Hem DAC'ler hem de ADC'ler ile ilgili en önemli şey, girişlerinin veya çıkışlarının dijital olmasıdır, bu da analog sinyalin seviye örneklemeli olduğu anlamına gelir. Tipik olarak bir N-bit kelime 2 N olası durumdan biri ile temsil edilir, bu nedenle bir N-bit DAC (sabit bir referans voltajlı) yalnızca 2 N analog değere sahip olabilir ve bir ADC yalnızca 2 N farklı ikili değer çıkarabilir. Analog sinyaller, voltaj veya akım şeklinde gösterilebilir.

Bir ADC veya DAC'nin çözünürlüğü birkaç farklı şekilde ifade edilebilir: en az önemli bit (LSB), bir milyon tam ölçeğin kesirleri (ppm FS), milivolt (mV), vb. Farklı cihazlar (aynı çip üreticisinden bile olsa) farklı şekilde tanımlanır, bu nedenle ADC ve DAC kullanıcıları, cihazları doğru şekilde karşılaştırmak için farklı özellikleri dönüştürebilmelidir. Bazı en az önemli bit (LSB) değerleri Tablo 1'de gösterilmektedir.

Tablo 1. Niceleme: Least Significant Bit (LSB)

İzin yetenek N	2 N	Tam ölçekli voltaj 10V	ppm FS	% FS	dB FS
2 bit	4	2.5V	250000	25	-12
4 bit	16	625 mV	62500	6.25	-24
6 bit	64	156 mV	15625	1.56	-36
8 bit	256	39.1 mV	3906	0.39	-48
10 bit	1024	9,77 mV (10 mV)	977	0.098	-60
12 bit	4096	2,44 mV	244	0.024	-72
14 bit	16384	610 μV	61	0.0061	-84
16 bit	65536	153 μV	15	0.0015	-96
18 bit	262144	38 μV	4	0.0004	-108
20 bit	1048576	9,54 μV (10 μV)	1	0.0001	-120
22 bit	4194304	2,38 μV	0.24	0.000024	-132
24 bit	16777216	596 nV *	0.06	0.000006	-144

* 600 nV, 25 ° C'de R \u003d 2,2 kΩ'da meydana gelen 10 kHz bant genişliğindedir Hatırlaması kolay: FS \u003d 10 V'de 10 bit nicemleme, LSB \u003d 10 mV, 1000 ppm veya% 0,1 doğruluğa karşılık gelir. Diğer tüm değerler, 2'nin kuvvetlerine eşit katsayılarla çarpılarak hesaplanabilir.

ADC ve DAC'nin iç tasarımını düşünmeden önce, beklenen performansı ve dijitalden analoğa ve analogdan dijitale dönüştürücülerin en önemli parametrelerini tartışmak gerekir. Analogdan dijitale ve dijitalden analoğa dönüştürücüler için belirsizliklerin ve teknik gereksinimlerin tanımına bir göz atalım. Bu, farklı ilkeler üzerine inşa edilmiş ADC'lerin ve DAC'lerin güçlü ve zayıf yönlerini anlamak için çok önemlidir.

İlk veri dönüştürücüler, giriş sinyalinin dönüşümünün kesin zamanlamasının genellikle önemli olmadığı ölçüm ve kontrol alanında kullanılmak üzere tasarlanmıştı. Bu tür sistemlerde veri aktarım hızı düşüktü. Bu cihazlarda, A / D ve D / A DC performansı önemlidir, ancak dikey senkronizasyon ve AC performansı alakasızdır.

Günümüzde, çoğu değilse de ADC'ler ve DAC'ler, AC performanslarının tüm cihazın çalışması için kritik olduğu ses, video ve radyo sinyalleri için örnekleme ve kurtarma sistemlerinde kullanılırken, dönüştürücülerin DC performansı önemli olmayabilir. .

Şekil 1, tek kutuplu 3 bit D / A dönüştürücünün ideal transfer fonksiyonunu göstermektedir. İçinde hem giriş hem de çıkış sinyalleri nicelendirilir, bu nedenle transfer fonksiyonu grafiği sekiz ayrı nokta içerir. Bu işleve nasıl yaklaştığınıza bakılmaksızın, dijitalden analoğa dönüştürücünün gerçek aktarım karakteristiğinin sürekli bir çizgi değil, bir dizi ayrık nokta olduğunu hatırlamak önemlidir.

Şekil 1. İdeal bir 3 basamaklı dijitalden analoğa dönüştürücünün aktarım işlevi.

Şekil 2, 3 bitlik ideal işaretsiz A / D dönüştürücünün transfer fonksiyonunu göstermektedir. ADC girişindeki analog sinyalin nicemlenmediğini, ancak çıktısının bu sinyalin nicemlenmesinin bir sonucu olduğunu unutmayın. Analogdan dijitale dönüştürücünün aktarım özelliği sekiz yatay çizgiden oluşur, ancak ADC'nin ofsetini, kazancını ve doğrusallığını analiz ederken, bu segmentlerin orta noktalarını birleştiren çizgiyi dikkate alacağız.

Şekil 2. İdeal bir 3 bitlik ADC'nin aktarım işlevi.

Her iki durumda da, dijital tam ölçek (tümü "1"), buna bağlı olarak referans voltaj veya voltaj ile çakışan analog tam skalaya karşılık gelir. Bu nedenle, dijital kod, analog sinyal ile referans voltajı arasındaki normalleştirilmiş orandır.

İdeal bir analogdan dijitale dönüştürücünün bir sonraki dijital koda geçişi, en az anlamlı bitin yarısına eşit bir voltajdan, tam ölçek voltajından en az anlamlı bitin yarısı kadar daha düşük bir voltaja kadar gerçekleşir. ADC'nin girişindeki analog sinyal herhangi bir değeri alabildiğinden ve çıkış dijital sinyali ayrı bir sinyal olduğundan, gerçek giriş analog sinyali ile çıkış dijital sinyalinin karşılık gelen değeri arasında bir hata oluşur. Bu hata, en az anlamlı bitin yarısı kadar büyük olabilir. Bu etki, niceleme hatası veya dönüşüm belirsizliği olarak bilinir. AC sinyalleri kullanan cihazlarda, bu niceleme hatası niceleme gürültüsüne neden olur.

Şekil 1 ve 2'de gösterilen örnekler, sadece bir polariteye sahip bir sinyal ile çalışan işaretsiz dönüştürücülerin geçici tepkisini göstermektedir. Bu en basit dönüştürücü türüdür, ancak iki kutuplu dönüştürücüler gerçek cihazlarda daha kullanışlıdır.

Şu anda kullanımda olan iki tür bipolar dönüştürücü bulunmaktadır. Daha basit olanı, girişine sabit bileşenli bir analog sinyalin beslendiği geleneksel bir tek kutuplu dönüştürücüdür. Bu terim, en önemli bit (MSB) 'ye karşılık gelen bir miktar ile giriş sinyalinin bir önyargısını sunar. Birçok dönüştürücü, dönüştürücüyü hem tek kutuplu hem de çift kutuplu modda kullanmak için bu voltajı veya akımı değiştirebilir.

Başka, daha karmaşık bir dönüştürücü tipi, işaretli ADC olarak bilinir ve N bilgi bitine ek olarak, içinde analog sinyalin işaretini gösteren ek bir bit vardır. İşaretli analogdan dijitale dönüştürücüler oldukça nadir kullanılır ve çoğunlukla dijital voltmetrelerin bir parçası olarak kullanılır.

ADC ve DAC, dört tür DC hatasını ayırt eder: ofset hatası, kazanç hatası ve iki tür doğrusallık hatası. ADC ve DAC ofset ve kazanç hataları, geleneksel amplifikatörlerde ofset ve kazanç hatalarına benzer. Şekil 3, iki kutuplu giriş sinyallerinin dönüşümünü gösterir (yükselticilerde ve tek kutuplu ADC'lerde ve DAC'lerde aynı olan ofset ve sıfır hataları, iki kutuplu dönüştürücülerdeki farklıdır ve dikkate alınmalıdır).

Şekil 3. Dönüştürücü Sıfır Ofset Hatası ve Kazanç Hatası

Hem DAC hem de ADC'nin transfer karakteristiği D \u003d K + GA olarak ifade edilebilir, burada D bir dijital kod, A bir analog sinyaldir ve K ve G sabittir. Tek kutuplu bir dönüştürücüde, K katsayısı sıfırdır, ofseti olan iki kutuplu bir dönüştürücüde, en önemli rakamlardan birine eşittir. Dönüştürücü ofset hatası, gerçek kazanç K'nin ideal değerden farklı olduğu miktardır. Kazanç belirsizliği, G kazancının ideal değerden farklı olduğu miktardır.

