АЦП. Общие положения. Параметры АЦП. Погрешности АЦП.

Процедура аналого-цифрового преобраз. непрерывного сигнала представ. собой преобраз. Непрерыв. ф-ции U(t) в послед-сть чисел U(t_n), где n = 0, 1, 2 …, отнесенных к некоторым фиксир. моментам t. При дискрет-ции непрерыв. ф-ция U(t) преобраз-ся в послед-ть ее отсчетов U(t_n), как показано на рис.28.1, а.

Рис.29.1. Процесс дискретизации (а) и квантования (б) непрерывного сигнала.

Квантование: мгновенные знач. Ф-ции u(t) ограничиваются только опр. уровнями, кот. наз. уровнями квантования. В рез-те квантования непрерывная ф-ция U(t) принимает вид ступенчатой кривой U_К(t), показанной на рис.29.2,б.

Кодирование представл. дискретные квантованные вел-ны в виде цифрового кода. С помощ. операции кодирования осущ. условное представл. численного зн-ия вел-ны.

Чем меньше интервал дискрет-ции, тем точнее представляется сигнал. При малом интервале дискрет-ции необходим большой объем памяти и высокое быстродействие АЦП..

Частоту взятия выборок f_В опр. из т. Котельникова: f_В ≥ 2f_МАКС,где f_МАКС– наиб. частотаспектра дискретизируемого сигнала.

а) б)

Рис.29.2. Неправильный (а) и правильный (б) выбор интервала дискретизации

При дискрет-ции возникает погрешность, обусловленная конечным временем одного преобраз-ния и неопределен. момента t его окончания. При равномерной дискрет-ции отсчеты берутся с периодом Т_В, однако в эти моменты только нач-ся процесс преобраз-я. Окончание этого процесса зависит от t преобразования АЦП и скорости изменения вх-ой вел-ны. В рез-те вместо равномерной дискрет-ции получ-ся дискрет-ция с перемен. периодом. Погрешность наз-ся апертурной. t_А - время, в течение кот. сохр-ся неопр. м/у значением выборки и t, к которому она относится (рис.29.4).

Апертурная погрешность: δ_А = Δu_А / U_макс = ω t_А. T / t_А = π / δ_А.. Для ↓ апертурной погрешности приходится в π / δ_А↑ частоту преобразю АЦП.

Рис.29.4. Апертурная погрешность

Цифровое представление сигнала всегда дискретно, число его возможных сост. опр-ся разреш. способностью, т.е. разрядностью АЦП. Разность м/у 2я соседними знач-ми квантованной вел-ны наз-ся шагом квантования h. Любой аналоговый сигнал, поступающий на вх. идеального N-разрядного АЦП, производит шум квантования. Среднеквадратическое зн. шума ≈ весу h / .

Рис.29.5. Хар-ка идеального квантователя (а) и погрешность квантования (б)

Параметры АЦП хар-ют преобразователь в статич., динамич. режимах, а также опр. погрешности квантования.

Погрешность квантования АЦП опр-ся соотношением сигнал/шум SNR.

Статич. параметры АЦП.

Динамич. параметры. Динамич. погрешности связаны с дискрет-цией сигналов, изменяющихся во времени.

1. Макс. частота дискрет-ции –наиб. частота, с кот. осущ. выборки вх-го сигнала при усл., что выбранный параметр не выходит за заданные пределы.

2. t преобразования – t, отсчитываемое от начала импульса дискрет-ции или начала преобраз-ия до появл. на вых-е устойчивого кода, соответ. данной выборке.

3. t выборки (стробирования) – t, в течение кот. происх. образ-ие одного выборочного значения.