Зміст
Введення
1.Класифікація АЦП
2.Паралельні АЦП
3.Послідовно-паралельніАЦП
3.1 Багатоступінчасті АЦП
3.2 багатотактного АЦП
3.3Конвеєрні АЦП
4.ПослідовніАЦП
4.1 АЦП послідовного рахунку
4.2 АЦП послідовного наближення
4.3Інтегруючі АЦП
4.3.1АЦП багатотактногоінтегрування
4.3.2Сігма-дельта АЦП
4.4Перетворювачінапруга-частота
5.Параметри АЦП
5.1 Статистичні параметри
5.2 Динамічні параметри
5.3Шуми АЦП
Список використаної літератури
Введення
Аналого-цифровіперетворювачі (АЦП) є пристроями, які приймають вхідніаналогові сигнали та генерують відповідні їм цифрові сигнали, придатнідля обробки мікропроцесорами та іншими цифровими пристроями.
Принципово невиключена можливість безпосереднього перетворення різних фізичнихвеличин в цифрову форму, проте це завдання вдається вирішити лише в рідкіснихвипадках через складність таких перетворювачів. Тому в даний часнайбільш раціональним визнається спосіб перетворення різних по фізичнійприроді величин спочатку в функціонально пов'язані з ними електричні, а потімвже за допомогою перетворювачів напруга-код - в цифрові. Саме ціперетворювачі мають зазвичай на увазі, коли говорять про АЦП.
Процедурааналого-цифрового перетворення безперервних сигналів, яку реалізують задопомогою АЦП, являє собою перетворення безперервної функції часуU (t), описує вхідний сигнал, в послідовність чисел {U '(t j )},j = 0,1,2,:, що віднесені до деяких фіксованих моментів часу. Цю процедуруможна розділити на дві самостійні операції. Перша з них називаєтьсядискретизацією і полягає в перетворенні неперервної функції часу U (t) вбезперервну послідовність {U (t j )}. Друга називаєтьсяквантуванням і полягає в перетворенні безперервної послідовності вдискретну {U '(t j )}.
В основі дискретизаціїбезперервних сигналів лежить принципова можливість подання їх у виглядізважених сум
де a j -деякі коефіцієнти або відліки, що характеризують початковий сигнал вдискретні моменти часу; f j (t) - набір елементарних функцій,використовуваних при відновленні сигналу за його відліками.
Найбільш поширеноюформою дискретизації є рівномірна, в основі якої лежить теоремавідліків. Згідно з цією теоремою у якості коефіцієнтів a j слідвикористовувати миттєві значення сигналу U (t j ) в дискретні моментичасу t j = jDt,а період дискретизації вибирати з умови
Dt = 1/2F m ,
де F m -максимальна частота спектра перетворюваного сигналу. При цьому вираз (1)переходить у відоме вираження теореми відліків
Для сигналів з строгообмеженим спектром цей вираз є тотожністю. Однак спектриреальних сигналів прямують до нуля лише асимптотично. Застосування рівномірноїдискретизації до таких сигналів призводить до виникнення у системах обробкиінформації специфічних високочастотних спотворень, зумовлених вибіркою. Длязменшення цих спотворень необхідно або збільшувати частоту дискретизації,або використовувати перед АЦП додатковий фільтр нижніх частот, що обмежуєспектр вихідного сигналу перед його аналого-цифровим перетворенням.
У загальному випадку вибірчастоти дискретизації буде залежати також від використовуваного в (1) виду функціїf j (t) і допустимого рівня похибок, які виникають привідновленні початкового сигналу за його відліками. Все це слід брати доувагу при виборі частоти дискретизації, яка визначає необхіднушвидкодію АЦП. Часто цей параметр задають розробнику АЦП.
Розглянемо більш докладномісце АЦП при виконанні операції дискретизації.
Для достатньовузькосмугових сигналів операцію дискретизації можна виконувати за допомогою самихАЦП і поєднувати таким чином з операцією квантування. Основною закономірністютакий дискретизації є те, що за рахунок кінцевого часу одногоперетворення і невизначеності моменту його закінчення, залежить в загальномувипадку від параметрів вхідного сигналу, не вдається отримати однозначноївідповідності між значеннями відліків і моментами часу, до яких їхслід віднести. В результаті при роботі з змінюються в часі сигналамивиникають специфічні похибки, динамічні за своєю природою, для оцінкияких вводять поняття апертурної невизначенності, яка характеризується зазвичайапертурним часом.
апертурним часом t a називають час, протягом якого зберігається невизначеність між значеннямвибірки та часом, до якого вона належить. Ефект апертурноїневизначеності проявляється або як похибка миттєвого значення сигналупри заданих моментах вимірювання, або як похибка моменту часу, вякий проводиться вимірювання при заданому миттєвому значенні сигналу. Прирівномірної дискретизації наслідком апертурної невизначенності євиникнення амплітудних похибок, які називаються апертурними і чисельнодорівнюють приросту сигналу протягом апертурного часу.
Якщо використовувати іншуінтерпретацію ефекту апертурної невизначенності, то її наявність призводить до"Тремтіння" істинних моментів часу, в які беруться відлікисигналу, по відношенню до рівновіддаленими на осі часу моментам. В результатізамість рівномірної дискретизації зі строго постійним періодом здійснюєтьсядискретизація з флюктуірует періодом повторення, що призводить до порушенняумов теореми відліків та появи уже розглянутих апертурних похибокв системах цифрової обробки інформації.
Таке значення апертурноїпохибки можна визначити, розклавши вираз для вихідного сигналу в рядТейлора в околицях точок відліку, яке для j-ї точки має вигляд
і дає в першомунаближенні апертурну похибка
де t a -апертурний час, який для розглянутого випадку є в першомунаближенні часом перетворення АЦП.
Зазвичай для оцінкиапертурних похибок використовують синусоїдальний випробувальний сигнал U (t) = U m sinDt, для якого максимальневідносне значення апертурної похибки
DU a /U m = Dt a .
Якщо прийняти, що дляN-розрядного АЦП з роздільною здатністю 2 -N апертурная похибка не повиннаперевищувати кроку квантування (рис. 1), то між частотою сигналу D, апертурним часом t a івідносної апертурною похибкою має місце співвідношення
1/2 N = Dt a .
Для забезпеченнядискретизації синусоїдального сигналу частотою 100 кГц з похибкою 1% часперетворення АЦП має дорівнювати 25 нс. У той же час за допомогою такогошвидкодіючого АЦП принципово можна дискретизувати сигнали, що маютьширину спектра порядку 20 Мгц. Таким чином, дискретизація за допомогою самогоАЦП призводить до суттєвого розходження вимог між швидкодією АЦП іперіодом дискретизації. Ця розбіжність досягає 2 ... 3 порядків та сильноускладнює і здорожує процес дискретизації, оскільки навіть для порівняновузькосмугових сигналів вимагає досить швидкодіючих АЦП. Для достатньоширокого класу швидко змінюються сигналів цю проблему вирішують за допомогоюпристроїв вибірки-зберігання, що мають мале апертурний час.
1. Класифікація
В даний часвідомо велика кількість методів перетворення напруга-код. Ці методиістотно відрізняються один від одного потенційною точністю, швидкістюперетворення і складністю апаратної реалізації. На рис. 2 представленакласифікація АЦП за методами перетворення.
В основу класифікаціїАЦП покладено ознаку, що вказує на те, як у часі розгортається процесперетворення аналогової величини в цифрову. В основі перетвореннявибіркових значень сигналу в цифрові еквіваленти лежать операції квантування такодування. Вони можуть здійснюватися за допомогою або послідовної, абопаралельної, або послідовно-паралельної процедур наближення цифровогоеквівалента до пере...
