TIPURI ADC

Convertoarele analogic-digitale (ADC-uri) transformă o tensiune analogică într-un număr binar (o serie de cifre 1 și 0) și apoi, eventual, într-un număr digital (baza 10) pentru citirea pe un contor, monitor sau diagramă. Numărul de cifre binare (biți) care reprezintă numărul digital determină rezoluția ADC. Cu toate acestea, numărul digital este doar o aproximare a valorii reale a tensiunii analogice la o anumită clipă deoarece tensiunea poate fi reprezentată (digital) numai în trepte discrete. Cât de aproape aproximează numărul digital valoarea analogică depinde, de asemenea, de rezoluția ADC.

O relație matematică arată, în mod convenabil, cum numărul de biți pe care un ADC le manevrează determină rezoluția sa teoretică specifică: Un ADC pe n-biți are o rezoluție de 1 la 2n. De exemplu, un ADC pe 12 biți are o rezoluție de 1 la 4.096, unde 212 = 4.096. Astfel, un ADC pe 12 biți cu o intrare maximă de 10 Vdc poate rezolva măsurarea cu 10 Vdc/4096 = 0,00244 Vdc = 2,44 mV. În mod similar, pentru același interval de la 0 la 10 Vdc, o rezoluție ADC pe 16 biți este 10/216 = 10/65.536 = 0,153 mV. Rezoluția este de obicei specificată în ceea ce privește citirea gamei maxime a ADC, nu în raport cu valoarea măsurată în orice moment.

ADC-uri cu aproximații succesive

Un convertor cu aproximații succesive, figura 2.01, este compus dintr-un convertor digital-analogic (DAC), un singur comparator și o serie de regiștri și logică de control. Când tensiunea analogică care urmează să fie măsurată este prezentă la intrarea comparatorului, logica de control a sistemului setează inițial toți biții la zero. Apoi, bitul cel mai semnificativ al DAC (MSB) este setat la 1, ceea ce forțează ieșirea DAC la 1/2 din scala maximă (în cazul unui sistem cu scală maximă de 10-V, ieșirile DAC de 5,0 V). Comparatorul compară apoi ieșirea analogică a DAC cu semnalul de intrare și dacă ieșirea DAC este mai mică decât semnalul de intrare (semnalul este mai mare de 1/2 din scala maximă), MSB rămâne setat la 1.

Dacă ieșirea DAC este mai mare decât semnalul de intrare, MSB se resetează la zero. Următor →, cel de-al doilea MSB cu o greutate de 1/4 din scala maximă comută on (setează la 1) și forțează ieșirea DAC fie la scara 3/4 din maxim (dacă MSB rămâne la 1) sau la 1/4 scală maximă (dacă MSB se resetează la zero). Comparatorul compară încă o dată ieșirea DAC cu semnalul de intrare, iar cel de-al doilea bit rămâne on (setează la 1) dacă ieșirea DAC este mai mică decât semnalul de intrare sau se resetează la zero dacă ieșirea DAC este mai mare decât semnalul de intrare. Cel de-al treilea MSB este apoi comparat în același mod și procesul continuă în ordinea greutății descendente a biților până când LSB este comparat. La sfârșitul procesului, registrul de ieșire conține codul digital reprezentând semnalul de intrare analogic.

Fig.2.01. Interesant, acest ADC utilizează un convertor digital-analogic și un comparator. Logica stabilește DAC la zero și începe numărarea, stabilind fiecare bit următor până când ajunge la valoarea tensiunii de intrare măsurate. Conversia este apoi terminată și numărul final este stocat în registru.

ADCurile de aproximații succesive sunt relativ lente, deoarece comparațiile se execută în serie, iar ADC trebuie să întrerupă la fiecare pas pentru a seta DAC și să aștepte ca ieșirea să să se stabilească. Cu toate acestea, ratele de conversie pot atinge cu ușurință peste 1 MHz. De asemenea, ADC-urile cu aproximație de 12 și 16 biți sunt relativ ieftine, ceea ce explică utilizarea lor largă în multe sisteme de achiziție de date bazate pe PC.

ADC-uri tensiune-frecvență

Convertoarele ADC tensiune-frecvență convertesc tensiunea de intrare analogică într-un tren de impuls cu frecvența proporțională cu amplitudinea intrării (vezi figura 2.02).