Genel olarak kazanç hatası, yüzde olarak ifade edilen iki faktör arasındaki fark olarak ifade edilebilir. Bu fark, maksimum giriş değerinde kazanç hatasının (mV veya LSB değerleri cinsinden) toplam hataya katkısı olarak görülebilir. Tipik olarak, kullanıcıya bu hataları en aza indirme fırsatı verilir. Amplifikatörün önce sıfır girişindeki ofseti ayarladığını ve ardından giriş maksimuma yakın olduğunda kazancı ayarladığını unutmayın. Bipolar dönüştürücüler için ayarlama algoritması daha karmaşıktır.

DAC ve ADC'nin integral doğrusal olmama durumu, bir amplifikatörün doğrusal olmamasına benzer ve dönüştürücünün gerçek iletim karakteristiğinin düz bir çizgiden maksimum sapması olarak tanımlanır. Genel olarak, tam ölçeğin bir yüzdesi olarak ifade edilir (ancak en az anlamlı bit olarak ifade edilebilir). Aktarım performansını tahmin etmek için iki genel yöntem vardır: son nokta yöntemi ve en iyi düz çizgi yöntemi (bkz. Şekil 4).

Şekil 4. TOPLAM DOĞRUSALİTE HATASINI ÖLÇME YÖNTEMİ

Bitiş noktası yöntemi, karakteristiğin keyfi bir noktasının (kazanç düzeltmesinden sonra) başlangıç \u200b\u200bnoktasından çizilen düz bir çizgiden sapmasını ölçer. Analog Devices, Inc. ölçüm ve kontrol problemlerinde kullanılan dönüştürücülerin integral doğrusal olmama değerleri ölçülür (çünkü hatanın büyüklüğü, keyfi bir "en iyi yaklaşıma" değil, ideal özellikten sapmaya bağlıdır).

En iyi hat yöntemi, AC sinyal uygulamalarında daha doğru bir bozulma tahmini verir. Performans özelliklerindeki doğrusal olmayanlıklara daha az duyarlıdır. En iyi uydurma yöntemi, standart eğri enterpolasyon tekniklerini kullanarak cihazın aktarım özelliği boyunca düz bir çizgi çizer. Bundan sonra, maksimum sapma, inşa edilen düz çizgiden ölçülür. Tipik olarak, bu şekilde ölçülen integral doğrusal olmama, uç nokta yöntemi tarafından tahmin edilen doğrusal olmama durumunun yalnızca% 50'sini oluşturur. Bu, bir spesifikasyondaki etkileyici performansı yakalamak için yöntemi tercih edilir hale getirir, ancak gerçek dünyadaki belirsizlikleri analiz etmek için daha az yararlıdır. AC sinyal uygulamaları için, harmonik distorsiyonu belirlemek DC doğrusal olmama durumundan daha iyidir, bu nedenle dönüştürücü doğrusal olmayışını belirlemek için en iyi hat yöntemini kullanmak nadiren gereklidir.

Başka bir dönüştürücü doğrusal olmama türü diferansiyel doğrusal olmama durumudur (DNL). Dönüştürücünün kod geçişlerinin doğrusal olmaması ile ilişkilidir. İdeal durumda, bir dijital kodun en az anlamlı bitinde bir değişiklik, bir analog sinyalde en az anlamlı bitte bir değişime tam olarak karşılık gelir. DAC'de, bir dijital kodun en az anlamlı bitindeki bir değişiklik, analog çıkıştaki sinyalde, tam olarak en az anlamlı bitin değerine karşılık gelen bir değişikliğe neden olmalıdır. Aynı zamanda, ADC'de, bir dijital seviyeden diğerine geçerken, analog girişteki sinyal değeri, dijital ölçeğin en az anlamlı bitine karşılık gelen değer ile tam olarak değişmelidir.

Dijital kodun en önemsiz basamağının birimindeki değişikliğe karşılık gelen analog sinyaldeki değişikliğin bu değerden daha büyük veya daha az olduğu durumlarda, diferansiyel doğrusal olmayan (DNL) bir hatadan söz edilir. Bir dönüştürücünün DNL hatası genellikle herhangi bir geçişte bulunan diferansiyel doğrusal olmama değerinin maksimum değeri olarak tanımlanır.

DAC'nin diferansiyel doğrusal olmayışı herhangi bir geçişte –1 LSB'den az ise (bkz. Şekil 2.12), DAC'nin monoton olmadığı ve transfer karakteristiğinin bir veya daha fazla yerel maksimum veya minimum içerdiği söylenir. +1 LSB'den büyük diferansiyel doğrusal olmama monotonluğa neden olmaz, ancak aynı zamanda istenmeyen bir durumdur. Birçok DAC uygulamasında (özellikle tekdüzeliğin olumsuz geri bildirimi olumlu geri bildirime değiştirebildiği kapalı döngü sistemlerinde), DAC'nin monotonluğu çok önemlidir. DAC'nin monotonluğu genellikle veri sayfasında açıkça belirtilir, ancak diferansiyel doğrusal olmayışının bir LSB'den (yani | DNL |. 1LSB) az olması garanti edilirse, cihaz açıkça belirtilmese bile monotonluk sergileyecektir.

ADC'nin monoton olmaması olabilir, ancak bir ADC'de DNL'nin en yaygın tezahürü eksik kodlardır. (bkz.Şekil 2.13). Bir ADC'de eksik kodlar (veya monoton olmama), bir DAC'deki monoton olmama kadar istenmeyen bir durumdur. Yine, bu DNL\u003e 1 LSB olduğunda meydana gelir.

Şekil 5. İdeal olmayan 3 bitlik bir DAC'nin aktarım işlevi


Şekil 6. İdeal olmayan 3 bitlik bir DAC'nin aktarım işlevi

Eksik kodları belirlemek, tekdüzeliğin belirlenmesinden daha zordur. Tüm ADC'lerde, Şekil 2.14'te gösterildiği gibi bir miktar geçiş gürültüsü vardır (bu gürültüyü, bitişik değerler arasında yanıp sönen bir dijital voltmetrenin son basamağı olarak düşünün). Çözünürlük arttıkça, geçiş gürültü seviyesine karşılık gelen giriş sinyalinin aralığı, en az önemli bitlerden birine karşılık gelen sinyal değerine ulaşabilir veya hatta bu değeri aşabilir. Böyle bir durumda, özellikle bir negatif DNL hatasıyla birleştirildiğinde, bazı (veya hatta tüm) kodlar, tüm giriş sinyalleri aralığı boyunca geçiş gürültüsünün mevcut olduğu yerde ortaya çıkabilir. Bu nedenle, bu kodun bazen görüneceği belirli bir giriş sinyali aralığı olabilmesine rağmen, çıkışta bu kodun görünmesinin garanti edildiği herhangi bir giriş sinyali değerinin olmadığı bazı kodların mevcut olması mümkündür.

Şekil 7. Kod geçiş gürültüsü ve diferansiyel doğrusal olmayışının (DNL) birleşik eylemi

Düşük çözünürlüklü ADC'ler için, eksik kod koşulu, tüm kodlar için belirli bir seviyede (örneğin 0,2 LSB) parazitsiz kodu garanti eden geçiş gürültüsü ve diferansiyel doğrusal olmayışının bir kombinasyonu olarak tanımlanabilir. Bununla birlikte, modern sigma-delta ADC'lerinin sağladığı yüksek çözünürlüğü, hatta geniş bant genişliğine sahip ADC'ler için daha düşük çözünürlüğü elde etmek mümkün değildir. Bu durumlarda, üretici gürültü seviyelerini ve çözünürlüğü başka bir şekilde belirlemelidir. Hangi yöntemin kullanıldığı çok önemli değildir, ancak spesifikasyon, kullanılan yöntemin ve beklenen performansın net bir tanımını içermelidir.

Edebiyat:

1. Analod-Dijital Dönüşüm, Walt Kester editörü, Analog Devises, 2004. - 1138 s.
2. Karışık Sinyal ve DSP Tasarım Teknikleri ISBN_0750676116, Walt Kester editörü, Analog Devises, 2004. - 424 s.
3. Yüksek Hızlı Sistem Uygulaması, Walt Kester editörü, Analog Devises, 2006. - 360 s.

"ADC ve DAC'nin statik transfer özelliği" makalesi ile birlikte şunları okuyun:

Ölçü aletlerinin sınıflandırılması

Ölçü aletleri ve özellikleri

Bir ölçüm cihazı kavramı, metrolojinin temel kavramlarından biri olarak madde 1.2'de verilmiştir. Bir ölçüm aracının (SI), bir büyüklük birimini depolayan, ölçülen değeri birimiyle karşılaştırmasına izin veren ve normalize metrolojik özelliklere sahip olan özel bir teknik araç olarak adlandırıldığı kaydedildi. sonuçları ve ölçümlerin doğruluğunu etkileyen özellikler.

SI'yı aşağıdaki kriterlere göre sınıflandıracağız:

§ ölçüm fonksiyonunun gerçekleştirilmesi yoluyla;

§ tasarım gereği;

§ metrolojik amaçlar için.

Ölçüm fonksiyonunun uygulama yöntemine göre, tüm ölçüm cihazları iki gruba ayrılabilir:

Belirli bir (bilinen) boyuttaki bir değeri yeniden üretmek (örneğin: ağırlık - kütle; cetvel - uzunluk; normal eleman - emf, vb.);

Ölçülen miktarın değeri hakkında bilgi taşıyan bir sinyal (gösterge) üretmek.

Tasarım gereği SI sınıflandırması Şekil 4.1'deki şemada gösterilmektedir.

Ölçü- Bir veya daha fazla boyutun fiziksel bir miktarını çoğaltmak için tasarlanmış bir gövde veya bir cihaz şeklindeki bir ölçüm aleti, bunların değerleri ölçüm için gerekli doğrulukla biliniyor. Ölçü, ölçümlerin temelidir. Çoğu durumda ölçümlerin ölçüm cihazları veya diğer cihazlar kullanılarak yapılması hiçbir şeyi değiştirmez, çünkü bunların çoğu ölçümler içerir, diğerleri ölçümler kullanılarak "kalibre edilir"; ölçekleri bir depolama cihazı olarak görülebilir. Ve son olarak, yalnızca ölçümlerle kullanılabilen ölçüm cihazları (örneğin, tava terazileri) vardır.

İncir. 4.1. Ölçü aletlerinin tasarıma göre sınıflandırılması.

Ölçü aleti- bir gözlemci tarafından doğrudan algılanmak üzere erişilebilen bir formda bir ölçüm bilgisi sinyali üretmek için tasarlanmış bir ölçüm cihazı. Analog ve dijital cihazlar, bilgi sunum biçimine bağlı olarak ayırt edilir. Analog cihazlar, okumaları ölçülen miktarın sürekli bir fonksiyonu olan, örneğin bir kadran göstergesi, cam termometre vb.

Şekil 4.2, bir işaretçi gösterge cihazına sahip bir ölçüm cihazının genelleştirilmiş bir blok diyagramını göstermektedir.

Ölçüm cihazının zorunlu bir unsuru okuma cihazı- Ölçülen miktarın değerini okumak için tasarlanmış bir ölçüm aletinin tasarımının bir parçası. Dijital bir ölçüm cihazının okuma cihazı dijital bir ekrandır.

İncir. 4.2. Ölçüm cihazının blok şeması.

Bir analog ölçerin okuma cihazı genellikle bir işaretçi ve bir ölçekten oluşur. Ölçek, okuma aralığının içinde yer aldığı bir başlangıç \u200b\u200bve son değere sahiptir (Şekil 4.3).

İncir. 4.3. Analog gösterge cihazının okuma cihazı.

Ölçüm kurulumu- Ölçülen değeri bir sinyale dönüştürmek için bir veya daha fazla ölçüm cihazının kullanıldığı, işlevsel olarak birleştirilmiş ölçüm cihazları seti.

Ölçüm kurulumu, ölçüm cihazları, ölçümler, dönüştürücüler ve ayrıca yardımcı cihazlar, düzenleyiciler, güç kaynakları içerebilir.

Ölçüm sistemi- izleme ve kontrol sistemlerinde otomatik işleme, iletim ve kullanım için uygun bir formda ölçüm bilgisi sinyalleri oluşturmak üzere tasarlanmış, iletişim kanallarıyla birbirine bağlanan bir dizi ölçüm cihazı ve yardımcı cihaz.

Dönüştürücü ölçüm- ölçüm bilgisi sinyallerini bir türden diğerine dönüştürmek için tasarlanmış bir ölçüm cihazı. Giriş ve çıkış sinyallerinin türlerine bağlı olarak, ölçüm dönüştürücüleri aşağıdakilere ayrılır:

Birincil dönüştürücüler veya sensörler;

İkincil dönüştürücüler.

Birincil dönüştürücü- ölçülen fiziksel miktarın verildiği girişe ölçüm transdüseri. Birincil dönüştürücü, ölçüm devresindeki ilk konvertördür.

Birincil dönüştürücünün çıkış sinyali, gözlemci tarafından doğrudan algılanamaz. Doğrudan gözlem için erişilebilir bir forma dönüştürmek için, bir dönüşüm aşaması daha gereklidir. Birincil dönüştürücü örneği, sıcaklığı bir iletkenin elektrik direncine dönüştüren dirençli bir termometredir. Birincil dönüştürücü için başka bir örnek, akış oranını diferansiyel basınca dönüştüren değişken basınçlı akış ölçerler için deliktir.

İkincil cihaz- girişine birincil veya normalleştirici dönüştürücünün çıkış sinyalinin sağlandığı bir dönüştürücü. İkincil cihazın çıkış sinyali, ölçüm cihazının sinyali gibi, gözlemci tarafından doğrudan algılanabilir. İkincil cihaz, ölçüm devresini kapatır.

Normalleştirme dönüştürücü- birincil dönüştürücünün çıkış sinyali ile ikincil cihazın giriş sinyali arasında tutarsızlık olması durumunda birincil dönüştürücü ile ikincil cihaz arasına yerleştirilmiş bir ara dönüştürücü. Normalleştirici bir dönüştürücü örneği, değişken dirençli bir bilgi sinyalini 0-5 mA veya 0-20 mA'lık birleşik bir DC sinyaline dönüştüren normalleştirme köprüsüdür.

Bu tür normalleştirme dönüştürücülerin kullanılması, ikincil cihazlar olarak ölçülen tüm fiziksel büyüklükler için birleşik miliampermetrelerin kullanılmasını mümkün kılar, bu da kontrol panellerinin ergonomik niteliklerini ve tasarımını geliştirir.

Ölçek dönüştürücü- ölçüm cihazının devresinde hareket eden büyüklüklerden birinin değerini, fiziksel yapısını değiştirmeden belirli sayıda değiştirmeye yarayan ölçüm transdüseri. Bunlar voltaj, akım, enstrüman amplifikatörleri vb. Enstrüman transformatörlerdir.

Metrolojik amaçlar için, tüm ölçüm cihazları standartlara ve çalışma ölçüm cihazlarına ayrılmıştır. Ölçü aletlerinin metrolojik amaca göre ayrıntılı bir sınıflandırması Madde 2.2'de verilmiştir. "Fiziksel büyüklük birimlerinin boyutlarının aktarım sırası."

İncir. 4.4 Ölçü aletlerinin statik ve dinamik özellikleri.

Yukarıda belirtildiği gibi, ölçümler statik ve dinamik olarak ikiye ayrılır. Değişmeyen ve zamanla değişen miktarların ölçüm sonucunu karakterize eden ölçüm cihazlarının metrolojik özelliklerini düşünün. Şekil 4.4, bu özellikleri yansıtan özelliklerin bir sınıflandırmasını göstermektedir.

Statik karakteristikölçüm aletleri, çıktı miktarı arasındaki fonksiyonel ilişkiyi çağırır y ve girdi miktarı x sabit durumda y \u003d f (x)... Bu bağımlılığa, cihazın ölçeğinin denklemi, cihazın veya dönüştürücünün kalibrasyon özelliği de denir. Statik karakteristik şu şekilde ayarlanabilir:

Analitik olarak;

Grafiksel olarak;

Tablo şeklinde.

Genel durumda, statik karakteristik bağımlılıkla tanımlanır:

y \u003d y n + s (x - x n), (4.1)

nerede y n, x n - çıktı ve girdi miktarlarının başlangıç \u200b\u200bdeğeri; y, x - çıktı ve girdi miktarlarının mevcut değeri; S - ölçüm cihazının hassasiyeti.

Ölçüm cihazı hatası() SI okuması ile ölçülen fiziksel miktarın gerçek (gerçek) değeri arasındaki farktır. Hata ve çeşitli bileşenleri SI'nın temel standartlaştırılmış özelliğidir.

Ölçüm cihazı hassasiyeti (S) - çıktı miktarı D artış oranının limiti olarak niceliksel olarak tanımlanabilen bir özellik -de girdi miktarı D artışına x:

Şekil 4.5, ölçüm cihazlarının statik özelliklerinin örneklerini gösterir: ve) ve b) - doğrusal, içindeDoğrusal değildir. Statik karakteristiğin doğrusallığı, kullanım kolaylığı sağlayan bir ölçüm cihazının önemli bir özelliğidir.

