А – дискретизация; б – квантование

Третья операция, называемая кодированием, представляет дискретные квантованные величины в виде цифрового кода, т. е. последовательности цифр, подчиненных определенному закону. Цифровой код является выходной величиной аналого-цифрового преобразователя.

АЦП является сложным электронным устройством, состоящим из нескольких сотен или тысяч элементов, объединенных в одной или нескольких микросхемах. В связи с этим характеристики АЦП зависят не только от его построения, но и от характеристик элементов, которые входят в его состав. Поэтому АЦП оценивают по их метрологическим показателям, которые можно разделить на две группы: статические и динамические.

К статическим характеристикам АЦПотносят: абсолютные значения и полярности входных сигналов, входное сопротивление, разрешающую способность, количество разрядов, погрешности преобразования постоянного напряжения и др.

К динамическим параметрам АЦПотносят: время преобразования, максимальную частоту дискретизации, апертурное время, динамическую погрешность и др.

Основной характеристикой АЦП является его разрешающая способность, которую принято определять величиной, обратной максимальному числу кодовых комбинаций на выходе АЦП. Разрешающая способность выражается в процентах, в числе разрядов или децибелах и характеризует потенциальные возможности АЦП с точки зрения достижимой точности. Например, 12-разрядный АЦП имеет разрешающую способность 1/4096, или 0,0245% от полной шкалы, или 72,2 дБ.

Разрешающей способности соответствует приращение входного напряжения ∆U_ВХ. при изменении выходного цифрового кода на единицу младшего разряда (ЕМР). Это приращение является шагом квантования. Для двоичных кодов преобразования номинальное значение шага квантования:

(5.1)

где U_вх.т – максимальное входное напряжение АЦП (напряжение полной шкалы), соответствующее максимальному значению выходного кода;

N – разрядность АЦП. Чем больше разрядность преобразователя, тем выше его разрешающая способность.

Погрешность смещения нуля – значение U_вх., когда выходной код АЦП равен нулю. Эта составляющая является аддитивной составляющей полной погрешности.

Температурная нестабильность АЦ-преобразователя характеризуется температурными коэффициентами погрешности полной шкалы и погрешности смещения нуля.

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

Дифференциальной нелинейностью АЦП в данной точке k характеристики преобразованияназывается разность между значением k–го кванта преобразования и средним значением кванта преобразования. В спецификациях на конкретные АЦП значения дифференциальной нелинейности выражаются в долях ЕМР или процентах от полной шкалы.

Максимальная частота дискретизации (преобразования) – это наибольшая частота, с которой происходит образование выборочных значений сигнала, при которой погрешность линейности АЦП не выходит за заданные пределы. Измеряется числом выборок в секунду.

Время преобразования (t_ПР) – это время, отсчитываемое от начала импульса дискретизации или начала преобразования до появления на выходе устойчивого кода, соответствующего данной выборке. При работе АЦП без УВХ время преобразования является апертурным временем.

Поскольку МПС и ЭВМ являются быстродействующими устройствами обработки данных, то для совместной работы с ЭВМ АЦП также должны иметь высокое быстродействие. На быстродействие АЦП решающее значение оказывает их схемотехническая реализация.