Методика измерения характеристики преобразования АЦП

Следовательно, необходимо создание методики, которая объединила бы достоинства существующих методов, давала полную картину характеристики преобразования и была, по возможности, свободна от их недостатков.

Описание методики

Как известно, на практике гораздо проще получить хорошо отфильтрованный синусоидальный сигнал, чем достаточно линейно изменяющееся пилообразное напряжение. Кроме того, функция синуса является наиболее удобной для аналитических вычислений. В связи с этим представляется целесообразным использовать именно синусоиду в качестве измерительного сигнала.

Рассмотрим сперва идеальный случай, когда на вход АЦП подается аналитический чистый синусоидальный сигнал с амплитудой А и некоторой постоянной составляющей Uo, сумма значений, которых лежит в пределах диапазона напряжений, которые может измерить АЦП. Пусть амплитуда этого сигнала такова, что он охватывает только часть характеристики преобразования АЦП, как показано на рис. 2.20. При этом частота дискретизации АЦП много больше частоты сигнала.

Рис. 2.20

На рисунке Ui . Ui+б обозначают точки перехода, характеризующиеся изменением выходного кода на одну единицу младшего разряда; m0 . m7 обозначают соответственно количество отсчетов, обусловленных частотой дискретизации АЦП, от начала измерений до данного момента времени.

Из свойств функции SINX и из рисунка выходит, что точка min находится на половине интервала между m0 и m1, а точка max соответственно на половине интервала между m6 и m7. Обозначающим тот номер m, которому соответствует min функции, через "а" и примем его за начало отсчета.

Кроме того, введем обозначения:

Тогда, n0 - интервал от начала отсчета "а" до момента первого изменения выходного кода на единицу младшего разряда; ni - соответственно интервал от "а" до момента второго изменения и т. д. Пусть, кроме того, N - число отсчетов, которые укладываются в один период синусоиды.

В этом случае для шагов du квантования можно записать:

Таким образом, зная, что на входе АЦП - синусоида определенной амплитуды, по количеству отсчетов сигнала можно вычислить каждый из шагов квантования, охватываемый этой синусоидой. В этом случае погрешность вычислений du:

(2.17)

То есть, чем больше число N и чем меньше амплитуда, тем выше точность вычислений. Снизу минимальная амплитуда ограничена прецизионностью АЦП.

Тем не менее, в реальной ситуации испытательный сигнал, даже хорошо отфильтрованный, обладает дополнительными гармониками и некоторым уровнем шумов, что вносит ощутимые погрешности в измерения. Поэтому, охват синусоидой всей характеристики преобразования АЦП не приведет к желаемому результату. Но охват небольшого участка характеристики дает гораздо меньше погрешностей. В частности, при уменьшении амплитуды сигнала (при коэффициенте гармоник, например, равном 0.1), коэффициент гармоник на выходе АЦП остается почти постоянным только при амплитудах, охватывающих участок характеристики преобразования свыше некоторого небольшого количества "ступенек" ХП. При дальнейшем уменьшении амплитуды входного сигнала коэффициент гармоник на выходе АЦП начинает возрастать из-за "ступенчатости" сигнала на выходе и уже слабо зависит от гармоник входного сигнала при их небольшой величине. Следовательно, влияние гармоник испытательного сигнала (при уменьшении его амплитуды) на погрешность измерения du (отдельной "ступеньки") уменьшается.

Интересное из раздела

Характеристики и условия испытаний электрокардиографа ЭК3Т-02 АКСИОН
Электрокардиограф является переносным устройством и позволяет оперативно и качественно снимать электрокардиограмму, при этом одновременно регистрируя три, ш ...

Расчет модели сети передачи данных
Вариант № 1 Начальная интенсивность внешнего источника λ0 = 1 заявок/с Таблица 1. Тип модели Способы представления ...

Проект корпоративной вычислительной сети
Локальные сети в последнее время все более превращаются в обязательную принадлежность любой компании, имеющей больше одного компьютера. Это обусловлено возр ...