Statik karakteristiğin doğrusal olmamasına, özellikle teknik bir ölçüm cihazı için, yalnızca fiziksel dönüşüm prensibine bağlı olduğunda izin verilir.

Çoğu ölçüm cihazı için, özellikle birincil dönüştürücüler için, statik karakteristiğin yalnızca ölçüm cihazının gerekli doğruluğu dahilinde doğrusal olarak kabul edilebileceği unutulmamalıdır.

Doğrusal statik karakteristik, ölçülen değerden bağımsız olarak sabit bir hassasiyete sahiptir. Doğrusal bir statik karakteristik olması durumunda, hassasiyet aşağıdaki formülle belirlenebilir:

nerede y k, x k - çıktı ve girdi miktarlarının nihai değeri; y d \u003d y k - y n - çıkış sinyalinin değişim aralığı; x d \u003d x k - x n - giriş sinyalinin değişim aralığı.

x

x

x

n'de

ve) b) içinde)

İncir. 4.5. Ölçü aletlerinin statik özellikleri:

a), b) - doğrusal; içinde) - doğrusal olmayan

Ölçüm aralığı- Ölçüm cihazlarının izin verilen hata sınırlarının normalleştirildiği ölçülen miktarın değer aralığı. Sayacın ölçüm aralığı her zaman okuma aralığından küçük veya ona eşittir.

Aktarım katsayısı kavramı, ölçüm sinyallerinin yönlü aktarımı, ölçeklendirilmesi veya standardizasyonu işlevlerini yerine getiren ölçüm sistemlerinin tek tek öğeleri için geçerlidir.

Aktarım oranı ( -e) çıktı miktarının oranı olarak adlandırılır y giriş değerine xyani k \u003d y / x. İletim katsayısı, kural olarak, dönüştürücü aralığındaki herhangi bir noktada sabit bir değere sahiptir ve listelenen dönüştürücü türleri (ölçeklendirme, normalleştirme) doğrusal bir statik karakteristiğe sahiptir.

Dinamik karakteristikölçüm cihazlarının okumalarının her an ölçülen değerdeki değişime işlevsel bağımlılığı, yani. y (t) \u003d f.

Çıkış sapması yT) giriş değerinden x (t) dinamik modda, girdi miktarının zaman içindeki değişim yasasına bağlı olarak Şekil 4.6'da gösterilmektedir.

Dinamik hataölçü aletleri şu şekilde tanımlanır:

Dу (t) \u003d y (t) - x (t) 'ye,(4.4)

nerede kx (t) - dinamik olarak "ideal" dönüştürücünün çıkış değeri.

Geniş bir ölçüm cihazı sınıfının dinamik modu, sabit katsayılı doğrusal homojen olmayan diferansiyel denklemlerle tanımlanır. Isı enerjisi mühendisliğindeki ölçüm cihazlarının dinamik özellikleri çoğunlukla birinci dereceden bir dinamik bağlantı (periyodik olmayan bağlantı) ile modellenir:

nerede T - dönüşüm süresi sabitisinyal çıkış süresini gösterir yT) giriş değerinde bir adım değişikliğinden sonra sabit durum değerine x (t).

İncir. 4.6. Dinamik modda çıkış değerinin girişten sapması

Geçici karakteristikler, ölçüm aletlerinin dinamik özelliklerini tanımlamak için kullanılır. Geçici yanıt, dinamik bir sistemin tek adımlı bir eyleme tepkisidir. Uygulamada, keyfi değerlerin adım etkileri kullanılır:

Geçici tepki h (t) doğrusal bir dinamik sistemin reaksiyonuyla ilgilidir yT) orana göre gerçek bir birim olmayan adım efekti üzerinde:

h (t) \u003d y (t) / X bir(4.7)

Geçici yanıt, çıkış sinyalinde bir gecikme ve bozulmaya neden olan bir ölçümün ataletini tanımlar. Geçici yanıt, periyodik olmayan ve salınımlı formlara sahip olabilir.

Doğrusal bir ölçüm cihazının dinamik özellikleri, adım bozukluğunun değerine ve işaretine bağlı değildir ve adım bozukluğunun farklı değerlerinde deneysel olarak alınan geçici karakteristikler çakışmalıdır. Farklı değer ve işarete sahip adım bozuklukları ile deneyler, eşit olmayan nicel ve nitel sonuçlara yol açıyorsa, bu, araştırılan ölçüm cihazının doğrusal olmadığını gösterir.

Geniş bir frekans aralığında bir ölçüm cihazının harmonik etkilere tepkisini karakterize eden ölçüm cihazlarının dinamik özellikleri denir. frekans özellikleriiçeren genlik frekansı ve faz frekansı özellikleri.

Frekans özelliklerini deneysel olarak belirlerken, harmonik, örneğin sinüzoidal salınımlar, bir jeneratör yardımıyla ölçüm cihazının girişine beslenir:

x (t) \u003d A x günah (w t + f x)(4.8)

İncelenen ölçüm cihazı doğrusal bir dinamik sistem ise, kararlı durumdaki çıkış değerindeki dalgalanmalar da sinüzoidal olacaktır (bkz.Şekil 4.6, c):

y (t) \u003d A y günah (wt + f y), (4.9)

nerede f x - ilk aşama, memnunum: w - açısal hız, rad / s.

Çıkış salınımlarının genliği ve faz kayması, ölçüm cihazının özelliklerine ve giriş salınımlarının frekansına bağlıdır.

Bağımlılık Bir (w), çıkış salınımlarının genlik oranının frekansla nasıl değiştiğini gösterir A y (w) giriş salınımlarının genliğine doğrusal dinamik sistem Bir x (w) , bu sistemin genlik-frekans karakteristiği (AFC) olarak adlandırılır:

A (w) \u003d A y (w) / A x (w) (4.10)

Giriş ve çıkış salınımları arasındaki faz kaymasının frekansına bağımlılık, sistemin faz frekansı karakteristiği (PFC) olarak adlandırılır:

f (w) \u003d f y (w) - f x (w)(4.11)

Çıkış ve giriş sinyalleri arasındaki ilişkiyi tanımlayan diferansiyel denkleme göre frekans özellikleri hem deneysel hem de teorik olarak belirlenir (4.5). Doğrusal bir sistemin diferansiyel denkleminden frekans karakteristiklerini elde etme prosedürü, otomatik kontrol teorisine ilişkin literatürde ayrıntılı olarak açıklanmıştır.

Şekil 4.7, dinamik özellikleri birinci dereceden (4.5) doğrusal diferansiyel denklemine karşılık gelen bir ölçüm cihazı için tipik frekans özelliklerini göstermektedir. Giriş sinyalinin frekansındaki bir artışla, böyle bir ölçüm aracı genellikle çıkış sinyalinin genliğini azaltır, ancak çıkış sinyalinin giriş sinyaline göre kaymasını artırır, bu da dinamik hatada bir artışa yol açar.

İncir. 4.7. Dinamik özellikleri birinci dereceden (periyodik olmayan bağlantı) doğrusal bir bağlantıya karşılık gelen ölçüm cihazının genlik frekansı (a) ve faz frekansı (b) özellikleri.

Dinamik özellikleri 1. dereceden doğrusal bir bağlantı ile modellenebilen ölçüm aletlerinin dinamik özelliklerinin nasıl tahmin edildiğini bir örnekle gösterelim.

Misal.Zaman sabiti hesaplama T termal alıcı.

İncir. 4.8. Termal dedektörün şematik diyagramı ve dinamik özellikleri

Bir termal dedektörün termal ataletine, ortam sıcaklığındaki hızlı (ani) bir değişikliğe kıyasla daha yavaş bir ısınma neden olur ve bu, sıcaklığı ölçen cihazın okumalarında bir gecikmeye yol açar.

Termal dedektörün dinamik hatası belirlenir

nerede s, r, s - Isı alıcısının ısı kapasitesi, yoğunluğu, hacmi ve yüzey alanı; a ısı transfer katsayısıdır; t cf ve t pr- ortamın ve termal alıcının sıcaklığı.

Termal dedektörün zaman sabiti duruma göre belirlenir t pr (T)=0,63(t cf -t n)ve eşittir

nerede d - termal dedektör kapağının duvar kalınlığı.

Verilmesine izin ver: r \u003d 7 × 103 kg / m3; itibaren \u003d 0,400 kJ / kg × derece; a \u003d 200 W / m2 × derece; d\u003d 2,0 mm.

Zaman sabitinin hesaplanan değeri:

Ortamın sıcaklığı t cf\u003d 520 о С, D \u003d ± 5 о С hatasına sahip bir elektronik potansiyometre ile ölçülür, daha sonra enstrümanın okumalarını T у belirleme zamanı belirlenir.

Giriş dijital sinyalinin D (t) değerlerinde 0'dan 2N-1'e en az önemli bitin (EMP) ardışık bir artışıyla, çıkış sinyali U out (t) kademeli bir eğri oluşturur. Bu bağımlılığa genellikle DAC'nin dönüşüm özelliği denir. Donanım hatalarının yokluğunda, adımların orta noktaları ideal dönüşüm karakteristiğine karşılık gelen ideal düz çizgi 1'de (Şekil 22) bulunur. Gerçek dönüştürme özelliği, adımların boyutu ve şekli ile koordinat düzlemindeki konum bakımından idealden önemli ölçüde farklı olabilir. Bu farklılıkları ölçmek için bir dizi parametre vardır.

Statik parametreler

çözüm - bitişik Dj değerlerini dönüştürürken Uout artışı, yani EMP'de farklı. Bu artış bir niceleme adımıdır. İkili dönüşüm kodları için, niceleme adımının nominal değeri h \u003d U psh / (2N-1) şeklindedir, burada U psh, DAC'nin nominal maksimum çıkış voltajıdır (tam ölçek voltajı), N ise DAC'nin bit genişliğidir. . Dönüştürücünün rakam kapasitesi ne kadar büyükse, çözünürlüğü o kadar yüksek olur.

Tam Ölçek Doğruluğu - Sıfır ofset olmadığında dönüştürme ölçeği sınırının gerçek ve ideal değerleri arasındaki bağıl fark.

Toplam hatanın çarpan bileşenidir. Bazen ilgili EMP numarasıyla gösterilir.

Sıfır ofset hatası - DAC'nin giriş kodu sıfır olduğunda Uout değeri. Toplam hatanın ek bir bileşenidir. Genellikle milivolt cinsinden veya tam ölçeğin yüzdesi olarak gösterilir:

Doğrusal olmama - gerçek dönüştürme karakteristikleri U out (D) 'nin optimal olandan maksimum sapması (Şekil 22'de satır 2). Optimal özellik, doğrusal olmama hatasının değerini en aza indirgemek için deneysel olarak bulunur. Doğrusal olmama genellikle göreli birimlerle tanımlanır, ancak referans verilerde aynı zamanda EMP'de de verilmektedir. Şekil 1'de gösterilen karakteristik için. 22.

Diferansiyel doğrusal olmama, giriş kodunun bir değerinden başka bir bitişik değere geçerken gerçek dönüşüm özelliği Uout (D) 'nin optimal olandan sapmasının maksimum değişimidir (işaret dikkate alınarak). Genellikle bağıl birimler veya EMP olarak tanımlanır. Şekil 1'de gösterilen karakteristik için. 22,

Dönüştürme karakteristiğinin monotonluğu - DAC Uout çıkış geriliminde, giriş kodu D'de bir artış (azalma) ile bir artış (azalma). dönüştürücü monoton değildir.

DAC termal kararsızlığı, tam ölçekli hata ve sıfır ofset hatası sıcaklık katsayıları ile karakterize edilir.

Tam ölçek ve sıfır ofset hataları kalibrasyon (trim) ile ortadan kaldırılabilir. Doğrusal olmayan hatalar basit yollarla ortadan kaldırılamaz.

Dinamik parametreler

DAC'nin dinamik parametreleri, giriş kodundaki bir sıçrama değişikliğiyle çıkış sinyalindeki değişiklikle belirlenir, genellikle "tümü sıfır" değerinden "tümü" değerine atlanır (Şekil 23).

Yerleşme zamanı - giriş kodunu değiştirme anından (Şekil 23 t \u003d 0'da) eşitliğin en son yerine getirildiği ana kadar geçen zaman aralığı

|U dışarı - U psh | \u003d d/2,

Dönüş oranı - geçici süreç sırasında maksimum değişim oranı Uout (t). D Uout artışının, bu artışın meydana geldiği t zamanına oranı olarak tanımlanır. Tipik olarak voltaj çıkışlı bir DAC için veri sayfasında belirtilir. Akım çıkışlı bir DAC için, bu parametre büyük ölçüde çıkış op-amp tipine bağlıdır.

DAC'leri voltaj çıkışı ile çarpmak için, çoğunlukla çıkış amplifikatörünün özellikleri tarafından belirlenen birim kazanç frekansı ve güç bant genişliği genellikle belirtilir.

DAC gürültüsü

DAC çıkışındaki gürültü, yarı iletken cihazlarda meydana gelen fiziksel işlemlerin neden olduğu çeşitli nedenlerle ortaya çıkabilir. Yüksek çözünürlüklü bir DAC'nin kalitesini değerlendirmek için, rms gürültüsü kavramının kullanılması yaygındır. Genellikle belirli bir frekans bandında nV / (Hz) 1/2 cinsinden ölçülürler.

Dalgalanmalar (dürtü gürültüsü) - DAC'nin farklı rakamlarındaki analog anahtarların eşzamansız açılıp kapanması nedeniyle çıkış kodunun değerlerindeki değişiklik sırasında meydana gelen çıkış voltajındaki dik kısa patlamalar veya düşüşler. Örneğin, 011 ... 111 kod değerinden 100 ... 000 değerine geçerken, ağırlık akımlarının toplamı ile DAC dönüştürücünün en önemli basamağının anahtarı, en az önemli basamaklar kapatılırsa, DAC'nin çıkışında bir süre 000 ... 000 koduna karşılık gelen bir sinyal olacaktır.

Sivri uçlar, kapasitansın yumuşatmak için minimumda tutulduğu yüksek hızlı DAC'lerin karakteristiğidir. Aykırı değerleri bastırmanın radikal bir yolu, örnekle ve tut cihazları kullanmaktır. Emisyonlar bölgelerine göre tahmin edilir (pV * s cinsinden).

Tablo 2, bazı dijitalden analoğa dönüştürücü türlerinin en önemli özelliklerini gösterir.

Tablo 2

DAC'ye Adlandırma	Bit kapasitesi, bit	Kanal Sayısı	Çıktı türü	Yerleşme süresi, μs	Arayüz	Dahili ION	Voltaj güç kaynağı, V	Güç tüketimi mW	Not
Genel amaçlı DAC
572PA1	10	1	ben	5	-	Değil	5; 15	30	MOS tuşlarında çarpma
	10	1	U	25	Son	var	5 veya +/- 5	2
594PA1	12	1	ben	3,5	-	Değil	+5, -15	600	Mevcut anahtarlarda
MAX527	12	4	U	3	Paral.	Değil	+/-5	110	Giriş sözcüklerini 8 pinli bir veri yoluna yükleme
DAC8512	12	1	U	16	Son	var	5	5
	14	8	U	20	Paral.	Değil	5; +/-15	420	Ters dirençli matris ile MOS anahtarlarında
	8	16	U	2	Paral.	Değil	5 veya +/- 5	120	Ters dirençli matris ile MOS anahtarlarında
	8	4	-	2	Son	Değil	5	0,028	Dijital potansiyometre
Micropower DAC
	10	1	U	25	Son	Değil	5	0,7	8 kurşunlu bir pakette çoğaltma
	12	1	U	25	Paral.	var	5 veya +/- 5	0,75	Çarpma, tüketim - ekonomi modunda 0,2 mW
MAX550V	8	1	U	4	Son	Değil	2,5:5	0,2	Eko Modda Tüketim 5 μW
	12	1	U	60	Son	Değil	2,7:5	0,5	Çoğaltılan, SPI uyumlu arayüz
	12	1	ben	0,6	Son	Değil	5	0,025	Çarpma
	12	1	U	10	Son	Değil	5 veya 3	0.75 (5 saat) 0.36 (3 saat)	6 pinli paket, Eco modunda 0,15 μW tüketim. I 2 C uyumlu arayüz
Hassas DAC

dAC girişinde bitişik dijital koda giderken referans çizgisinden maksimum sapmadır (bkz. Şekil 2.39, d). Referans çizgisinin eğimi, DAC'nin gerçek kazancına göre belirlenir. Şekil 1'de gösterilen karakteristik için. 2.38,

δ gün \u003d e U j - e j + 1% 100

6. Dönüşüm özelliklerinin monotonluğu - çıktıda bir artış (azalma)

dAC voltajı Uout, giriş kodu D'nin artmasıyla (azalmasıyla) artar. Mutlak birimlerdeki diferansiyel doğrusal olmama, niceleme adımından h daha büyükse, bu durumda dönüştürücünün özelliği monoton değildir.

Diferansiyel doğrusal olmama, genellikle bitişik koda giderken maksimum değerine, birçok bitin değiştirilmesiyle birlikte ulaşır (örneğin, 01111 kodundan 10000 koduna geçerken). Aynı zamanda, karşılık gelen polarite (-) ile monotonik olmayan bir DAC transfer karakteristiğine yol açacak olan analog niceleme adımını bile aşabilir. (Girişteki sayı arttıkça çıkıştaki analog değer azalır.)

