PRZETWORNIKI C / A PODSTAWOWE PARAMETRY

Transkrypt

1 PRZETWORIKI C / A PODSTAWOWE PARAMETRY Rozdzielczość przetwornika C/A - Określa ją liczba - bitów słowa wejściowego. - Definiuje się ją równieŝ przez wartość związaną z najmniej znaczącym bitem (LSB), odpowiadającą części pełnego zakresu przetwarzania równej 2 - U max (rozdzielczość bezwzględna). - Wartość ta odniesiona do pełnego zakresu i podana w procentach to rozdzielczość względna. - Przykładowo dla 2-bitowego przetwornika C/A o napięciu pełnej skali U max = 0 V rozdzielczość bezwzględna jest równa 2,44 mv, a rozdzielczość względna wynosi 0,0244%. - Typowe liczby bitów słowa przetworników C/A wynoszą 8, 0, 2, 6. Produkowane są przetworniki o rozdzielczości do 32 bitów. - Rozdzielczość nie decyduje o dokładności przetwornika, naleŝy ją rozpatrywać w powiązaniu z dokładnością bezwzględną; Dokładność przetwornika C/A - Jest to róŝnica miedzy zmierzoną, a przewidywaną wartością napięcia wyjściowego, odniesiona do napięcia pełnej skali i wyraŝona w procentach. - Dokładność określa się zwykle po korekcji błędu skalowania przy określonej wartości napięcia odniesienia oraz po przeprowadzeniu kompensacji błędu przesunięcia zera. - O dokładności przetwornika C/A decydują między innymi błędy przesunięcia zera i skalowania, które mogą być skompensowane.

2 Błąd skalowania Jest to odchyłka napięcia wyjściowego od wartości projektowanej dla maksymalnej wartości słowa (np. w naturalnym kodzie dwójkowym dla słowa wejściowego o wartościach bitów równych l). azywany jest równieŝ błędem wzmocnienia. Błąd skalowania moŝe być spowodowany efektami termicznymi w poszczególnych częściach przetwornika: źródle napięcia odniesienia, sieci rezystorowej, przełącznikach analogowych lub wzmacniaczu sumującym. Błąd skalowania moŝe być skorygowany przez regulację wzmocnienia wzmacniacza sumującego lub napięcia odniesienia. Współczynnik zmian cieplnych nachylenia charakterystyki przetwarzania U wy = f() Jest wyraŝony jest w %/ C. Błąd przesunięcia zera Jest to napięcie wyjściowe przetwornika C/A dla minimalnej wartości słowa (np. w naturalnym kodzie dwójkowym dla słowa wejściowego o wartościach bitów równych zeru). Błąd przesunięcia zera jest zwykle spowodowany przez wejściowe napięcie lub prąd niezrównowaŝenia wzmacniacza sumującego. Błąd ten moŝe być skorygowany do zera przez kompensację wejściowego napięcia niezrównowaŝenia wzmacniacza. ieliniowość całkowa Jest to maksymalne odchylenie rzeczywistej charakterystyki

3 przetwarzania U wy = f() przetwornika C/A od jego charakterystyki idealnej, będącej linią prostą przechodzącą przez punkt zerowy i maksymalny zakresu. Podawana jest jako błąd bezwzględny, częściej jednak jako względny ε po odniesieniu do wartości maksymalnego napięcia wyjściowego wzoru: ( U ) wy c U wy max. Wyliczamy ją według max ε c = 00% () U wy max ieliniowość róŝniczkowa Jest ona określona maksymalną lub minimalną róŝnicą pomiędzy dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi zmianie słowa wejściowego o wartość najmniej znaczącego bitu. Podajemy ją jako stosunek odchyłki tej róŝnicy od wartości średniej do wartości średniej zgodnie ze wzorem: Uwyim Uwyi i= ε r = Uwyi (2) i= gdzie: Uwyi - i-ta róŝnica między dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi zmianie słowa wejściowego o wartość najmniej znaczącego bitu; Uwy im - maksymalna lub minimalna róŝnica między dwiema wartościami napięcia wyjściowego odpowiadającymi zmianie słowa wejściowego o wartość najmniej znaczącego bitu, wybieramy wartość dającą większy błąd; - ilość róŝnic.

4 W niekorzystnym przypadku zbyt duŝy błąd nieliniowości róŝniczkowej moŝe spowodować zmianę znaku nachylenia charakterystyki przetwarzania, wywołując jej niemonotoniczność. Łączny wpływ błędów nieliniowości skalowania, przesunięcia zera, wpływu efektów termicznych stanowi dokładność bezwzględną przetwornika, która w prawidłowo zaprojektowanym układzie nie powinna przekraczać wartości napięcia wyjściowego odpowiadającej ± ½ LSB, a więc powinna być porównywalna lub mniejsza od rozdzielczości. Szybkość zmiany napięcia wyjściowego Jest to nachylenie zbocza sygnału na wyjściu przetwornika, zwykle określona przez taki sam parametr wzmacniacza sumującego; ogranicza ona moŝliwość szybkiej zmiany napięcia wyjściowego związanej ze zmianą wartości binarnego słowa wejściowego. Czas ustalania Jest to czas, po którym napięcie wyjściowe osiągnie wartość końcową wewnątrz ustalonego zakresu, zwykle określonego jako ± ½ LSB. Czas ustalania jest zwykle sumowany z czasem narastania napięcia wyjściowego

5

6 PRZETWORIKI A / C PODSTAWOWE PARAMETRY Dokładność błędy analogowe i cyfrowe Do parametrów określających błąd cyfrowy (uwarunkowany liczbą bitów) naleŝą: Bezwzględna zdolność rozdzielcza U odniesiona do napięcia wejściowego i wyraŝona w mv: U we max U = (3) 2 gdzie: U we max - pełny zakres przetwarzania, - liczba bitów słowa wyjściowego. Tak wyraŝona rozdzielczość jest jednocześnie tzw. przedziałem dyskretyzacji, czyli wartością napięcia wejściowego odpowiadającą najmniej znaczącemu bitowi (LSB). Rozdzielczość względna wyraŝona jako wartość 00% / 2 Rozdzielczość wyraŝona przez 2 - Błąd cyfrowy, czyli zdolność rozdzielcza przetwornika, stanowi granicę jego dokładności wynikającą z samej istoty procesu dyskretyzacji (kwantowania) napięcia wejściowego przy przetwarzaniu go na wielkość cyfrową. W prawidłowo zaprojektowanym przetworniku długość słowa wyjściowego jest tak dobrana, Ŝe wartość błędu analogowego jest mniejsza od błędu cyfrowego. Zwiększanie długości słowa ponad granicę wynikającą z wielkości błędu analogowego nie ma sensu, gdyŝ nie poprawia juŝ dokładności przetwarzania. Przy prawidłowo wyznaczonych parametrach przetwornika, wartość katalogowej rozdzielczości powinna określać jego

7 dokładność. Inne błędy nie powinny przekraczać wartości odpowiadającej najmniej znaczącemu bitowi (LSB). Do parametrów określających błąd analogowy naleŝą: ieliniowość całkowa Określona jest jako maksymalne względne odchylenie ( U we ) max rzeczywistej charakterystyki przetwarzania =f (U we ) od charakterystyki idealnej, czyli od prostej łączącej skrajne punkty zakresu przetwarzania. ieliniowość całkowa ε c jest wyraŝona w procentach w stosunku do pełnego zakresu przetwarzania zgodnie ze wzorem: ( U ) we max ε c = 00% (4) U we max ieliniowość róŝniczkowa Określona jest przez wyznaczenie róŝnic między sąsiednimi wartościami napięcia wejściowego, powodującymi zmianę słowa wyjściowego o wartość najmniej znaczącego bitu. ieliniowość róŝniczkowa ε r jest podawana w procentach jako maksymalne względne odchylenie tej róŝnicy od jej wartości średniej w całym zakresie przetwarzania zgodnie ze wzorem: Uweim Uwe i i= ε r = Uwe i (5) i =

8 gdzie: Uwei - i-ta róŝnica między dwiema wartościami napięcia wejściowego odpowiadającymi zmianie słowa wyjściowego o wartość najmniej znaczącego bitu; Uwe im - maksymalna lub minimalna róŝnica między dwiema wartościami napięcia wejściowego odpowiadającymi zmianie słowa wyjściowego o wartość najmniej znaczącego bitu, wybieramy wartość dającą większy błąd; - ilość róŝnic. Błąd przesunięcia zera (błąd niezrównowaŝenia) Jest on określany przez wartość napięcia wejściowego potrzebną do przejścia od zerowej wartości słowa wyjściowego do następnej większej wartości. Błąd ten jest mierzony jako przesunięcie w stosunku do charakterystyki idealnej. MoŜliwa jest całkowita kompensacja tego błędu w większości nowoczesnych przetworników. Mogą natomiast pozostać nieskompensowane zmiany cieplne napięcia przesunięcia zera. Współczynnik zmian cieplnych napięcia przesunięcia zera Jest wyraŝany w µv/ C lub w %/ C w odniesieniu do pełnego zakresu przetwarzania).

9 Błąd skalowania (lub błąd wzmocnienia) Wynika ze zmiany nachylenia charakterystyki przetwarzania = f(u we ) w stosunku do charakterystyki idealnej. Jest określony przez odchylenie rzeczywistej wartości napięcia U we max (odpowiadającej maksymalnej wartości słowa wyjściowego), od wartości idealnej. Współczynnik zmian cieplnych nachylenia charakterystyki przetwarzania = f(u we ) Jest wyraŝony jest w %/ C. Szybkość przetwarzania Szybkość przetwarzania przetwornika a/c moŝe być określana przez: czas przetwarzania, czyli czas, w którym zachodzi pełny cykl przetwarzania; częstotliwość przetwarzania, będąca odwrotnością czasu przetwarzania, tzw. szybkość bitową, określoną przez liczbę bitów wyniku przetwarzania, uzyskanych w jednostce czasu (bitów/s).