Реферат: Измерение параметров АЦП

Министерствообщего и профессионального образования РФ

-------------------------------------------------------------------------------------------------------

НовгородскийГосударственный Университет

 им. Ярослава Мудрого

кафедра ФТТиМ

Контрольпараметров АЦП

Реферат по дисциплине:

Испытанияизделий электронной техники.

Выполнил:

Студент группы 4031

_______Галинко В.Ю.

«___»_____________1999

Проверил:

Преподаватель каф. ФТТиМ

_______Крутяков.Л.Н.

«___»_____________1999

  

Новгород

1999

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA;layout-grid-mode:line">

Содержание

Введение

3

 RD

4

2. Характеристики ИМС АЦП

7

3. Контроль статических параметров ИМС АЦП

13

4. Контроль динамических параметров ИМС АЦП

19

Список использованных источников

23

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA;layout-grid-mode:line">
Введение

Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразовате­ли АЦП находят.широкое применение в различ­ных областях современной науки и техники. Ониявляют­ся неотъемлемой составной частью цифровых измери­тельных приборов,систем преобразования и отображе­ния информации, программируемых источниковпитания, индикаторов на электронно-лучевых трубках, радиоло­кационных систем,установок для контроля элементов и микросхем, а также важными компонентамиразличных автоматических систем контроля и управления, устройств ввода—выводаинформации ЭВМ. На их основе строят преобразователи и генераторы практическилюбых функ­ций, цифроуправляемые аналоговые регистрирующие устройства,корреляторы, анализаторы спектра и т. д. Велики перспективы использованиябыстродействующих преобразователей в телеметрии и телевидении. Несом­ненно,серийный выпуск малогабаритных и относительно дешевых АЦП еще более усилиттенденцию про­никновения метода дискретно-непрерывного преобразо­вания в сферунауки и техники. Одним из стимулов раз­вития цифро-аналоговых ианалого-цифровых преобразо­вателей в интегральном исполнении в последнее времяявляется широкое распространение микропроцессоров и методов цифровой обработкиданных. В свою очередь потребность в АЦП стимулирует их разработку ипроизводство с новыми, более совершенными характе­ристиками. В настоящее времяприменяют три вида тех­нологии производства АЦП: модульную, гибрид­ную иполупроводниковую. При этом доля производства полупроводниковых интегральныхсхем (ИМС ЦАП и ИМС АЦП) в общем объеме их выпуска непрерывно возрастает и внедалеком будущем, по-видимому, в мо­дульном и гибридном исполненияхбудут выпускаться лишь сверхточные и сверхбыстродействующие преобра­зователи сдостаточно большой рассеиваемой мощно­стью.

В данной главе рассматриваются основные структу­ры, характеристики иметоды контроля интегральных микросхем АЦП.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA;layout-grid-mode:line">
1 Основные структуры ИМС АЦП

<img src="/cache/referats/1606/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1025">


Рис. 1. Обобщенная структурная схема АЦП


Обобщенная структурная схемаАЦП  (рис.1) представляет собой дискретизирующее устройство ДУ, тактирующее работу кванту­ющего КвУ и кодирующего КдУ устройств. Навход квантующего устройства по­ступает преобразуемый сиг­нал x(t), а свыхода кодиру­ющего устройства снимается дискретный сигнал ДС, кото­рый для АЦП в интеграль­ном исполнении обыччноиме­ет форму двоичного параллельного кода. В результате равномерногоквантования мгновенное значение xi не­прерывной величины x(t) представляется в виде конеч­ногочисла пступеней квантования Δх:

Xi=nΔx=x ±Δk,

где Δk — погрешность квантования, обусловленная тем, что преобразуемая величина х может содержатьнецелое число пступеней квантования Δх.

Максимально возможнаяпогрешность квантования (погрешность  дискретности) определяется ступенью квантования, т. е.

<span Times New Roman",«serif»">Δkmax

<span Times New Roman",«serif»">=Δx

Для известного диапазона xmax максимально возмож­ное число дискретныхзначений преобразуемого сигнала х (включая х==0)

<span Times New Roman",«serif»">nmax

<span Times New Roman",«serif»">=(xmax/ Δx+1)

<span Times New Roman",«serif»">Приэтом, как правило, погрешность квантования не должна превышать общую погрешностьпреобразования.

Следовательно,если известно значение допустимой отно­сительной погрешности преобразования γmaх, то при опре­делении ступениквантования необходимо учитывать со­отношение

Δx≤ (γmaх/100)*xmax

Кроме того, следуетучитывать, что АЦП обладают определенным порогом чувствительности Хп.ч, т. е. спо­собностью вызывать изменениевыходной информации преобразователя при воздействии на его вход наимень­шегозначения преобразуемого сигнала. Поэтому значе­ние Δx должно превышать Хп.ч иудовлетворять неравен­ству

Хп.ч< Δx ≤ (γmaх/100)*xmax

Реализациюобобщенной структуры можно осущест­вить различными способами, которыерассмотрены ниже. Независимо от способа построения АЦП всем им прису­ща методическаяпогрешность, обусловленная погрешно­стью квантования Δx.

Взависимости от области применения АЦП их основ­ные характеристики (точность,разрешающая способ­ность, быстродействие) могут существенно отличаться. Прииспользовании АЦП в измерительных устройствах главную роль играет точностьпреобразования, а быстро­действие этих устройств ограничено реальной скоростьюрегистрации результата измерения. При использовании АЦП в качестве устройстваввода измерительной инфор­мации в ЭВМ от него требуется быстродействие в боль­шейстепени.

Широкоеприменение АЦП в различных областях на­уки и техники явилось предпосылкойсоздания разных структур АЦП, каждая из которых позволяет решить определенныезадачи, предъявляемые к АЦП в каждом конкретном случае. Из всего многообразия существую­щихметодов аналого-цифрового преобразования в интегральной технологии нашлиприменение в основном три:

1) метод прямого(параллельного) преобразования;

2)метод последовательного приближения (поразряд­ного уравновешивания);

3) метод интегрирования.

Каждыйиз этих методов позволяет добиться наилуч­ших параметров (быстродействия,разрешающей способ­ности, помехоустойчивости и т. д.). Потребность в АЦП соптимальными параметрами или с отдельными экстре­мальными параметрами обусловилапоявление структур преобразователей, использующих комбинацию перечис­ленныхметодов. Рассмотрим структурные схемы АЦП, нашедших наибольшее распространениев интегральной технологии.

В АЦП с параллельным преобразованиемвходнойсигнал прикладывается одновременно ко входам всех компараторов. В каждомкомпараторе он сравнивается с опорным сигналом, значение которого эквивалентноопределенной кодовой комбинации. Опорный сигнал сни­мается с узлов резистивногоделителя, питаемого от ис­точника опорного напряжения. Число возможных кодо­выхкомбинаций (а следовательно, число компараторов) равно 2m—1, где т—числоразрядов АЦП. АЦП прямо­го преобразования обладают самым высоким быстродей­ствиемсреди других типов АЦП, определяемым быстро­действием компараторов и задержкамив логическом де­шифраторе. Недостатком их является необходимость в большомколичестве компараторов. Так, для 8-разрядно­го АЦП требуется 255 компараторов.Это затрудняет реализацию многоразрядных (свыше6—8-го разрядов) АЦП в интегральном исполнении. Кроме того, точностьпреобразования ограничивается точностью и стабильно­стью каждого компаратора ирезистивного делителя. Тем не менее на основе данного принципа строят наиболеебыстродействующие АЦП со временем преобразования в пределах десятков и дажеединиц наносекунд, но огра­ниченной разрядности (не более шести разрядов).

АЦП последовательного приближенияимеетнесколь­ко меньшее быстродействие, но существенно большую разрядность(разрешающую способность). В нем исполь­зуется только один компаратор,максимальное число срабатываний которого за один цикл измерения не превы­шаетчисла разрядов преобразователя. Суть такого ме­тода преобразования заключаетсяв последовательном сравнении входного преобразуемого напряжения Us с выходнымнапряжением образцового ЦАП, изменяю­щимся по закону последовательногоприближения до момента наступления их равенства (с погрешностью дискретности).Входной сигнал Ux с помощью аналогового компаратора КН сравни­вается с выходным сигналомобразцового ЦАП, который управляется в свою очередь регистром последовательно­гоприближения РгПП. При запуске схемы РгПП уста­навливается генераторомГ в исходное состояние. При этом навыходе ЦАП формируется напряжение, соответ­ствующее половине диапазонапреобразования, что обес­печивается включением его старшего разряда 100… 0.Если Usменьше выходного напряжения ЦАП, то стар­ший разряд выключается, включаетсявторой по стар­шинству разряд (на входе ЦАП код 0100...0), что соот­ветствует'формированию на выходе ЦАП напряжения, равного половине предыду­щего. В случаеесли Их пре­вышает это напряжение, тодополнительно включается третий разряд (на входе ЦАП код 0110...0), что при­водитк увеличению выходного напряжения ЦАП в 1,5 раза. При этом выходное напряжениеЦАП вновь сравни­вается с напряжением Ux и т. д. Описанная процедура повторяется т раз (где m—число разрядов АЦП). В итоге на выходеЦАП формируется напряжение, отли­чающееся от входного преобразуемого напряженияUx не болеечем на единицу младшего разряда ЦАП. Результат преобразования напряжения Ux в его цифровойэквива­лент—параллельный двоичный код Nx—снимается свыхода РгПП. Очевидно, погрешность преобразования ибыстродействие такого устройства определяются в основ­ном параметрами ЦАП(разрешающей способностью, ли­нейностью, быстродействием) и компаратора (порогомчувствительности, быстродействием).  Преимуществом рассмотренной схемы является возможность построения многоразрядных (до 12 разрядов и выше) преобразова­телейсравнительно высокого быстродействия (время 'пре­образования 'порядка несколькихсот наносекунд). На ос­нове метода последовательного приближения реализова­на исерийно выпускается ИМС 12-разрядного АЦП К572ПВ1 с временем преобразования 100мкс.

Наиболеепростыми по структуре среди интегрирую­щихпреобразователей являются АЦП с преобразовани­ем напряжения в частоту,построенные на базе интегри­рующего усилителя и аналогового компаратора. Погреш­ностьих преобразования определяется нестабильностью порога срабатывания компаратораи постоянной времени интегратора. Более высокими метрологическими харак­теристикамиобладают АЦП, реализованные по принци­пу двойного интегрирования (например,ИМС, 11-раз­рядного АЦП К572ПВ2), поскольку при этом практиче­ски удаетсяисключить влияние на погрешность преобра­зования нестабильности порогасрабатывания компара­тора и постоянной времени интегратора.

Анализописанных методов преобразования и струк­турных схем АЦП позволяет сделатьвывод, что наи­большим быстродействием обладают АЦП прямого пре­образования,однако их разрядность невысока. АЦП поразрядного уравновешивания,обладая средним быст­родействием, дают возможность получить достаточно высокуюразрешающую способность. Но помехозащи­щенность тех и других преобразователейневысока. АЦП интегрирующего типа, обладая наименьшим быстродей­ствием, обеспечиваютнаибольшую помехозащищенность и точность преобразования.

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family: «Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language: AR-SA;layout-grid-mode:line">
2. ХарактеристикиИМС АЦП

Основнымипараметрами,  характеризующими  ИМС АЦП, являются разрешающая способность,нели­нейность, коэффициент преобразования, погрешность полной шкалы, смещениенуля, абсолютная погрешность, дифференциальная нелинейность, монотонность,время преобразования.

Разрешающая способностьопределяетсячислом дис­кретных значений выходного сигнала преобразователя, составляющих егопредел преобразования. Чем больше число дискретных значений, тем вышеразрешающая способность преобразователя. Двоичный m-разрядный преобразовательимеет 2m дискретных значений, а его разрешающая способность равна1/2m. В преобразовате­лях различают наименьший и наибольший значащиераз­ряды. В двоичной системе кодирования наименьший зна­чащий разряд — эторазряд, имеющий наименьший вес. Вес младшего разряда определяет разрешающуюспособ­ность. Наибольший значащий разряд соответствует наибольшему весу. В двоичнойсистеме кодирования наи­больший значащий разряд имеет вес 1/2 номинального значениямаксимально возможного выходного сигнала при всех включенных разрядах (полнойшкалы преобра­зования).

 <img src="/cache/referats/1606/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026"><img src="/cache/referats/1606/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027">

                     a)                                                            б)

Рис. 2.        Примеры линеаризации выходной характеристики преобразователей:

<span Times New Roman",«serif»">а—

<span Times New Roman",«serif»">линеаризующая<span Times New Roman",«serif»"> прямая проходит через крайние точки реальной харак­теристики преобразователя; б — линеаризация для получения минимальной погрешности линейности

<img src="/cache/referats/1606/image007.gif" align=«left» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1026">

Разрешающая способность характеризует как ЦАП, так и АЦП и можетвыражаться либо в процентах, либо в долях полной шкалы. Например, 12-разрядныйАЦП имеет разрешающую способность 1/4096, или 0,0245% от значения полной шкалы.Преобразователь с полной шка­лой напряжения 10 В может обеспечивать изменениевыходного кода на единицу при изменении входного напря­жения на 2,45 мВ. Аналогично 12-разрядный ЦАП дает изменение выходногонапряжения на 0,0245% от значе­ния полной 'шкалы при изменении двоичноговходного кода на один двоичный разряд. Разрешающая способность является скореерасчетным параметром, а не тех­нической характеристикой, поскольку она неопределяет ни точность, ни линейность преобразователя.

Нелинейность<span Times New Roman";mso-hansi-font-family:«Times New Roman»; mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">d

н, или интегральнаянелинейность, ха­рактеризуется отклонением <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">dн(х)реальной характерис­тики преобразователя fp(x) от прямой.При этом значе­ние <span Times New Roman";mso-hansi-font-family: «Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family:Symbol">dн(х)зависит от метода линеаризации. Рис. 2, а иллюстрирует способ линеаризации,когда линеаризую­щая прямая проходит через крайниеточки реальной ха­рактеристики ЦАП. При этом наблюдается максималь­наяпогрешность линейности (нелинейность <span Times New Roman"; mso-hansi-font-family:«Times New Roman»;mso-char-type:symbol;mso-symbol-font-family: Symbol">dн). На рис. 2, б прямаяпроводится таким образом, что макси­мальное отклонение fp(x) от прямой получается в два разаменьше. Однако для этого необходимо знать харак­тер реальной характеристикиЦАП, что очень 'сложно обеспечить в серийном производстве. Поэтому, как пра­вило,погрешность линейности определяют при прохож­дении линеаризующейпрямой через крайние точки ха­рактеристики fp (х). Для определения нелинейности (ко­тораяобычно выражается в процентах от полной шкалы или в долях единицы младшегоразряда) необходимо знать аналитическую зависимость между выходным ана­логовымсигналом ЦАП и его цифровым входом. Для ЦАП с двоичными т-разрядами аналоговыйвыход Uвых зависит от входного двоичногокода в идеальном случае (в отсутствие погрешностей преобразования) таким об­разом:

<span Times New Roman",«serif»">Uвых

<span Times New Roman",«serif»">= Uоп(B12-1+B22-2+…+Bm2-m),                                     (1)