Aşağıdaki çıkış voltajları, nominal tam ölçek voltajı 10 V olan 6 bitlik bir DAC'nin çıkışında ölçülür (bkz. Tablo 2.1).

Tablo 2.1.

	U devir	U hızı	U teor

İncelenen DAC'nin ana parametrelerini tanımlayalım: a) Öngerilim gerilimi - +0,2 V; b) Tam ölçekli bir hata yoktur;

c) DAC'nin karakteristiği monoton değildir, en az önemli olan üç bitte toplamda hatalar vardır.

çıkış voltajı 0.19 V. 0111 kodundan (Uscore \u003d 1.28) komşu 1000'e (Uscore \u003d 1.2) geçerken, çıkış voltajı artmaz, azalır.

Ancak, o zamandan beri bit hatalarının cebirsel toplamı 0'a eşittir; doğrusal olmamanın tek biçimi diferansiyel doğrusal olmama durumudur.

7. Sıcaklık istikrarsızlığı Bir DAC dönüştürücü, tam ölçek hatası ve sıfır ofset hatası sıcaklık katsayılarıyla karakterize edilir.

Tam ölçek ve sıfır ofset hataları kalibrasyon (trim) ile ortadan kaldırılabilir. Doğrusal olmayan hatalar basit yollarla ortadan kaldırılamaz.

2.5.2. DAC dinamik parametreleri

DAC'nin dinamik parametreleri, girişteki dijital kodun değerinde ani bir değişiklikle analog çıkış değerindeki değişiklikle ölçülür. Bu durumda geçici sürecin süresi, Ni'nin ardışık olarak dönüştürülen değerleri arasındaki farkın artmasıyla artar. Bu nedenle, DAC'nin dinamik parametreleri genellikle dönüştürülen kodların farkının maksimum değerinde belirlenir (kodların 000 ... 000'den 111 ... 111'e ve tersi) ve dAC yükünün belirli bir değeri.

1. Gecikme süresi(td) - çıkış değeri x (t) 'nin sonraki ve önceki değerler arasında 0.1 fark (0.1 (xj -xi)) değiştiği zaman aralığı (bkz. Şekil 2.40).

2. Yükselme zamanı(t nr) - çıkış analog değerinin çıktığı zaman aralığı

x i +0.1 (x j - x i) ile x i +0.9 (x j - x i) arasında değişir.

								3. Nihai kuruluş zamanı (t ağız) -
								analog çıkışın olduğu zaman aralığı
								x (t) değeri artmaktan sete gider
								belirtilen sınırlar dahilinde d (tipik olarak analogun ± 1/2
								mP'ye eşdeğer).
xi +0,9 (xj -xi)
								4. Anahtarlama süresi - toplam gecikme süresi
								ki ve büyüme.
								5. Çevirme oranı - değişim oranı
								büyüme bölümünde analog değer. Genelde
								dAC'nin teknik özelliklerinde belirtilmiştir
								voltaj şeklinde çalışan sinyal. Akım ile DAC
					t pr			çıktı, bu parametre büyük ölçüde
xi +0,1 (xj -xi)								çıktı op-amp türü.
								DAC'leri bir formdaki bir çıktıyla çarpmak için
				t ht nr	t ağız			voltaj genellikle bir birimin frekansı ile gösterilir
								güç ve bant genişliği
	Giriş kodu Ni Æ Nj, ∆N \u003d Nj -Ni							esas olarak çıkış amplifikatörünün özelliklerine göre belirlenir
İncir. 2.40. DAC dinamik parametreleri
gecikme, yükselme ve yerleşme.								6. Dönüşüm süresi (t pr) - zamanların toplamı

2.5.3. Gürültü, parazit, sürüklenmeler

1. DAC çıkışındaki gürültü, yarı iletken cihazlarda meydana gelen fiziksel işlemlerin neden olduğu çeşitli nedenlerle ortaya çıkabilir. Yüksek çözünürlüklü bir DAC'nin kalitesini değerlendirmek için, rms gürültüsü kavramının kullanılması yaygındır. Genellikle belirli bir frekans bandında nV / (Hz) 1/2 cinsinden ölçülürler.

2. Emisyonlar (dürtü gürültüsü, aksaklıklar)- DAC'nin farklı basamaklarındaki analog anahtarların eşzamansız açılıp kapanması nedeniyle, DAC girişindeki sayısal kodun değerindeki değişiklik sırasında ortaya çıkan çıkış sinyalinde dik patlamalar veya düşüşler. Örneğin, 011 ... 111 kodundan 100 ... 000 koduna geçerken, DAC'nin en önemli bitinin anahtarı, en az önemli bitlerin anahtarlarından daha sonra açılırsa, 000 ... 000 kodu, DAC'nin çıkışında bir süre kalacaktır. Bu anahtar daha erken açılırsa, 111 ... 111 koduna karşılık gelen bir sinyal DAC çıkışında bir süre var olacaktır.

Sivri uçlar, kapasitansın yumuşatmak için minimumda tutulduğu yüksek hızlı DAC'lerin karakteristiğidir. Emisyonları bastırmanın radikal bir yolu, cihazları kullanmaktır getir-beklet... Emisyonlar bölgelerine göre tahmin edilir (pV * s cinsinden).

3. Analogdan dijitale dönüştürücüler (ADC)

Zaman içinde sürekli değişen analog değerleri otomatik olarak sayısal kodların eşdeğer değerlerine dönüştüren (ölçüm ve kodlama) cihaza denir. analog dijital dönüştürücü(ADC). Dönüşüm, ayrı örneklerin (ti) N ti kod değerine karşılık gelmesini sağlar. Herhangi bir zaman t i için nicel ilişki, ilişki tarafından belirlenir.

Nti \u003d x (ti) / ∆ x ± δ Nti

burada δN ti, bu adımdaki dönüşüm hatasıdır (niceleme hatası veya kuantum gürültüsü)

∆x, niceleme adımıdır (veya EMP'nin analog eşdeğeridir).

ADC'ler, analog cihazlardan sürekli giriş sinyalleri alan ve çıkışta karşılık gelen dijital sinyalleri çıkaran, bilgisayarlar ve diğer dijital cihazlarla çalışmaya uygun cihazlardır.

ADC'ler ve DAC'ler, dijital ölçüm cihazlarının, bilgilerin işlenmesi ve görüntülenmesi için sistemlerin ve cihazların, otomatik izleme ve kontrol sistemlerinin, bilgisayar bilgisi için giriş-çıkış cihazlarının ayrılmaz bir parçası olarak çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ana ADC parametreleri (varyasyon aralığı, zamanlama parametreleri, statik hatalar) derslerin ikinci bölümünde tartışılan karşılık gelen DAC parametreleri ile aynı anlama sahiptir. Bu nedenle, ADC parametrelerinin sadece bazı karakteristik özelliklerini ele alacağız.

3.1. ADC parametreleri
3.1.1. Statik ADC parametreleri
Fiziksel olarak, analogdan dijitale dönüştürme süreci niceleme ve kodlamadan oluşur.
Analog değer niceleme süreci, niceleme hataları (gürültü
mA niceleme), maksimum değeri en az anlamlı basamağın ± 1/2 birimi (± 1/2 EMP) ön-
eğitimci.
İncirde. 3.1, a, dönüşümün özelliği verilmiştir
ve Şek. 3.1, b - üç kez niceleme hatasının grafiği
normalleştirilmiş giriş sinyali için sıralı ADC.
İle birlikte sistematik hataniceleme
bir yer ve az ya da çok önemli bir hata var
devre tarafından yakalanan (enstrümantal hata). İçinde-
alet hatası ADC (DAC ile aynı)
devrenin bireysel elemanlarının kusurlu olması nedeniyle
biz ve çeşitli istikrarsızlaştırıcı faktörlerin onlar üzerindeki etkisi								U içinde
tori. Enstrümantal hata,
								Maksimumda U
gerçek ADC'lerin niceleme özellikleri,
ideal, Şek. 3.1, a. Orta ise
kuantum karakteristiğinin ideal bir kesik çizgisinin penetrasyonu
bağlanmak için birim eğimli düz bir çizgi elde edersiniz,								U içinde
orijinden çıkan (Şekil 3.1'de, a, - çizgi-
hat). Gerçek ADC'lerde bu hat geçmez								Maksimumda U
sonuç sıfır (sıfır ofseti ∆Ushift hatası, bkz.Şek. 3.2,
	İncir. 3.1. ADC niceleme belirtimi
a) ve eğimi birim birden farklıdır (hata	(a) ve niceleme hatasının grafiği (b)
iletim verimliliğibkz. şek. 3.2, b). Hata katsayısı
aktarım oranı, mutlak olarak adlandırılan bir referans parametresi ile karakterize edilir.
ölçeğin son noktasında dönüşüm hatası (Şekil 3.2, b'de ∆Umax).
Sinyal dönüştürme aralığındaki kazanç hatası sabit bir
çıktı değerinin gerçek değerden göreceli sapması ve sıfır ofset hatası nedeniyle
sabit bir mutlak hata verir. Bu hataların her ikisi de genellikle şu şekilde çözülebilir:

sıfır ve tam sapmanın stabilizasyonu. Parametrelerin kayması ve doğrusal olmaması nedeniyle hatalar kalır.

Gerçek ADC'lerde, ortalama niceleme karakteristiğinin idealden sapması vardır.

giriş sinyalinin tüm aralığı boyunca ( doğrusal olmayan hata ∆Ubkz. şek. 3.2, c). Dönüşümün doğrusallık hatasının başka bir ölçüsü, diferansiyel doğrusal olmama... Tek bir adımın genişliğinin, niceleme adımının belirtilen değerinden ne kadar farklı olduğunu gösterir (DAC'nin karşılık gelen parametresiyle aynı şekilde belirlenir). Mutlak değerdeki diferansiyel doğrusal olmama, niceleme adımını aşarsa, ölçüm sırasında bazı kodlar atlanacaktır (bkz. Şekil 3.2, d).

∆ U max

∆ U ofset

U içinde

U içinde

∆ U n.

1 2 3 4 5

U içinde

1 2 3 4 5

U içinde

Maksimumda U

Maksimumda U

İncir. 3.2. ADC dönüştürme hataları:

a - sıfır ofset hatası; b - iletim katsayısı hatası; c - doğrusal olmama; d - kodları atla

Bu nedenle, işin statik doğruluğu açısından, ADC'nin kapsamlı bir özelliği, gerçek niceleme özelliği.

Dikkate alınan statik hatalar, dönüştürücülerin sabit veya yarı sabit (dönüştürme aralığında sabit) sinyallerle çalışmasını karakterize eder.

3.1.2. Dinamik ADC parametreleri

1) Dönüşüm süresi tpr, örnekleme darbesinin başlangıcından veya dönüşümün başlangıcından, çıktıda verilen örneğe karşılık gelen kararlı bir kodun görünmesine kadar sayılan zamandır. Bazı ADC türleri için bu değer, giriş sinyalinin değerine bağlı olarak bir değişkendir, diğerleri için yaklaşık olarak sabittir. Bir örnekleme cihazı olmadan çalıştırıldığında, depolama açıklık süresi... Ulaşılabilir örnekleme (dönüştürme) oranını belirler.

AD dönüştürücülerinin iki uygulama alanı ayırt edilebilir:

dijital ölçüm cihazları (voltmetreler);

sinyal işleme.

İlk durumda, dönüştürme süresi boyunca giriş voltajının sabit olduğu varsayılır. Tersine, sinyal işleme sırasında giriş voltajı sürekli olarak değişir. Dijital ile

düzenli aralıklarla işleme sırasında değişen voltaj örnekleri,
getir ve tut öğelerinin gücüyle. Bu veriler AC- tarafından sayısallaştırılır.
dönüştürücü. Bölüm 1'de gösterildiği gibi, yalnızca karşılık gelen numara dizisi
ancak teorem karşılandığında yeterince doğru bir sürekli giriş sinyalini temsil eder.
sayar. Örnekleme frekansı f d, en yüksek sinyal frekansının en az iki katı olmalıdır
la f max. Bu nedenle, AD dönüştürücünün dönüşüm süresi t pr koşulu karşılamalıdır:
				t pr
							f max
Bu nedenle, sinyalleri işlerken, örnekleme frekansı (ve dolayısıyla maksimum
sinyal spektrum frekansı) gerekli ADC hızını belirler.
Örnekleme işlemini gerçekleştirirken ADC'nin yerini daha ayrıntılı olarak ele alalım.
Oldukça dar bant sinyalleri için, örnekleme işlemi kullanılarak gerçekleştirilebilir.
aDC'lerin kendileri ve dolayısıyla niceleme işlemi ile birleşirler. Ana düzenlilik
ayrıklaştırma, bir dönüşümün sınırlı süresinden ve belirsizlikten kaynaklanmaktadır.
bittiği an, numunelerin değerleri arasında kesin bir yazışma elde etmek mümkün değildir ve
atfedilmesi gereken zaman noktaları.
Özellikle, sinyal şu \u200b\u200bşekilde değişirse							Uin (t)
ardışık yaklaşık ADC girişi
çıkış dijital sinyali olabilir							U ma x
herhangi birine karşılık gelen bir değeri al
aralık içinde yanık giriş sinyali
zaman aralığındaki değişim bölgesi
t pr. Sonuç olarak, bir değişkenle çalışırken
zamanla sinyaller özel bir
dijital hatalar, dinamik yazılım							∆ua
doğa, sundukları değerlendirme için
	açıklık		belirsizlikler,
ile karakterize edilen				açıklık
time t a (bkz. Şekil 3.3).
2) Diyafram süresi denir
fiksasyon anı arasındaki zaman anlıktır
giriş sinyalinin değeri (tork
geri sayım) ve dijitalini alma anı
aynı eşdeğer.						İncir. 3.3. Açıklık hatası oluşumu
3) nedeniyle hata
giriş sinyalinin dönüştürülen dijital değere uyumsuzluğu diyafram açıklığı olarak adlandırılır
aDC hatası ∆Ua (bkz. şekil 3.3). Giriş sinyali ise bir uyumsuzluk meydana gelir.
dönüşüm, en az anlamlı basamağın analog eşdeğerinden daha fazla değişir
EMP. Böylece, zamanla değişen bir giriş sinyali ile, bir belirsizlik yaratılır.
örnekleme anında sinyalin anlık değerinin gerçekte ne olduğu.
Etki açıklık belirsizliğikendini anlık değerin bir hatası olarak gösterir
sinyal belirli ölçüm anlarında veya ölçümün yapıldığı zamanın bir hatası olarak
ölçüm, sinyalin belirli bir anlık değerinde gerçekleştirilir. Tek tip örnekleme ile
açıklık belirsizliğinin bir sonucu, genlik hatalarının ortaya çıkmasıdır,
çavdar, açıklık olarak adlandırılır ve sayısal olarak açıklık süresi boyunca sinyalin artışına eşittir.
Açıklık belirsizliğinin etkisinin başka bir yorumunu kullanırsak, varlığı
sinyal örneklerinin alındığı gerçek zaman noktalarının "seğirmesine" neden olur.
zaman ekseninde eşit aralıklı momentlere. Sonuç olarak, tek tip örnekleme yerine
dalgalı bir tekrar periyodu ile kesinlikle sabit bir örnekleme periyodu gerçekleştirilir,
bu, örnekleme teoreminin koşullarının ihlaline (tek tip ayrıklaştırma) ve
dijital bilgi işleme sistemlerindeki hatalar (hızdaki küçük rastgele değişiklikler
dijital verilerin iletimi). Dijital ses iletim sistemlerinde, bu tür diyafram seğirmesi (veya dijital
gürültü titremesi), analog vuruntuya benzer şekilde oynatma sırasında ses bozulmalarına neden olur

Statik DAC hatalarını telafi etmek için çeşitli yöntemler vardır. Yöntemlerin ana sınıflandırma özelliği, dikkate alınan hata sınıfıdır. Bu temelde, aşağıdaki yöntemler ayırt edilir:

1. Karakteristiğin sıfır noktası ve ölçeğinin düzeltilmesi;

2. Değiştirilen ölçümlerdeki sapmanın düzeltilmesi;

3. Genel doğrusal olmama durumunun düzeltilmesi (hem integral hem de diferansiyel).

Her şeyden önce, dönüştürücülerin üretimi sırasında hata düzeltmesi yapılır (teknolojik ayarlama). Bununla birlikte, belirli bir cihazda belirli bir LSI örneği kullanıldığında genellikle arzu edilir. İkinci durumda, düzeltme, LSI-DAC'ye ek olarak, yani yapısal seviyede, cihazın yapısına ek elemanlar eklenerek gerçekleştirilir. Sonuç olarak, bu tür yöntemlere yapısal denir.

DAC, çeşitli fonksiyonel birimleri içerir. Bir uydurma yaparken, düğümlerin her biri diğerlerinden bağımsız olarak takılır. Uydurma algoritması, her şeyden önce, dönüştürme fonksiyonunun monotonluğunu, ardından doğrusallığını, sıfır ofseti olmamasını ve gerekli dönüştürme faktörünü sağlamalıdır.

En zor süreç, monotonluğu ve doğrusallığı sağlamaktır, çünkü bunlar birçok öğenin ve düğümün ilgili parametreleri tarafından belirlenir. Çoğu zaman, yalnızca sıfır ofseti, dönüştürme faktörü ve simetrik diferansiyel doğrusal olmayanlık ayarlanır, yani. bölücü hatalarının neden olduğu doğrusal olmayanlık ve bu tür hatalara indirgenebilen temel hataların bu kısmı. Hataların geri kalanı üst üste binme niteliğindedir, yani. unsurların birbirleri üzerindeki karşılıklı etkisinde kendini gösterir. Bu tür hataları tespit etmek, kontrol etmek ve düzeltmek çok zordur.

Teknolojik yöntemlerle sağlanan doğruluk parametreleri, dönüştürücü çeşitli dengesizleştirici faktörlere, her şeyden önce sıcaklığa maruz kaldığında bozulur. Elementlerin yaşlanma faktörünü hatırlamak gerekir.

Artan doğruluk ile, dönüştürücü geliştirme ve üretme maliyetleri her zaman yükselir. Metrolojik göstergelerdeki tüm bu iyileştirmeleri dikkate alarak, çeşitli yapısal yöntemlerle teknolojik yöntemler kullanarak kapsamlı bir şekilde ulaşmak mantıklıdır. Ve hazır entegre dönüştürücüler kullanırken, yapısal yöntemler, dönüştürme sisteminin metrolojik özelliklerini daha da iyileştirmenin tek yoludur.

Sıfır ofset ve ölçek hataları, DAC çıkışında kolayca düzeltilir. Bunu yapmak için, dönüştürücü karakteristiğinin ofsetini telafi etmek için çıkış sinyaline sabit bir önyargı eklenir. Gerekli dönüştürme ölçeği, amplifikatör dönüştürücünün çıkışında ayarlanan kazancı düzelterek veya DAC çarpan bir ise referans voltajın değerini ayarlayarak ayarlanır.

Karakteristiğin yapısal doğrusallaştırma yöntemleri arasında, bir test sinyali ile kontrol edilen kompanzasyon yöntemlerini ve yöntemlerini ayırmak gerekir.

Test kontrol düzeltme yöntemleri, tüm izin verilebilir girdi etkileri kümesi üzerinde DAC hatalarının tanımlanmasından ve buna göre hesaplanan düzeltmelerin, bu hataları telafi etmek için girdi veya çıktı değerine eklenmesinden oluşur.

Bir test sinyali ile kontrol edilen herhangi bir düzeltme yönteminde aşağıdaki eylemler sağlanır:

1. Hataları tanımlamak için yeterli bir dizi test etkisi üzerinde DAC'ın özelliklerinin ölçülmesi.

2. Hataların ölçüm sonuçlarından sapmaları hesaplanarak tanımlanması.

3. Dönüştürülen değerler için düzeltmelerin veya düzeltilmiş bloklarda gerekli düzeltici eylemlerin hesaplanması.

4. Düzeltmenin yapılması.

İlk üç nokta kontrol süreciyle ilgilidir, son nokta ise dönüşüm süreciyle ilgilidir. düzeltme, dönüştürme sırasında gerçekleştirilir.

Kontrol, özel laboratuar ölçüm ekipmanı kullanılarak dönüştürücüyü cihaza kurmadan önce bir kez gerçekleştirilebilir. Ayrıca, cihaza yerleştirilmiş özel ekipman kullanılarak da gerçekleştirilebilir. Bu durumda, kontrol, kural olarak, periyodik olarak gerçekleştirilir, bu arada, dönüştürücü doğrudan cihazın çalışmasına dahil değildir. Bu, herhangi bir istikrarsızlaştırıcı faktörün sürekli etkisi altında bile konvertör çalışmasının uzun vadeli metrolojik kararlılığını sağlar. Transdüserlerin bu tür bir kontrol ve düzeltme organizasyonu, mikroişlemci ölçüm sisteminin bir parçası olarak çalışması sırasında gerçekleştirilebilir.

DAC hatasının doğrusal olmayan bileşeninin en basit modeli, her kod için hatanın kararlılığı ve koda rastgele bağımlılığı varsayımına dayanır. Açıktır ki, böyle bir modelin parametrelerinin tanımlanması, tüm geçerli kodlar üzerindeki çıktı sinyalinin ölçülmesini gerektirir (uçtan uca kontrol yöntemi). Bu yöntemin bir hassas ölçüm cihazı kullanması zorunludur.

Herhangi bir uçtan-uca denetim yönteminin ana dezavantajı, uzun denetim süresinin yanı sıra heterojenlik ve kullanılan ekipmanın büyük hacmidir.

Bir test sinyaline dayanan büyük bir kontrol yöntemi grubu, bit ağırlıklarının dönüştürülen koddan bağımsız olduğu varsayımına dayanır. Bu durumda, sayısı düzeltilmekte olan dönüştürücü bitlerinin sayısına eşit olan bir bağımsız denklemler sistemi oluşturmak mümkündür. Çoğunlukla bu denklem sistemi, sıfır ofset hatasını ve ölçek hatasını belirleyen iki tane daha eklenir. Her denklemi oluşturmak için, belirli bir setten bir kod dönüştürücü girişine beslenir. Böyle bir denklem sistemini çözdükten sonra, her basamağın belirlenmesindeki hataları ve sonuç olarak, giriş kodunun her bir değeri için düzeltme (telafi) değerini bulmak mümkündür. Bu tür yöntemler şu anda en yaygın olanıdır ve mikroişlemci kontrol sistemlerinin yapımında kullanılmaktadır.

Bir şekilde belirlenen düzeltmelerin değerleri, kural olarak dijital biçimde saklanır. Bu düzeltmeler dikkate alınarak hataların düzeltilmesi hem analog hem de dijital biçimde gerçekleştirilebilir.

Dijital düzeltme ile düzeltmeler, DAC'nin giriş kodundaki işaretleri dikkate alınarak eklenir. Sonuç olarak, DAC girişine, çıkışında gerekli voltaj veya akım değerinin oluşturulduğu bir kod gönderilir. Bu düzeltme yönteminin en basit uygulaması, girişine bir dijital belleğin takılı olduğu ayarlanabilir bir DAC'den oluşur (Şekil 17.a). Giriş kodu, bir adres kodunun rolünü oynar. Hafızada, karşılık gelen adreslerde, düzeltmeler dikkate alınarak önceden hesaplanan ve düzeltilmiş DAC'ye beslenen kod değerleri girilir.

İncir. Dijital (a) ve analog (b) DAC hata düzeltme

Analog düzeltme ile (Şekil 17b), ana DAC'ye ek olarak, ek bir DAC kullanılır. Çıkış sinyalinin aralığı, düzeltilmiş DAC'nin hatasının maksimum değerine karşılık gelir. Giriş kodu aynı anda düzeltilmiş DAC'nin girişlerine ve düzeltme belleğinin adres girişlerine beslenir. Giriş kodunun verilen değerine karşılık gelen düzeltme, düzeltme belleğinden seçilir. Düzeltme kodu, kendisiyle orantılı bir sinyale dönüştürülür ve bu, düzeltilmiş DAC'nin çıkış sinyaline eklenir. Düzeltilmiş DAC'nin çıkış sinyali aralığına kıyasla ek DAC'nin çıkış sinyalinin gerekli aralığının küçük olması nedeniyle, ilkinin doğal hataları ihmal edilir.

Bazı durumlarda, DAC işleminin dinamiklerini düzeltmek gerekli hale gelir.

Farklı kod kombinasyonlarını değiştirirken DAC'nin geçici yanıtı farklı olacaktır, diğer bir deyişle çıkış sinyalinin yerleşme süresi farklı olacaktır. Bu nedenle, bir DAC kullanılırken maksimum yerleşme süresi dikkate alınmalıdır. Bununla birlikte, bazı durumlarda transfer karakteristiğinin davranışını düzeltmek mümkündür.

Dönüşüm süresini maksimum çökelme süresinden daha az olacak şekilde ayarlayalım. DAC'nin dinamik parametrelerini tanımlamak mümkünse, belirtilen bu süre boyunca çıkış değerinin gerekli değere ulaşacağı DAC giriş kodunda bu tür düzeltmeleri hesaplamak mümkündür. Şu anda, DAC'yi takiben sistem düğümlerinin dönüşümünün sonucunu düzeltmek gerekir, çünkü bu andan sonra DAC çıkış sinyali değişmeye devam edecek ve giriş koduna değil, karşılık gelen seviyeye gidecektir. düzeltilmiş değerine.