрядности п = 2 бита (см. рис. 6.1, б) соответствует АЦП с длиной шкалы L = 4. Случай п = 3 бита (см. рис. 6.1, в) соответствует длине шкалы АЦП L = 8. Чем больше число двоичных разрядов п, тем больше длина шкалы L (больше число возможных уровней квантования Nm), тем меньше погрешность квантования Dкв.
Таблица 6.1
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Соотношения между разрядностью АЦП длиной шкалы и разрешающей Способностью В табл... ЦИФРОВЫЕ ВОЛЬТМЕТРЫ И МУЛЬТИМЕТРЫ... Рассмотрим устройство и некоторые особенности представи телей довольно распространенного семейства ЦИП цифровых...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Характеристики аналого-цифровых преобразователей
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов