Основные характеристики преобразований

Рассмотрим основные электрические характеристики ЦАП и АЦП. Они подразделяются на статические, которые задают конечную точность преобразования, и динамические, характеризующие быстродействие данного класса устройств. Статические характеристики преобразователей определяются видом характеристики преобразования, которая устанавливает соответствие между значениями аналоговой величины и цифрового кода. К ним относятся:

Число разрядов (b) - число разрядов кода, отображающего исходную аналоговую величину, которое может формироваться выходе АЦП или подаваться на вход ЦАП. При использовании двоичного кода под b понимают двоичный логарифм от максимального числа кодовых комбинаций (уровней квантования) выходе АЦП или входе ЦАП.

Абсолютная разрешающая способность - средние значения минимального изменения сигнала на выходе ЦАП (α), или минимального изменения входного сигнала АЦП (m), обусловленные увеличением или уменьшением его кода на единицу. Значение абсолютной разрешающей способности является мерой измерения всех основных статических характеристик данного класса устройств и часто обозначается как ЕМР (единица младшего разряда), или просто МР (младший разряд).

Абсолютная погрешность преобразования в конечной точке шкалы (δF_s) - отклонение реальных максимальных значений входного для АЦП (U_IRN) и выходного для ЦАП (U_ORN) аналоговых сигналов от значений, соответствующих конечной точке идеальной характеристики преобразования (U_IRNmax и U_ORNmax). Применительно к АЦП наличие δF_s означает, что  максимальный выходной код будет сформирован на выходе устройства при входном сигнале U_вх=U_IRNmax - δF_s. По аналогии для ЦАП можно сказать, что при подаче на вход максимального кода его выходное напряжение будет отличаться от U_ORNmax на величину δF_s. Обычно δF_s измеряется в ЕМР. В технической литературе  δF_s иногда называют мультипликативной погрешностью.

Напряжение смещения нуля U₀ - для АЦП это напряжен (U_вх0), которое необходимо приложить к его входу для получения нулевого выходного кода. Для ЦАП - это напряжение, присутствующее на его выходе (U_вых0) при подаче на вход нулевого кода. Величина U₀ обычно выражается в ЕМР.

Нелинейность (δL) - отклонение действительной характеристики преобразования от оговоренной линейной, т. е. это разность реального напряжения, соответствующего выбранному значению кода и напряжения, которое должно соответствовать этому коду в случае идеальной характеристики преобразования устройства. Для ЦАП это напряжение измеряется относительно центров ступеней указанных характеристик. В качестве оговоренной линейной характеристики используют либо прямую, проведенную через точки 0U_max, либо прямую, обеспечивающую минимизацию δL, например, среднеквадратическое отклонение всех точек которой от реальной характеристики минимально. Величину δL измеряют в ЕМР (δL=δ'L/h) или процентах (δL=100δ'L/U_max), где δ'L - абсолютное значение нелинейности). В справочной литературе обычно задается максимально возможная величина δL.

Дифференциальная нелинейность (δL_Д). Это отклонение дей­ствительного шага квантования δL_Д от его среднего значе­ния (h). Величина δL_Д измеряется либо в ЕМР [δL_Д= (δ'L_Д-h)/h], либо в процентах [δL_Д= (δ'L_Д-h) ∙100/U_max]

Величина дифференциальной нелинейности однозначно связана с понятием монотонности характеристик ЦАП и АЦП. Если | δL_Д |>1ЕМР, то приращение выходного сигнала в данной точке характеристики может быть как положительным, так и отрица­тельным. В последнем случае характеристика преобра­зования перестает быть монотонной.

Динамические свойства ЦАП и АЦП обычно характеризуют следующими параметрами:

максимальная частота преобразования (f_cmax) - наибольшая частота дискретизации, при которой заданные параметры соответствуют установленным нормам;

время установления выходного сигнала (t_s) - интервал от момента заданного изменения кода на входе ЦАП до момента,  при котором выходной аналоговый сигнал окончательно войдет в зону заданной ширины, симметрично расположенную относительно установившегося значения. Обычно ширина этой зоны задается равной 1ЕМР. Отсчет времени (t_s) ведется от момента достижения входным сигналом значения половины логического перепада. Очевидно, что значение (t_s) связано с f_cmax условием  f_cmax≤1/(2t_s). Аналогичный параметр для АЦП называют временем преобразования (t_c).