где B1, B2, ..., Bm—коэффициентыдвоичного числа, име­ющие значение единицы или нуля (что соответствуетвключению или выключению разряда); Uon—опорноенапряжение ЦАП. Так как

<img src="/cache/referats/1606/image009.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

то выходное напряжение ЦАПпри всех включенных раз­рядах (B1, B2, ..., Bm = 1) определяетсясоотношением

<img src="/cache/referats/1606/image011.gif" v:shapes="_x0000_i1029">                       (2)

Таким образом, при включениивсех разрядов выход­ное напряжение ЦАП, равное напряжению полной шка­лы Uп.ш, отличается от опорного напряжения Uоп на зна­чение младшего разрядапреобразователя Δ:

<img src="/cache/referats/1606/image013.gif" v:shapes="_x0000_i1030">                                                    (3)

Привключении i-ro разряда выходное напряжение ЦАП

Uвых=Uоп2-i                                                                            (4)

Выражение (1) показываетлинейную зависимость между аналоговым выходом и цифровым входом преоб­разователя.Следовательно, сумма аналоговых выходных величин, полученная для любой комбинацииразрядов, действующих независимо, должна быть равна аналого­вому сигналу,который получается при одновременном включении всех разрядов этой комбинации.

Рис 3 Характеристики ЦАП с различными значениями коэффициентов преобразования

<img src="/cache/referats/1606/image014.gif" " " v:shapes="_x0000_s1035">
Это являет­ся основойпростого и эффективного контроля нелиней­ности: включаются различные комбинацииразрядов и регистрируется соответствующий аналоговый сигнал. За­тем каждыйразряд этой комбинации включается отдель­но и записывается соответствующее емузначение выходного напряжения.  Алге­браическая   сумма этих значений срав­нивается с суммой,получаемой для всех разрядов выбранной комбинации, включённых одновременно.Разность сумм и будет погрешностью линейности для данной точки выходной характеристикипреобразователя. Наи­худшим случаем для погрешности линей­ности является вклю­чениевсех разрядов, поскольку при этом погрешность опреде­ляется суммой по­грешностейвсех раз­рядов.

<img src="/cache/referats/1606/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1031">


Преобразователь считаетсялинейным, если его максимальная погрешность линейности δnне превышает 1/2 значения младшего разряда Δ. Оценку линейности АЦПпроводят так же, как и для ЦАП.

Таким образом, нелинейностьхарактеризует как ЦАП, так и АЦП и наряду с дифференциальной нели­нейностьюимеет первостепенное значение для оценки качества преобразователей, посколькувсе другие по­грешности (смещение нуля, погрешность полной шкалы и т. д.) могутбыть сведены к нулю соответствующими регулировками.

Коэффициент преобразования Кпр определяет наклон характеристики преобразователя. Какотмечалось, для идеального ЦАП наклон характеристики должен быть таким, чтобыпри включении всех разрядов (двоичный код полной шкалы Noна его цифровых входах равен 111...1) выходное напряжение полной шкалы Uп.ш ЦАП было меньше опорного напряжения Uоп назначе­ние младшего разряда Δ, что соответствует прямой 1 на рис. 3[соотношение (2)]. Для ЦАП с токовым выхо­дом наклон характеристики определяетсяноминалом ре­зистора обратной связи Roc (Рис. 4),который нахо­дится в составе преобразователя и предназначен для включения вцепь обратной связи усилителя-преобразо­вателя тока в напряжение. При номинальномзначении Rоснапряжение Un.шотличается от Uonна значение младшего разряда Δ. Если номинал Roc больше, то ко­эффициентпреобразования возрастает (прямая 3на рис. 3), если меньше,—то уменьшается (прямая 2 на рис 3). Это объясняется тем, что абсолютные значения младшегоразряда Δ2 и Δ3 для характеристик 2 и 3рис. 3 отличаются от расчетного номинального значения Δ1, определяемого соотношением (3). При этом фактиче­ские значениямладших разрядов преобразования опре­деляются соотношением

<span Times New Roman",«serif»">Δф

<span Times New Roman",«serif»">=Uп.ш.ф./(2m-1)

где Uп.ш.ф.—фактическоезначение полной шкалы преоб­разователя.