Fig.2.02. Convertoarele de tensiune - frecvență rejectează zgomotul bine și sunt utilizate frecvent pentru măsurarea semnalelor lente sau cele în medii zgomotoase.

Impulsurile sunt numărate pe o perioadă fixă ​​pentru a determina frecvența, iar ieșirea contorului impulsurilor, la rândul ei, reprezintă tensiunea digitală. Convertoarele tensiune-frecvență au în mod inerent o caracteristică de rejecție bună a zgomotului, deoarece semnalul de intrare este efectiv integrat în intervalul de numărare. Conversia tensiune-frecvență este frecvent utilizată pentru a converti semnalele lente și zgomotoase. ADC-urile tensiune-frecvență sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă pentru detectarea la distanță în medii zgomotoase. Tensiunea de intrare este convertită într-o frecvență în locația de la distanță și trenul digital de impuls este transmis pe o pereche de fire către contor. Acest lucru elimină zgomotul care poate fi introdus în liniile de transmisie a semnalului analogic pe o distanță relativ lungă.

ADC-uri integratoare: Dublă pantă

Un număr de ADC-uri utilizează tehnici de integrare, care măsoară timpul necesar încărcării sau descărcării unui condensator pentru a determina tensiunea de intrare. O tehnică pe scară largă, numită integrare cu dublă pantă, este ilustrată în Figura 2.03. Se încarcă un condensator pe o perioadă fixă, cu un curent proporțional cu tensiunea de intrare. Apoi, timpul necesar pentru descărcarea aceluiași condensator sub un curent constant determină valoarea tensiunii de intrare. Tehnica este relativ precisă și stabilă deoarece depinde de raportul dintre timpul de creștere și timpul de cădere, nu de valoarea absolută a condensatorului sau a altor componente ale căror valori se schimbă în funcție de temperatură și timp.

Fig.2.03. ADC-urile cu integrare dublă oferă măsurători de înaltă rezoluție cu o rejecție a zgomotului excelentă. Ele integrează ascendent de la o tensiune necunoscută și apoi integrează descrescător cu o sursă de tensiune cunoscută. Ele sunt mai exacte decât ADC-uri cu o singură pantă deoarece erorile componentelor sunt eliminate în timpul perioadei de integrare cu panta descrescătoare.

Integrarea intrării ADC într-un interval reduce efectul de preluare a zgomotului la frecvența liniei de curent alternativ atunci când timpul de integrare este egal cu un multiplu al perioadei AC. Din acest motiv, este adesea utilizat în multimetre digitale de precizie și contoare de panouri. Deși precizia pe 20 de biți este obișnuită, are o rată de conversie relativ lentă, cum ar fi maxim 60 Hz, și mai lentă pentru ADC-urile care integrează pe multiplii frecvenței de linie.

ADC Sigma-Delta

Un ADC sigma-delta este un alt tip de ADC integrator. Acesta conține un integrator, un DAC, un comparator și un sumator (a se vedea figura 2.04). Ca și ADC cu panta dublă, este adesea utilizat în multimetre digitale, contoare de panouri și plăci de achiziție de date. Convertoarele Sigma-Delta sunt relativ ieftine, în primul rând pentru că au un DAC pe un singur bit, dar pot obține măsurători de înaltă rezoluție utilizând tehnici de supraeșantionare. Deși ADC funcționează cel mai bine cu semnale de lățime de bandă joasă (câțiva kHz), acesta are în mod obișnuit o rejectare mai bună a zgomotului decât multe altele, iar utilizatorii pot seta timpul de integrare (deși sub 100 de eșantioane/sec).

ADC-urile Sigma-Delta necesită și câteva componente externe. Acestea pot accepta semnale de nivel scăzut fără multe circuite de condiționare a semnalului de intrare pentru multe aplicații și nu necesită componente de calibrare sau de reglare datorită arhitecturii DAC. ADC-urile conțin, de asemenea, un filtru digital, care le permite să lucreze la o rată ridicată de supraeșantionaire fără un filtru anti-aliasing separat la intrare. ADC-urile Sigma-Delta au rezoluție de 16-24 biți și sunt economice pentru majoritatea aplicațiilor de achiziție de date și instrumente.

Fig.2.04. Convertoarele integratoare, cum ar fi ADC Sigma-Delta, au atât rezoluție ridicată, cât și rejectare excepțională a zgomotului. Acestea funcționează deosebit de bine pentru măsurătorile în lățimea de bandă joasă și rejectează bine zgomotele de înaltă frecvență, precum și interferențele de 50/60 Hz.

Principiul de funcționare poate fi înțeles din diagramă. Tensiunea de intrare Vin se însumează algebric cu tensiunea de ieșire a DAC, iar integratorul adaugă ieșirea punctului de însumare Vs la o valoare pe care a stocat-o anterior. Atunci când ieșirea integratorului este egală sau mai mare decât zero, comparatorul comută la unu logic, și când ieșirea integratorului este mai mică decât zero, comparatorul trece la zero logic. DAC modulează bucla de feedback, care reglează continuu ieșirea comparatorului pentru a egala intrarea analogică și menține ieșirea integratorului la zero. DAC menține ieșirea integratorului în apropierea nivelului de tensiune de referință. Printr-o serie de iterații, semnalul de ieșire devine un flux de date pe un singur bit (la o rată de eșantionare ridicată) care alimentează un filtru digital. Filtrul digital mediază seriile de unu și zerouri logice, determină lățimea de bandă și timpul de stabilire și transmite date cu mai multe biți. Filtrul digital low-pass alimentează apoi filtrul de decimare, care, la rândul său, scade rata de eșantionare a fluxului de date multi-bit cu un factor de doi pentru fiecare etapă din filtru. De exemplu, un filtru cu șapte etape poate oferi o reducere a ratei de eșantionare de 128.

Îmbunătățirea preciziei

Filtrul digital prezentat în figura 2.05 îmbunătățește inerent acuratețea ADC pentru semnale AC în două moduri. În primul rând, când semnalul de intrare variază (intrarea sinusoidală) și sistemul eșantionează semnalul la de câteva ori valoarea Nyquist, integratorul devine un filtru trece-jos pentru semnalul de intrare și un filtru trece-sus pentru zgomotul de cuantificare. Funcția de mediere a filtrului digital scade apoi și mai mult pragul de zgomot și combinat cu filtrul de decimare, frecvența fluxului de date la ieșire este redusă. De exemplu, frecvența de buclă a modulatorului ar putea fi în regiunea MHz, dar datele de ieșire ar fi în regiunea kHz. În al doilea rând, filtrul digital poate fi (notched) crestat la 60 Hz pentru a elimina interferența de frecvență a liniei electrice.

Fig.2.05. ADC-urile Sigma-Delta sunt foarte potrivite pentru achiziția de înaltă rezoluție, deoarece acestea folosesc supraeșantionare și combină adesea un modulator analogic, un digital filtru și un etaj de decimare. Filtrul digital low-pass convertește ieșirea modulatorului analogic într-un semnal digital pentru procesarea de către decimator.

Rata datelor de ieșire din filtrul de decimare este mai mică decât rata de eșantionare inițială, dar îndeplinește cerința Nyquist salvând anumite eșantioane și eliminând altele. Atâta timp cât rata de ieșire a datelor este de cel puțin două ori lățimea de bandă a semnalului, factorul de decimare sau raportul M poate fi orice valoare întreagă. De exemplu, dacă intrarea este eșantionată la fs, rata de ieșire a datelor poate fi fs/M fără a pierde informații. Această tehnică oferă citiri mai stabile (consultați tabelul din figura 2.06 pentru comparații ADC).

* sps = eșantioane pe secundă
** Cu rejectarea frecvenței de linie

Figura 2.06. Tabelul atributelor ADC

ACURATEȚEA ȘI REZOLUȚIA

Acuratețea este unul dintre factorii cei mai critici de luat în considerare la specificarea unui ADC pentru aplicații de testare și măsurare.

Din păcate, este deseori confundată cu rezoluția și, deși este înrudită, ele sunt distinct diferite. Ambele subiecte sunt discutate în această secțiune în detaliu, precum și relația lor cu calibrarea, liniaritatea, codurile lipsă și zgomotul.

