Шумы АЦП

Возникновение динамических погрешностей связано с дискретизацией сигналов, изменяющихся во времени. Можно выделить следующие параметры АЦП, определяющие его динамическую точность.

Максимальная частота дискретизации (преобразования) - это наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду. Выбранным параметром может быть, например, монотонность характеристики преобразования или погрешность линейности.

Время преобразования (t_пр) - это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке. Для одних АЦП, например, последовательного счета или многотактного интегрирования, эта величина является переменной, зависящей от значения входного сигнала, для других, таких как параллельные или последовательно-параллельные АЦП, а также АЦП последовательного приближения, примерно постоянной. При работе АЦП без УВХ время преобразования является апертурным временем.

Время выборки (стробирования) - время, в течение которого происходит образование одного выборочного значения. При работе без УВХ равно времени преобразования АЦП.

В идеале, повторяющиеся преобразования фиксированного постоянного входного сигнала должны давать один и тот же выходной код. Однако, вследствие неизбежного шума в схемах АЦП, существует некоторый диапазон выходных кодов для заданного входного напряжения. Если подать на вход АЦП постоянный сигнал и записать большое число преобразований, то в результате получится некоторое распределение кодов. Если подогнать Гауссовское распределение к полученной гистограмме, то стандартное отклонение будет примерно эквивалентно среднеквадратическому значению входного шума АЦП. В качестве примера на рис. 26 приведена гистограмма результатов 5000 преобразований постоянного входного сигнала, выполненных 16-разрядным двухтактным последовательно-параллельным АЦП АD7884.

Входное напряжение из диапазона + 5 В было установлено по возможности ближе к центру кода. Как видно из гистограммы, все результаты преобразований распределены на шесть кодов. Среднеквадратическое значение шума, соответствующее этой гистограмме, равно 120 мкВ.

В табл. 3 приведены важнейшие характеристики некоторых типов аналого-цифровых преобразователей и систем сбора данных.

Таблица 3 - важнейшие характеристики некоторых типов АЦП и систем сбора данных

Наименование	Разряд- ность бит	Число каналов	Внутрен- ний УВХ	Время преобр., мкс (част. пребр., МГц)	Интер- фейс	Внутрен- ний ИОН	Напряж. питания,В	Мощ- ность потр. мВт	Примечание
АЦП широкого применения
572ПВ1			Нет		Парал.	Нет	+/-5:15		Требуются внешние ОУ
1108ПВ2			Нет		Парал.	Есть	5,-6		Последовательного приближения (ПП)
МАХ114			Есть	0,66	Парал.	Нет	+/-5		Двухступенчатый. Дежур. режим - 5 мкВт
AD7893			Есть		Посл.	Нет	+/-5		8-выводной корпус. ПП
AD7882			Есть	2,5	Парал.	Есть	+/- 5		Автокалибровка, дежур. режим - 1 мВт
МАХ186			Есть	7,5	Посл.	Есть	5, +/- 5	7,5	ПП. Дежур. режим - 10 мкВт
Микромощные АЦП
572ПВ3			Нет	7,5	Парал.	Нет
МАХ1110			Есть		Посл.	Есть	2,7:5	0,7	ПП. Дежур. режим - 5 мкВт
AD7888			Есть		Посл.	Есть	2,7:5		ПП. Дежур. режим - 3 мкВт
МАХ195			Есть	9,4	Посл.	Нет	+/- 5		Автокалибровка, дежур. режим - 0,1 мВт
Быстродействующие АЦП
1107ПВ4			Нет	0,03 (100)	Парал.	Нет	+/-5, -5,2		Параллельный
AD9054			Есть	(200)	Парал.	Есть			Параллельный, ТТЛ уровни выхода
МАХ104			Есть	(1000)	Парал.	Нет	+/- 5		Параллельный, ЭСЛ уровни выхода
AD9070			Есть	(100)	Парал.	Есть	-5		Двухступенчатый, ЭСЛ уровни выхода
АD9224			Есть	(40)	Парал.	Есть			Четырехступенчатый
AD9240			Есть	(10)	Парал.	Есть			Четырехступенчатый. ТТЛ, КМОП уровни выхода
Наименование	Разряд- ность бит	Число каналов	Внутрен- ний УВХ	Время преобр., мкс (част. пребр., МГц)	Интер- фейс	Внутрен- ний ИОН	Напряж. питания,В	Мощ- ность потр. мВт	Примечание
Интегрирующие АЦП
572ПВ5	3,5₁₀		-	12 пр/с	Парал.	Есть			Управление семисегментными ЖКИ
МАХ132			-	100 пр/с	Посл.	Нет		0,6	Многотактного интегрирования
AD7715			-	20...500 пр/с	Посл.	Нет	3 или 5		Сигма-дельта, автокалибровка. Усилитель с программируемым усилением. Нелин. не более 0,0015%
AD7714			-	10...1000 пр/с	Посл.	Нет	3 или 5		Сигма-дельта, автокалибровка. Усилитель с программируемым усилением. Нелин. не более 0,0015%
AD7722			Нет	(0,22)	Посл.	Есть			Сигма-дельта, автокалибровка, скоростной
LTC2400			-	-	Посл.	Нет	2,7...5,5		Сигма-дельта в 8-выв. корпусе. Нелинейность не более 0,0004%. 8-канальн. вариант - LTC2408
AD1555			Нет	(0,256)	Посл.	Нет	+/-5		Сигма-дельта модулятор 4-го порядка. Динамический диапазон 121 дБ. Цифровой фильтр для него - AD1556
ADS1211			-	1000 пр/с	Посл	Нет	+/-5		Сигма-дельта, автокалибровка. Усилитель с программируемым усилением
Системы сбора данных
572ПВ4			Нет		Парал.	Нет			FIFO 8х8 бит
AD1B60			-	5:100 пр/с	Посл.	Есть	+/- 5		ПНЧ с микропроцессором, ЭСППЗУ команд
LM12458			Есть	(0,09)	Парал.	Есть			FIFO 32х16 бит, автокалибровка
AD7865		4 дифф.		2,4	Парал.	Есть			Преобразователи уровня в каждом канале.