Погрешность полной шкалыδп.шотражает степень отклонения реального коэффициента преобразования отрасчетного, т. е. под δп.ш понимаютразность между но­минальным значением полной шкалы преобразователя Uп.ш.н, определяемым соотношением (2), и егофактичес­ким значением Uп.ш.ф. Таким образом,для ЦАП

<img src="/cache/referats/1606/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1032">

де Δн и Δф— номинальное и фактическое значения еди­ницы младшего разряда преобразователя.

Относительная погрешность полной шкалы определя­ется выражением

<img src="/cache/referats/1606/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1033">

и, следовательно, не зависит откоэффициента преобра­зования ЦАП.

Погрешностьполной шкалы АЦП харак­теризуется отклонением действительного входногонапряжения от его расчетного значения для полной шкалы вы­ходного кода. Онаможет быть обусловлена погрешнос­тями опорного напряжения Uoп, многозвенного резистивного делителя,коэффициента усиления усилителя и т. д. Погрешность шкалы может бытьскорректирована с по­мощью регулирования коэффициента усиления выходно­гоусилителя или опорного напряжения.

Смещение нуля(погрешность нуля) равновыходному напряжению ЦАП при нулевом входном коде или среднему значениювходного напряже­ния АЦП, необходи­мому для получения нулевого кода на еговыходе.   Смещение нуля вызвано токомутечки через разряд­ные  ключи ЦАП,

напряжением смеще­ния выходного уси­лителялибо компаратора. Данную погрешность можно скомпенсировать с помощью внешней поотношению к ЦАП или АЦП регулировки нулевого смещения. По­грешность нуля δ0может быть выражена в процентах от полной шкалы или в долях младшего разряда.Следует отметить, что погрешность полной шкалы определяют с учетом смещениянуля характери­стики преобразователя, в то время как при определениипогрешности линейности линеаризующая прямая должнапроходить через начало реальной функции преобразова­ния fр(х), т. е. смещение нуля δ0необходимокорректи­ровать, чтобы не внести погрешность в измерение линей­ности, посколькуона суммируется всякий раз при счи­тывании выходного сигнала. Действительно,для ЦАП справедливо неравенство

<span Times New Roman",«serif»">Uвых

<span Times New Roman",«serif»">(B1+B2+…+Bm)+δ0≠UвыхB1+UвыхB2+…+ UвыхBm+mδ0

в левойчасти которого погрешность нуля 6о суммируется один раз (все разряды включены),а в правой—т раз (mотдельных считываний выходного сигнала ЦАП). При этом погрешность измерениянелинейности будет мень­ше, если смещение нуля 6о запоминается и вычитается изнапряжения каждого последующего считываемого раз­ряда до того, как будетпроизведено определение нели­нейности.

Абсолютная погрешностьпреобразования отражает отклонение фактического выходного сигнала преобразо­вателяот теоретического, вычисленного для идеального преобразователя. Этот параметруказывается обычно в процентах к полной шкале преобразования и учитывает всесоставляющие погрешности преобразования (нели­нейность, смещение нуля,коэффициент преобразования). Поскольку абсолютное значение выходного сигналапре­образователя определяется опорным напряжением Uoп [см. соотношения (3), (4)], тоабсолютная погрешность преобразования находится в прямой зависимости от ста­бильностинапряжения Uоп. В большинстве преобразова­телейиспользуется принцип двойного кодирования. По­этому для получения кратногозначения младшего раз­ряда обычно выбирают Uon= 10,24 В. В этом случае для12-разрядных ЦАП расчетное номинальное значение младшего разряда Δ=2,5 мВ и напряжение полной шка­лы Uп.ш.н=2,5 (212—1) мВ= 10237,5 мВ.

