Динамические параметры АЦП

Быстродействие АЦП характеризуется рядом динамических параметров. К основным динамическим параметрам быстродействующих АЦП относятся: время преобразования; частота преобразования; монотонность характеристики преобразования при максимально допустимой скорости изменения входного сигнала; соотношение сигнал-шум.

Структура построения АЦП, особенности его работы, характер входных сигналов требуют индивидуального подхода к оценке быстродействия и выбору динамических параметров при конкретной реализации АЦП.

В общем случае основным динамическим параметром АЦП является время или максимальная частота преобразования. Однако эти параметры не полностью определяют динамические характеристики, в частности АЦП, работающих с входным сигналом произвольной формы без устройства выборки-хранения (УВХ). В зависимости от характера воздействующего сигнала можно выделить два режима работы АЦП [7]: входной сигнал изменяется скачкообразно до постоянного значения, не изменяющегося в течение времени преобразования; входной сигнал изменяется непрерывно в течение всего времени преобразования. Первый характеризует режим работы АЦП с УВХ на входе, второй – без УВХ.

Время преобразования t_c – время от момента начала изменения сигнала на входе АЦП (аналогового или цифрового) до появления на выходе соответствующего устойчивого кода.

В первом режиме после окончания переходных процессов во входных цепях АЦП динамическая погрешность будет снижена и динамические параметры однозначно определятся временем преобразования: t_c = t_s + t_к, где t_s – время задержки запуска; t_к – время цикла кодирования. В этом случае время преобразования отсчитывается с момента изменения аналогового сигнала.

Время задержки запуска t_s – минимальное время с момента подачи скачкообразного сигнала на аналоговый вход АЦП до момента подачи сигнала запуска АЦП, при котором выходной код отличается от номинального не более чем на значение статической погрешности. Время t_s обусловливается переходными процессами во входных цепях АЦП до триггера защелки компаратора.

Время цикла кодирования t_к – время, в течение которого осуществляется непосредственное преобразование установившегося значения входного сигнала. Время t_к определяется задержкой сигналов в составных блоках АЦП.

Максимальная частота преобразования – частота дискретизации входного сигнала, при которой выбранный параметр АЦП не выходит за заданные пределы. Максимальная частота преобразования ограничивается задержками в компараторах, шифраторе и выходных каскадах, а также задержками распространения сигнала в корпусе и на кристалле АЦП. По параметру максимальной частоты преобразования АЦП разделяют на низкочастотные (до 10 МГц или MSPS) и высокочастотные (свыше 10 МГц или MSPS).

Соотношение сигнал-шум является динамическим параметром АЦП, позволяющим интегрально оценить вносимые преобразователем искажения. Соотношение сигнал-шум (по мощности) идеального АЦП рассчитывается по формуле [7]

10^{6 N + 1,8} [раз] или 6 N + 1,8 [дБ].

Соотношение сигнал-шум реального АЦП находится как отношение среднего квадратического значения напряжения восстановленного сигнала к среднему значению напряжения исходного сигнала. Разность между соотношениями сигнал-шум идеального и реального АЦП и показывает погрешность, вносимую неидеальностью реального АЦП.