Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Вторник, 12 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

В чем разница между точностью и разрядностью АЦП?

Очень часто разрядность АЦП отождествляют с его точностью. Это не всегда верно. В статье объясняется, в чем состоит разница между этими параметрами.

Снижение стоимости мониторинга электросетей с помощью высокопроизводительных АЦП с одновременной выборкой

Стремление повысить мощность и снизить расход энергии стимулируют рост инвестиций в развитие единой инфраструктуры электросетей. В результате системы мониторинга электросетей становятся критическими элементами в новых интеллектуальных энергетических системах как в однофазных, так и в многофазных приложениях. Чтобы удовлетворить жесткие требования к таким системам мониторинга, разработчики систем релейной защиты или многоканальных систем SCADA используют высокопроизводительные многоканальные АЦП с одновременной выборкой.

АЦП: спор архитектур с точки зрения энергоэффективности

В журнале ЭК №5, 2010 г., была опубликована первая часть статьи, в которой в форме состязания сравнивались две архитектуры преобразователей: АЦП последовательного приближения и сигма-дельта АЦП. По итогам 7-раундового матча была зафиксирована ничья: каждый из двух типов АЦП сумел добиться преимущества при решении определенной задачи. Во второй части статьи сравнивается энергоэффективность двух архитектур АЦП. Публикация представляет собой перевод [1].

Реклама

По вопросам размещения рекламы обращайтесь в отдел рекламы

Реклама наших партнеров

 

1 июля

Эффективная разрядность как критерий выбора АЦП

При выборе АЦП нельзя руководствоваться только эффективной разрядностью. В некоторых случаях этот параметр не отражает качества работы преобразователя. В статье рассмотрены некоторые тонкости, касающиеся расчета и трактовки данного параметра.



Э

ффективная разрядность (ENOB — Effective Number of Bits) — важный параметр АЦП, характеризующий его точность. Однако существует несколько способов его расчета, которые приводят к разным результатам. Если неизвестно, по какой формуле была вычислена эффективная разрядность, то этим параметром лучше не пользоваться, чтобы избежать ошибок.

Стандартный подход

Согласно стандарту IEEE-1241, устанавливающему список характеристик АЦП и процедуры испытаний, количество эффективных разрядов описывает производительность АЦП.
Эффективная разрядность есть сумма отношения сигнал-шум (SNR) и общего уровня помех (гармонические искажения и шум). Этот показатель можно использовать для расчета производительности реального преобразователя по отношению к идеальному. Например, если уровень шумов 16-разрядного АЦП равен 92 дБ, то его производительность будет такой же, как у идеального 15-разрядного АЦП. Из определения следует, что параметр ENOB не учитывает нелинейные искажения.
На рисунке 1 показано БПФ сигнала идеального 16-разрядного АЦП. Отношение сигнал-шум вычисляется следующим образом: SNR = 6,02N + + 1,76, где N — разрядность АЦП. Для расчета эффективной разрядности потребуется аналогичное выражение, в котором используется отношение сигнал-шум, учитывающее искажения (SINAD — Signal-to-noise and distortion):

При SINAD = 98,18 дБ разрядность АЦП равна 16.

 

Рис. 1. БПФ сигнала идеального 16-разрядного АЦП: SNR = 98,51 дБ; Vш = –109,6 дБ; SINAD = 98,18 дБ

Пример

Перейдем к рассмотрению двух неидеальных преобразователей. На рисунке 2 приведено БПФ сигнала идеального линейного АЦП с высоким уровнем шумов, а на рисунке 3 — результат БПФ для малошумящего нелинейного АЦП. Интегральная нелинейность составляет ±2 МЗР. Для обоих преобразователей эффективная разрядность равна 13,8 разрядов. Номинальная разрядность также совпадает и равна 16. Несмотря на идентичность этих параметров, преобразователи работают по-разному. Первый АЦП хорошо подходит для усреднения или цифровой фильтрации данных. Второй преобразователь нелинеен, что может привести к появлению ошибок.

Рис. 2. БПФ сигнала идеального линейного АЦП с высоким уровнем шумов: SNR = 84,85 дБ; Vш = –95,28 дБ; SINAD = 84,48 дБ

Рис. 3. БПФ сигнала нелинейного АЦП с низким уровнем шумов: SNR = 98,28 дБ; Vш = –84,74 дБ; SINAD = 84,55 дБ


В зависимости от типа преобразователя для измерения и расчета эффективной разрядности используются различные методы. Департамент IEEE рекомендует проводить динамическое измерение входного синусоидального сигнала. Однако для сигма-дельта АЦП, работающих с постоянным сигналом, применяется другой подход. Поскольку достоверность измерений определяется уровнем шума, то при выборе сигма-дельта АЦП следует пользоваться именно этим параметром. Важно понимать, что значения ENOB, полученные разными методами, сравнивать нельзя.
Эффективная разрядность характеризует количество разрядов в коде АЦП, которые численно не зависят от среднеквадратичного значения шума. Напряжение полной шкалы VПШ относится к шумовому как:
где M — разрядность АЦП, σ — среднеквадратичный шум или отклонение числа выборок, сделанных для одного и того же постоянного сигнала на входе. Отсюда ENOB = M – log2σ.
Если σ настолько мало, что логарифм становится отрицательным, то эффективная разрядность АЦП превышает номинальную.

 

Заключение

Пользоваться параметром ENOB при выборе АЦП следует с осторожностью. Необходимо знать, каким способом он был рассчитан. Надежнее принимать во внимание и другие параметры, такие как отношение сигнал-шум, уровень шумов и нелинейные искажения. Как было показано выше, даже при одинаковой номинальной и эффективной разрядности преобразователи могут работать по-разному, что, несомненно, влияет на характеристики устройств, в которых они применяются.

Литература

1. IEEE Standard for Terminology and Test Methods for ADCs//IEEE Standard 1241-2000, ieeexplore.ieee.org/xpls/abs_all.jsp?tp=&isnumber=20108&arnumber=929859&punumber=7400.
2. ADCPro Analog-to-Digital Converter Evaluation Tool, www.ti.com/adcpro.
3. Downs R. ENOB Isn’t Always The Best Figure Of Merit// http://electronicdesign.com/article/analog-and-mixed-signal/ENOB-Isn-t-Always-The-Best-Figure-Of-Merit/2.aspx.

 



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Рик Даунс (Rick Downs), инженер, Texas Instruments



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты