доц. Ленцман В.Л МЕТРОЛОГИЯ СТАНДАРТИЗАЦИЯ И СЕРТИФИКАЦИЯ раздел 4-1 АЦП

Цифровые вольтметры.

величин в цифровой код: интервалов времени, частоты повторения сигналов, напряженности

поля, температуры, скорость ветра и т.п.
Однако чаще всего термин АЦП относят к преобразователям "напряжение-код", используемых в цифровых вольтметрах и устройствах компьютерной обработки данных.

и модульном исполнении могут быть однополярными, диапазон которых
от 0 до

Uмакс ,
и
двуполярными, диапазон которых
обычно записывают как
±Uмакс/2

единицы младшего разряда) - Δ0 ;
2.2. количеством уровней квантования -

N;
2.3. количеством двоичных разрядов кода (бит) - n
2.4. количеством десятичных разрядов кода - k;
Эти параметры связаны следующими простыми формулами:
N=2n-1 , N=10k , Δ0=Uмакс / N

(или «реальная») разрешающая способность, который учитывают влияние не только операции

квантования, но и других факторов, определяющих погрешность измерения.

В зависимости от способа построения шкалы квантования (разд. 2) и

типа АЦП эта составляющая может быть связана с шагом квантования следующими формулами:
Δкв=±Δ0/2; Δкв=±Δ0;

погрешностей отдельных узлов и шумы входных цепей, может быть как

соизмерима с погрешностью квантования, так и существенно ее превышать.
Это соотношение зависит от типа, назначения и стоимости АЦП. Например, некоторые современные АЦП формируют 24-разрядный двоичный код, но их суммарная погрешность может обеспечить «эффективное» разрешение только 19…20 двоичных разрядов.

с нормируемой погрешностью. (зарубежные фирмы при указании быстродействия АЦП используют

единицы «Гц» или «выборки/с»).
Для решения многих измерительных задач с использованием компьютерной обработки получаемых данных (например, в цифровой осциллографии) необходимы АЦП с очень высоким быстродействием.
Современная граница быстродействия АЦП порядка (40….60)∙109 изм/с.
Но, например, для визуального отсчета показаний цифровых вольтметров не требуется быстродействие выше, чем одно измерение в 2…3 секунды.

импульса запуска до момента выдачи кода с нормируемой погрешностью (иногда

в технических описаниях АЦП эту характеристику называют «временем задержки»).).
Следует обратить внимание на то, что значение tпр, как правило, меньше обратного значения быстродействия :
1/Б=Т,

подготовки АЦП к следующему циклу преобразования - сброса счетчиков, разряда

интеграторов и других т.п. операций, наконец, для того, чтобы посмотреть на результат измерений.

для измерения постоянного или медленно меняющегося напряжения, подавлять помеху частоты

питающей сети 50 Гц (или 60 Гц). путем интегрирования измеряемого сигнала.
Помехоустойчивость таких АЦП определяют отношением (в дБ) напряжения сетевой помехи на входе АЦП к напряжению помехи на выходе:
П=20lg(Uпом.вх /Uпом.вых,) дБ.

сигнала остаток сетевой помехи ограничивает возможности точного измерения постоянного напряжения.

формировании импульса, длительность которого пропорциональна измеряемому напряжению. Длительность импульса измеряют

цифровым измерителем временных интервалов с использованием меток времени.
Схематически эти преобразования можно отобразить так:

Ux→Δtx→Nx→код

преобразования не постоянно. Разрешающая способность может быть довольно высокой.
Одна

из модификаций такого ВИ АЦП предусматривает подавление сетевой помехи.

частота следования которых пропорциональна измеряемому напряжению. Частоту импульсов измеряют электронно-счетным

частотомером:
Ux→fx→Nx→код

Поскольку для измерения частоты методом дискретного счета требуется достаточно большой интервал времени, такие АЦП имеют принципиально ограниченное быстродействие, но достаточно высокую разрешающую способность.

можно создать помехоустойчивый АЦП если время счета сделать равным или

в целое число раз больше периода сетевой помехи.

обратную операцию – операцию преобразование кода в напряжение. Такие устройства

называют цифро-аналоговыми преобразователями – ЦАП.
Измеряемое напряжение Ux сравнивают с выходным напряжением ЦАП, входной код которого формируют по определенному алгоритму.
Иногда при рассмотрении принципа работы таких АЦП используют термины:
«уравновешивание» или «компенсация»

измеряемому напряжению Uх полученный код подают на выход АЦП:

подбор злоумышленником кода к сейфу.
КИ АЦП могут иметь довольно

высокое быстродействие (по сравнению с ВИ и ЧИ АЦП), но несколько ограниченную разрешающую способность, которая определяется разрядностью используемого ЦАП.

ветвь» КИ АЦП с обратной связью, анализирующих приращения измеряемого сигнала,

кодирующих разность (Uх - UЦАП), и на этой основе отслеживающих изменения измеряемого напряжения:




Детальная проработка этой идеи позволила создать следящие Σ-Δ АЦП с очень высокой разрешающей способностью и помехоустойчивостью за счет, разумеется, уменьшения быстродействия.

U x - UЦАП

код

UЦАП

создают совокупность N-1 эталонных значений напряжения, соответствующих всем возможным уровням

квантования. Измеряемое напряжение с использованием N-1 компараторов одновременно сравнивают с этими эталонными значениями, что позволяет очень быстро сформировать выходной код.

однако их разрешающая способность ограничена технологическими возможностями создания большого количества

компараторов и других элементов в корпусе одной микросхемы.
Соотношение разрешающей способности и быстродействия основных типов АЦП «напряжение- код» представлено на рисунке: