Elektronika

Edukativni tekstovi iz sveta elektronike

Komponente

Opisi komponenata koje se koriste u elektronici

Novosti

Najnovije vesti iz elektronike i ostalih srodnih oblasti

Projekat

Projekti iz elektronike za samogradnju

Rečnik

Rečnik pojmova iz elektronike i računarstva

Početna » Komponente

Greške AD konvertora

Autor | Četvrtak, 3. April 2008.Nema komentara

Ograničenja u materijalima koji se koriste za izradu znače da u praksi A/D konvertori neće imati idealnu prenosnu funkciju. Odstupanja od idealne prenosne funkcije definišu DC preciznost i okarakterisana su parametrima u tablicama tehničkih podataka.

Rezultat AD konverzije odstupa od idealnog zbog varijacija u procesu izrade što je zajedničko za sva integrisana kola, kao i zbog raznih drugih izvora grešaka u samom procesu analogno-digitalne (A/D) konverzije. Preciznost A/D konvertora zavisi od nekoliko ključnih tehničkih osobina, koje obuhvataju diferencijalnu nelinearnu grešku (DNL), integralnu nelinearnu grešku (INL), ofset i grešku pojačanja, preciznost referentnog napona, uticaj temperature i dinamičke performanse.

Dve popularne metode za utvrđivanje ukupne greške sistema su metoda kvadratnog korena sume kvadrata grešaka (root-sum-square – RSS) i metoda najgoreg slučaja. RSS metoda podrazumeva kvadriranje pojedinačnih grešaka, njihovo sabiranje i konačno kvadratni koren zbira daje ukupnu grešku:

UKUPNA GREŠKA =

gde En predstavlja pojedinačnu grešku neke komponente ili parametra. Ovaj metod je najprecizniji kada pojedinačne greške nisu u međusobnoj korelaciji (što može a ne mora biti slučaj). Kod metode najgoreg slučaja, sve pojedinačne greške se sabiraju. Ova metoda garantuje da greška nikada neće preći određenu granicu. Kako se na ovaj način dobija gornja granica greške, stvarna greška je uvek manja od ove vrednosti (vrlo često MNOGO manja). Izmerena stvarna greška obično je negde između vrednosti dobijene na ova dva načina, ali je često bliža vrednosti dobijenoj RSS metodom. U zavisnosti od potreba i zahteva bira se između najgore i tipične vrednosti grešaka. Odluka o tome koja će vrednost biti korišćena zavisi od mnogo faktora, uključujući tu i standardnu devijaciju od merene vrednosti, važnosti pojedinih parametara, veličini greške u odnosu na druge greške, itd. Tako da u stvari i ne postoje neka tačno određena i stroga pravila koja moraju bit ispoštovana.

Od aplikacije zavisi koje će specifikacije projektant da smatra najvažnijim. Na primer, DTMF dekoder uzorkuje telefonski signal kako bi utvrdio koji je taster pritisnut na aparatu sa tonskim biranjem. U ovom slučaju najbitnije je izmeriti snagu signala (iz određenog seta frekvencija) među ostalim tonovima i šumom koji nastaje prilikom A/D konverzije. U ovom projektu, projektant će najviše pažnje da obrati na parametre dinamičkih performansi kao što su odnos signal/šum i harmonijska izobličenja. U drugom primeru, sistem može da očitava signal koji meri temperaturu neke tečnosti. U ovom slučaju, DC preciznost merenja je najbitnija tako da će ofset, pojačanje i nelinearnosti biti najpre proveravane.

Ne mora da znači, da ako uzmemo A/D konvertor sa više bita od predviđenog za neku određenu preciznost, da ćemo i dobiti karakteristike konvertora u željenoj preciznosti. Ako na primer, pretpostavimo da ja potrebno postići preciznost od 0,1% ili 10-bitnu preciznost (1/210), tako da ima smisla odabrati konvertor sa rezolucijom većom od ove. Ako odaberemo 12-bitni konvertor, možemo da pretpostavimo da će to biti dovoljno; ali bez analize specifikacije, nema garancije da on postiže 12-bitne performanse (on može biti boljih ili lošijih karakterisitka). Na primer, 12-bitni A/D konvertor sa integralnom greškom nelinearnosti od 4 LSB-a (Least Significant Bit – najmanje važan bit) može postići samo 10-bitnu preciznost u najboljem slučaju (ako se podrazumeva da su greške ofseta i pojačanja kalibrisane). Uređaj sa integralnom greškom nelinearnosti od 0.5 LSB-a može postići grešku manju od 0.0122% odnosno 13-bitnu preciznost (ako su uklonjene greške ofseta i pojačanja). Da bi se izračunala najveća preciznost, potrebno je maksimalnu integralnu grešku nelinearnosti podeliti sa 2N, gde je N – broj bita. U našem slučaju, ako dopustimo grešku od 0.075% (tj. 11-bitnu grešku) za A/D konvertor, ostaje nam greška od 0.025% za ostatak elektronskog sklopa, što uključuje greške senzora, grešku od operacionih pojačavača, multipleksera, eventualnog D/A konvertora, ili drugih analogno-izlaznih signala na putanji signala.

Mnogi signali su relativno statični, kao npr. izlazni signali temperaturnih senzora ili senzora pritiska. U takvim aplikacijama mereni signal je povezan sa nekom fizičkom veličinom i apsolutna preciznost merenja tog napona je važna. Parametri A/D konvertora koji opisuju ovaj vid preciznosti su greška ofseta, greška pojačanja dinamičkog opsega, diferencijalna nelinearnost (DNL) i integralna nelinearnost (INL). Ova četiri parametra u potpunosti opisuju apsolutnu preciznost A/D konvertora.

Iako se ne navodi kao parametar jedna od osnovnih grešaka A/D konvertora, a nastaje kao rezultat pretvaranja signala i podataka je greška kvantizacije. Ova greška ne može biti izbegnuta u merenjima uz A/D konverziju. DC preciznost i rezultujuću apsolutnu grešku određuju četiri parametra – ofset, pojačanje u celom dinamčkom opsegu, INL i DNL. Greška kvantizacije je nezaobilazni rezultat predstavljanja analognog signala u digitalnim brojevima (drugim rečima, plod analogno-digitalne konverzije). Maksimalna greška kvantizacije je određena rezolucijom merenja (ili rezolucijom A/D konvertora, ako je signal oversample-ovan). Dalje, greška kvantizacije će se pojaviti kao šum, poznatiji kao šum kvantizacije u dinamičkoj analizi. Na primer, greška kvantizacije pojaviće se kao prag šuma u FFT dijagramu (frekventnom spektru) merenog signala na ulazu A/D konvertora.

Leave your response!

You must be logged in to post a comment.