Изменениенапряжения Uon, например, на 1% вызо­вет изменениеабсолютной погрешности преобразования также на 1%, что составит в верхней точкедиапазона 102,375 мВ.

Дифференциальная нелинейностьδн.д определяется отклонением приращения выходногосигнала преобразо­вателя от номинального значения младшего разряда при последовательномизменении кодового входного сигнала на единицу. Дифференциальная нелинейность идеально­гопреобразователя равна нулю. Это означает, что при изменении входного кодапреобразователя на единицу его выходной сигнал изменяется на значение младшегоразряда. Допустимым значением дифференциальной не­линейности считается (1/2)[ПВ1] Δ(1/2значения младшего раз­ряда).

Дифференциальнаянелинейность может быть вычис­лена таким образом. Для конкретного m-разрядногопре­образователя расчетное значение единицы младшего раз­ряда Δр=[Uп.ш/(2m—l).

обеспечивающее контроль схемразличного назначения, обычно сложное и дорогостоящее. Установки специаль­ногоназначения, контролирующие схемы, как правило, одного типа, выполняют контрольбыстрее, и с ними мо­гут работать люди, не обладающие большим опытом и мастерством.

Впреобразователях с высокой разрешающей способ­ностью необходимо проконтролироватьбольшое количе­ство параметров для получения информации о работе преобразователя.Например, 12-разрядный ЦАП или АЦП имеет 212, или 4096, возможныхкомбинаций вход— выход. Безусловно, без применения автоматизированнойвысокопроизводительной установки решить проблему контроля подобных преобразователейневозможно.

Приконтроле ИМС АЦП, особенно многораз­рядных,необходимо соблюдать меры предосторожности при подключении контролируемогопреобразователя к установке контроля. Линии связи должны быть такой длины итакого сопротивления, чтобы падение напряже­ния на них не вызвало значительногоувеличения по­грешности измерения параметров ИМС АЦП.

Еслипроверяют ЦАП с токовым выходом, то к его выходу подключают операционный усилитель,обеспечи­вающий преобразование выходного тока ЦАП в напря­жение. При этомрезистор обратной связи, входящий в состав ЦАП, подключают без подстроечных потенцио­метров, чтобы можно было измеритьпогрешность сме­щения нуля и полной шкалы.

Далееперед измерением параметров ЦАП нужно определенное время для его прогрева,чтобы обеспечить установившийся тепловой режим контроля. Это относит­ся впервую очередь к контролю нелинейности ЦАП, поскольку требуется большое количествоизмерений, за время которых из-за нагрева ЦАП его параметры могут существенноизмениться. Например, у ЦАП с рассеивае­мой мощностью порядка 500 мВт время прогрева в зави­симости от типа корпусаколеблется от 5 до 15 мин.

Сцелью уменьшения времени контроля желательно проводить контроль параметров ЦАПне во всех точках его выходной характеристики. Минимальный объем по­лучаем приконтроле значений всех разрядов, включае­мых по одному. Однако такой контроль допустимтолько в случае малого взаимного влияния разрядов, когда все разряды или комбинацииразрядов, которые включаются, полностью независимы от включенного (выключенного)состояния других разрядов. В противном случае для по­лучения достоверногорезультата следует производить контроль по всем дискретным значениям выходногосиг­нала, т. е. в 2mочках характеристики.

Далеебудут рассмотрены методы контроля статичес­ких и динамических параметров ИМСАЦП, ко­торые могут быть использованы в автоматизированных системах контроля,предназначенных как для обеспече­ния серийного производства ИМС АЦП, так и дляих входного контроля.