Acuratețea față de rezoluție

Fiecare măsurare ADC conține o varietate de erori inevitabile, independente, care influențează acuratețea acestuia. Atunci când σi reprezintă fiecare eroare independentă, eroarea totală poate fi afișată ca:

Această ecuație include o varietate de erori, cum ar fi anomaliile senzorilor, zgomotul, câștigul amplificatorului și offsetul, cuantificarea ADC (eroarea de rezoluție) și alți factori.

Eroare de cuantizare

Într-un ADC perfect teoretic, orice tensiune analogică specifică măsurată ar trebui să fie reprezentată de un cod digital unic, exact cu un număr infinit de cifre (a se vedea figura 2.07A). Dar într-un ADC real, există mici diferențe finite între un număr digital și un număr digital consecutiv, iar suma depinde de cea mai mică valoare cuantică pe care ADC o poate rezolva. În cazul convertorului pe 12 biți care acoperă un domeniu de 10 Vdc, de exemplu, această valoare cuantică este de 2,44 mV, LSB. Cu alte cuvinte, intervalul de tensiune analogic de intrare este împărțit într-un număr discret de valori pe care convertorul poate să le măsoare, care este și rezoluția ADC. Eroarea de cuantizare în acest caz este specificată a fi nu mai mult de jumătate din cel mai puțin semnificativ bit (LSB). Pentru ADC pe 12 biți, eroarea este de ± 1,22 mV (0,0122%). Astfel de erori ADC sunt de obicei specificate în trei moduri: eroarea în LSB, eroarea de tensiune pentru un interval specificat și la % din eroarea de citire. Majoritatea ADC-urilor nu sunt la fel de exacte ca rezoluția specificată, deoarece alte erori contribuie la eroarea globală, cum ar fi câștigul, liniaritatea, codurile lipsă și offsetul (vezi figurile 2.07B, C, D și, respectiv, E). Cu toate acestea, acuratețea unui ADC bun ar trebui să se apropie de rezoluția specificată. Atunci când un producător de ADC furnizează proceduri de calibrare, erorile de offset și de câștig, de obicei, pot fi reduse la nivele neglijabile, cu toate acestea, liniaritatea și erorile codului lipsă sunt mai dificil sau imposibil de redus.

Fig.2.07. Linia dreaptă din fiecare grafic reprezintă tensiunea de intrare analogică și citirea perfectă a tensiunii de ieșire de la un ADC cu rezoluție infinită. Funcția treaptă în graficul A arată răspunsul ideal pentru un ADC pe 3 biți. Graficele B, C, D, și E arată efectul asupra ieșirii ADC de la diferite erori identificate.

Acuratețea ADC vs. acuratețea sistemului

Calibrarea

ADC-urile pot fi calibrate cu hardware, software sau o combinație a celor două. Calibrarea, în acest caz, înseamnă ajustarea amplificării și a offset-ului unui canal ADC pentru a obține funcția de transfer de intrare-ieșire specificată. Într-o configurație hardware, de exemplu, amplificatorul de instrumentație care comandă ADC are offset-ul său și câștigul ajustate cu potențiometre, iar schimbarea tensiunii de referință a ADC-ului îi schimbă câștigul. În calibrările hardware/software, software-ul instruiește DAC-urile pentru a anula offset-urile și pentru a seta tensiuni la scală maximă. În cele din urmă, într-o calibrare software, factorii de corecție sunt stocați în memoria nevolatilă din sistemul de achiziție de date sau în calculator și sunt utilizați pentru a calcula valoarea digitală corectă pe baza citirilor de la ADC.

ADC-urile sunt calibrate din fabrică înainte de a fi livrate, însă timpul și temperatura de funcționare pot schimba setările. ADC-urile trebuie recalibrate în mod obișnuit după șase luni până la un an și, posibil mai des, pentru ADC-uri cu rezoluții de 16 biți sau mai mult. Procedurile de calibrare variază, însă, de obicei, acestea necesită o sursă de referință stabilă și un aparat indicator de (de cel puțin trei ori) o precizie mai mare decât dispozitivul de calibrat. Offset-ul este de obicei setat la zero cu intrare zero, iar câștigul este setat la scală maximă cu tensiunea precisă, la scală maximă, aplicată la intrare.

În multe măsurători, tensiunea de intrare reprezintă numai cantitatea fizică testată. În consecință, acuratețea sistemului ar putea fi îmbunătățită dacă sistemul de măsurare complet este calibrat mai degrabă decât părțile sale individuale. De exemplu, luați în considerare o celulă de sarcină cu ieșire specificată sub o sarcină dată și o tensiune de excitație. Calibrarea pieselor individuale înseamnă că toate toleranțele de precizie ale adaosului ADC, celulă de sarcină și sursă de excitație sunt adunate împreună. Cu această abordare, sursele de eroare ale fiecărei părți sunt adăugate împreună și generează o eroare totală care este mai mare decât eroarea care poate fi obținută prin simpla calibrare a sistemului cu o sarcină de precizie cunoscută și obținerea unei relații directe între sarcina de intrare și ieșirea ADC.

Liniaritatea

Atunci când tensiunea de intrare și citirile de ieșire ADC deviază de la linia diagonală (reprezentând rezoluția infinită) mai mult decât funcția treaptă ideală prezentată în figura 2.07A, eroarea ADC este aproape imposibil de eliminat prin calibrare. Linia diagonală reprezintă o relație ideală, de rezoluție infinită între intrare și ieșire. Acest tip de eroare ADC se numește o eroare de neliniaritate. Neliniaritățile într-un ADC calibrat produc cele mai mari erori la mijlocul intervalului de intrare. Ca regulă generală, neliniaritatea într-un ADC bun ar trebui să fie un LSB sau mai puțin.

Coduri lipsă

Un ADC de calitate ar trebui să genereze o ieșire exactă pentru orice tensiune de intrare cu rezoluția sa, adică nu ar trebui să sară peste coduri digitale succesive. Dar unele ADC-uri nu pot produce o ieșire digitală exactă pentru o intrare analogică specifică. Figura 2.07D, de exemplu, arată că un anumit ADC pe 3 biți nu oferă o ieșire reprezentând numărul patru pentru orice tensiune de intrare. Acest tip de eroare afectează atât acuratețea, cât și rezoluția ADC-ului.

Zgomot

Costul unui ADC este de obicei proporțional cu acuratețea, numărul de biți și stabilitatea. Dar chiar și cel mai scump ADC poate compromite acuratețea atunci când zgomotul electric excesiv interferează cu semnalul măsurat, indiferent dacă semnalul este în milivolți sau mult mai mare.

De exemplu, multe ADC care se află pe carduri și se conectează într-o magistrală de expansiune PC pot întâmpina zgomote electrice excesive care afectează în mod serios acuratețea, repetabilitatea și stabilitatea acestora. Dar un ADC nu trebuie să fie conectat direct la magistrala din computer. Un ADC montat într-o incintă externă rezolvă adesea problema. Poate comunica cu computerul printr-o magistrală IEEE 488, Ethernet, port serial sau port paralel.

Dacă nu există altă posibilitate decât să localizați un ADC în interiorul computerului, verificați nivelul de zgomot al acestuia.

Conectarea terminalului de intrare al ADC la terminalul comun de semnal ar trebui să producă o ieșire de zero volți. Dacă încă se citește o valoare când este scurtcircuitată, zgomotul este generat pe cardul de circuit și va interfera cu semnalul de intrare dorit. Diagnosticarea mai critică este necesară atunci când se utilizează o sursă de alimentare externă, deoarece zgomotul poate apărea atât din sursa de alimentare, cât și din cablurile de intrare.

Reducerea zgomotului și acuratețea măsurătorilor

O tehnică de reducere a zgomotului și de asigurare a acurateței măsurării este aceea de a elimina buclele de masă, adică curentul care curge în conexiunea de masă între diferitele dispozitive. Buclele de masă apar adesea atunci când două sau mai multe dispozitive dintr-un sistem, cum ar fi un instrument de măsurare și un traductor, sunt conectate la terminalele de masă din diferite locații fizice. Diferențele ușoare în potențialul real al fiecărui punct de masă generează un flux de curent de la un dispozitiv la altul. Acest curent, care deseori trece prin conductorul de potențial scăzut al unei perechi de fire de măsurare, generează o cădere de tensiune care apare ca zgomot și inexactitate de măsurare la condiționatorul de semnal sau la intrarea ADC. Atunci când cel puțin un dispozitiv poate fi izolat, cum ar fi traductorul, atunci calea de masă necorespunzătoare este deschisă, nu curge curent și zgomotul sau inexactitatea sunt eliminate. Izolarea optică, în special transformatoarele, și amplificatoarele operaționale cu intrare diferențială la condiționatorul de semnal sau intrarea ADC pot oferi această izolare.

HISTOGRAME DE ZGOMOT ADC

Producătorii ADC verifică frecvent acuratețea dispozitivului (efectul ne-liniarităților) prin rularea unui test de densitate a codului. Aplică un semnal sinusoidal de înaltă acuratețe (amplitudine și frecvență de precizie) pe dispozitiv și folosind o histogramă pentru analiză, generează o distribuție de coduri digitale la ieșirea convertorului. Un ADC perfect ar produce o singură bară verticală în histogramă pentru frecvența și amplitudinea de intrare specificată deoarece ar măsura o singură valoare pentru fiecare eșantion. Dar datorită neliniarităților inerente ale ADC, aceasta produce o distribuție a barelor pe ambele părți, reprezentând cuvinte digitale sortate în bins de cod diferite. Fiecare bin este etichetat pentru un singur cod de ieșire digitală și conține numărul de apariții sau numărul de câte ori a apărut codul în ieșire (a se vedea figura 2.08).

Când n reprezintă rezoluția în biți a ADC, sunt necesari 2ⁿ bins. Lățimea fiecărui bin de coduri ar trebui să fie FSR/2ⁿ, unde FSR este gama de scală maximă a ADC-ului. Funcția de densitate a probabilității poate fi determinată din aceste date. Un număr mare de eșantioane trebuie luate, în funcție de mărimea biților ADC, pentru ca testul histogramei să aibă semnificație. Cu cât mai mulți biți conține ADC, cu atât este mai mare numărul de eșantioane necesare, care ar putea fi la fel de mult ca 500.000 de eșantioane.

ENOB: NUMĂRUL EFECTIV DE BIȚI

Deși acuratețea ADC este crucială pentru acuratețea sistemului de achiziție a datelor, nu este ultimul cuvânt. O metodă utilizată pe scară largă și practică de determinare a acurateței măsurătorii globale este realizată cu ceea ce se numește testul numărului efectiv de biți (ENOB). ENOB poate foarte bine să demonstreze că acuratețea măsurătorilor unui sistem real este ceva mai mică decât specificațiile de acuratețe a bitului ADC. De exemplu, un ADC poate fi specificat ca un dispozitiv pe 16 biți, dar rezultatele unui tip specific de test standard pot arăta că performanța acestuia este de fapt mai aproape de un sistem ideal pe 13 biți. Cu toate acestea, 13 biți pot fi mai mult decât adecvați pentru aplicație.

Figura 2.08. Histograma ilustrează modul în care eșantioanele ADC de 12 biți dintr-un set au fost distribuite între diferitele coduri pentru o măsurare de 2,5 V într-un interval de FSR (scală maximă) de 10 V. Majoritatea codurilor destinate pentru 1024 bin reprezentând 2,5 V au ajuns, de fapt, acolo, dar altele au căzut sub o distribuție gaussiană datorită conținutului de zgomot alb.

Testul ENOB ia în considerare toate circuitele de la terminalele de intrare la ieșirea de date, care includ efectele ADC, multiplexorului și alte circuite analogice și digitale asupra acurateței măsurătorilor. De asemenea, include raportul semnal-zgomot, SNR sau efectul oricăror semnale de zgomot induse în sistem din orice sursă.

Testul ENOB

Testul ENOB evaluează sistemul de achiziție de date pe măsură ce funcționează într-o aplicație în lumea reală, atunci când este utilizat împreună cu cablurile, conectorii și conexiunile recomandate de producători. Acesta consideră capătul frontal al sistemului de achiziție de date: ADC, multiplexor, amplificator de amplificare programabilă și amplificatoare de tip sample-and-hold. Toate aceste circuite afectează ieșirea digitalizată. Orice ne-linearități, zgomote, distorsiuni și alte anomalii care se strecoară în capătul frontal pot reduce acuratețea sistemului și nu este suficient să testați un singur canal într-un sistem cu mai multe canale. Unele erori se strecoară de la efectul unui canal pe altul prin interferare.

Pentru a măsura ENOB, configurați un generator de semnal sinusoidal de precizie și conectați ieșirea acestuia la intrarea unui canal de intrare analogic. Generatorul în sine ar trebui să producă puțin zgomot și distorsiuni. Setați amplitudinea de ieșire a generatorului de semnal chiar sub domeniul maxim de intrare specificat al plăcii. Setați generatorul la frecvența maximă pe care sistemul este specificat să îl măsoare. Apoi, împământați terminalele de intrare ale canalului adiacent. Rulați sistemul la viteza nominală maximă. Eșantionați semnalul de testare și apoi intrarea cu împământare. Capturați 1024 de eșantioane pe fiecare intrare și rulați eșantioanele printr-un algoritm FFT pentru a calcula ENOB.

Testul măsoară efectele rotirii, distorsiunii armonice, circuitelor analogice, preciziei ADC, transmisiei zgomotului, interferențele canalului, nelinearității integrale și diferențiale și offsetului dintre canale. Deși ENOB oferă un bun punct de referință al capacității și acurateței sistemelor, nu este o specificație; nu este un înlocuitor pentru SNR și alte specificații de eroare furnizate de producător. Cu toate acestea, sistemele pot fi comparate cu testele ENOB atunci când toate sunt măsurate în același set de condiții.

BENEFICIILE MEDIERII IEȘIRII ADC

Acuratețea îmbunătățită

Un paradox care decurge din medierea ieșirii unui ADC de tip integrare este acela că sistemul de măsurare teoretic poate obține o acuratețe mai mare pentru un semnal încorporat în zgomot decât un semnal fără zgomot. Cum poate fi adevărat acest lucru, vine din modul în care un semnal este mediat matematic. De exemplu, cu un singur semnal dc, media de ieșire oferă întotdeauna același rezultat fără o schimbare aparentă a acurateței (fără a lua în considerare efectele calibrării). Dar, pentru un semnal de intrare variabil, cum ar fi o undă sinusoidală, un număr mare de eșantioane dă o distribuție Gaussiană care poate fi definită cu acuratețe cu un vârf mai precis stabilit pentru undă. Eșantioanele nu trebuie însă să se strângă în jurul unei porțiuni specifice a undei eșantionate. Pentru a obține o distribuție reală, ADC trebuie să eșantioneze la o rată mai mică decât fluctuațiile și să nu se sincronizeze cu ele. Această tehnică găsește o medie generală, nu o medie locală. Astfel, în acest fel, medierea de semnal crește rezoluția de măsurare a sistemului.

Citiri mai stabile

Unele sisteme introduc, de fapt, un semnal de zgomot aleator, numit "dither", într-o intrare ADC curată, pentru a profita de funcția de mediere pentru creșterea acurateții și stabilitatea semnalului. Tehnica permite, de asemenea, un ADC cu un număr mai mic de biți pentru a obține rezoluția unui ADC cu mai mulți biți fără a pierde acuratețea. Fiecare martor de semnal trebuie să capteze o valoare aleatorie diferită în fiecare moment. Atunci, media ADC teoretică din această distribuție va rămâne la zero pe o fereastră de eșantionare suficient de largă. De exemplu, în cazul în care 16 valori sunt mediate, atunci au de 16 ori mai multe valori posibile decât rezultatul direct nemediat. Această tehnică mărește rezoluția efectivă a ADC cu 4 biți. Zgomotul îl face să funcționeze.

Medierea semnalului ADC este atât de importantă încât este utilizată pe înregistrările digitale. În primele zile ale dezvoltării înregistrărilor audio digitale, sistemele nu aveau o mediere a ieșirii ADC. Ca urmare, o notă muzicală s-ar descompune într-un sunet enervant, deoarece nu toți biți din ADC au fost activați. Formele de undă de ieșire au fost distorsionate și urechea nu a reușit să-l filtreze, dar medierea semnalul ADC a eliminat total problema.

Referințe:

Conversia analogic-digitală