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA;layout-grid-mode:line">

<span Times New Roman",«serif»"><img src="/cache/referats/1606/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1034">

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA;layout-grid-mode:line">

<span Times New Roman",«serif»">Рис.   4.   Характеристика АЦП при наличии шума                                                                                                                                                        Рис.   5.  Характеристика идеального четырехразрядного АЦП

<span Times New Roman",«serif»;mso-fareast-font-family:«Times New Roman»; mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA; layout-grid-mode:line">
3. Контроль статических параметров ИМС АЦП

Из-за неопределенности квантования прианалого-цифровом преобразовании, равной 1/2 значения младшего раз­ряда Δ,контроль АЦП представляет большие трудности по сравнению с контролем ЦАП,поскольку приходится не просто измерять выходной сигнал для заранееопределённого кода (в случае ЦАП), но также определять как выходной код, так иточку (момент) изменения выходного кода при непрерывном изменении входногонапряжения. Шумы (в преобразуемом сигнале или в преобразователе) вносят неопределенностьв точное задание аналоговых входных величин, при которых происходят кодовыепреобразования выходных сигналов, а также увеличивают диапазон квантования.Характер погрешности, обуслов­ленной влиянием шума, показан на рис. 4.

При отсутствии шума и погрешности линейностиАЦП изменение выходного кода происходит при номинальных значениях входногонапряжения. При отсутствии шума и наличии допустимых погрешностей линейностиАЦП выходной код изменяется при изменении входного напряжения относительно егономинального значения на (±1/2) Δ. Шумы вызывают увеличениенеопределенности момента изменения выходного кода (шумы показаны на рис. 4 ввиде тонких линий).

Отметим, что точность АЦП не может быть лучшеего разрешающей способности. В ЦАП, напротив, техниче­ские требования поточности превосходят требования по разрешающей способности. Такое различиеобъясняется противоположным характером этих преобразователей:

выход ЦАП может с высокойточностью воспроизводить уровень, являющийся мерой точного числа, между тем каквыходной уровень АЦП определяется любой вход­ной величиной в пределах кванта.

Наибольшим числомконтролируемых параметров об­ладают АЦП последовательного приближения, вкотором применяются ЦАП и компаратор в цепи обратной связи. Этипреобразователи, так же как и ЦАП, характеризуют­ся дифференциальнойнелинейностью и немонотонностью в отличие от интегрирующихАЦП, у которых может на­блюдаться только нелинейность. На рис. 5 показанавыходная характеристика идеального четырехразрядного АЦП, каждая ступенькакоторой постоянна по ширине и равна Δ. Тем не менее даже для идеальногоАЦП (всех типов) существует неопределенность, равная (±1/2)А относительновходного напряжения, соответствующего какому-либо выходному коду АЦП. Уреального АЦП (имеющего нелинейность) неопределенность возрастает до суммыпогрешностей квантования и линейности. Если ЦАП, применяемый в АЦП последовательногоприближения, нелинеен, то размер ступеньки отклонитсяот идеального значения и напряжения переходов сдвинутся от напряжении идеальныхпереходов. На рис. 10.30 при­ведена характеристика АЦП, внутренний ЦАП которогоимеет погрешности разрядов: δ1=(l/2)A(при коде 1000), δ2=(—1/2)А (при коде 0100), δ3=0(при коде 0010), δ4=0 (при коде 0001). Области рис. 10.30, отме­ченныепунктирными кружками, свидетельствуют о том, что изменения в по­грешностидифференци­альной линейности (а следовательно, и в по­грешности линейности)имеют место при пере­носах кода.Метод контроля па­раметровАЦП, кото­рый необходимо ис­пользовать в каждом конкретном случае, за­висит отмногих причин. Одна из них—время преобразования контро­лируемого АЦП. Дляпреобразователей   со временемпреобразова­ния менее 100 мкс (пре­образователи последовательного.приближения) могут быть использованы все методы контроля. Иначе обстоит делопри контроле «медленных» АЦП. Например, пре­образователи интегрирующего типа,время преобразова­ния которых составляет десятки и сотни миллисекунд, не могутбыть исследованы динамическим методом, преду­сматривающим наблюдения погрешностис помощью ос­циллографа.Простейший метод контроляпараметров АЦП за­ключается в применении образцового ЦАП для форми­рованиявходного аналог

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике