Bộ chuyển đổi tương tự sang số. Các thông số tĩnh và động của ADC. Các thông số động của DAC. Các thông số động của ADC

Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến ​​thức rất đơn giản. Sử dụng mẫu dưới đây

Làm tốt lắm vào trang web">

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng kiến ​​thức trong học tập và công việc sẽ rất biết ơn các bạn.

• NỘI DUNG 2
• TRONGtiến hành 3
• 1. Nhiệm vụ kỹ thuật 6
• 2. Xây dựng và mô tả hệ thống kênh đo xác định đặc tính tĩnh và động 8
• 2.1 Xây dựng nguyên lý lựa chọn và tiêu chuẩn hóa các đặc tính tĩnh và động của các kênh đo của phương tiện đo 8
• 2.2 Phát triển các tổ hợp có đặc tính đo lường tiêu chuẩn 12
• 3. PHÁT TRIỂN PHƯƠNG TIỆN ĐO LƯỜNG 16
• 3.1 Phát triển độ tin cậy đo lường của dụng cụ đo. 16
• 3.2 Những thay đổi về đặc tính đo lường của phương tiện 19
• đo lường trong quá trình hoạt động 19
• 3.3 Phát triển mô hình tiêu chuẩn hóa đo lường 22
• đặc trưng 22
• 4. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU 26
• 5. Phát triển kênh 30
• 5.1 Phát triển mô hình kênh 30
• 5.2 Phát triển mô hình kênh đo 30
• VĂN HỌC 35

Giới thiệu

Một trong những hình thức giám sát đo lường nhà nước và kiểm soát cấp ngành chính nhằm đảm bảo tính thống nhất của các phép đo trong nước, như đã đề cập trước đó, là xác minh các phương tiện đo. Các dụng cụ được xuất xưởng và sửa chữa, nhận từ nước ngoài cũng như những dụng cụ đang vận hành và bảo quản đều phải được xác minh. Các yêu cầu cơ bản đối với tổ chức và quy trình xác minh dụng cụ đo được thiết lập bởi GOST “GSI. Kiểm định dụng cụ đo. Tổ chức và thủ tục.” Thuật ngữ “xác minh” được GOST “GSI. Đo lường. Các thuật ngữ và định nghĩa” là “sự xác định của cơ quan đo lường về các sai sót của một dụng cụ đo và việc thiết lập tính phù hợp của nó để sử dụng”. Trong một số trường hợp, trong quá trình xác minh, thay vì xác định giá trị lỗi, họ kiểm tra xem lỗi có nằm trong giới hạn chấp nhận được hay không. Do đó, việc xác minh các dụng cụ đo được thực hiện để xác định tính phù hợp của chúng khi sử dụng. Những dụng cụ đo đó được coi là phù hợp để sử dụng trong một khoảng thời gian xác minh nhất định, việc xác minh xác nhận sự tuân thủ của chúng với các yêu cầu kỹ thuật và đo lường đối với dụng cụ đo này. Các dụng cụ đo lường phải được kiểm tra sơ bộ, định kỳ, bất thường, kiểm tra và chuyên gia. Các dụng cụ phải trải qua quá trình xác minh cơ bản sau khi xuất xưởng hoặc sửa chữa, cũng như các dụng cụ được nhận để nhập khẩu. Các thiết bị đang vận hành hoặc bảo quản phải được kiểm tra định kỳ theo các khoảng thời gian hiệu chuẩn nhất định được thiết lập để đảm bảo sự phù hợp của thiết bị để sử dụng trong khoảng thời gian giữa các lần kiểm tra. Việc xác minh kiểm tra được thực hiện để xác định sự phù hợp của việc sử dụng phương tiện đo trong việc thực hiện giám sát nhà nước và kiểm soát đo lường của cơ quan đối với tình trạng và việc sử dụng phương tiện đo. Việc xác minh của chuyên gia được thực hiện khi các vấn đề gây tranh cãi về đặc tính đo lường (MX), khả năng sử dụng của dụng cụ đo và tính phù hợp của chúng khi sử dụng. Chứng nhận đo lường là tập hợp các hoạt động nhằm nghiên cứu các đặc tính và tính chất đo lường của phương tiện đo nhằm đưa ra quyết định về tính phù hợp của việc sử dụng phương tiện đó làm phương tiện chuẩn. Thông thường, để chứng nhận đo lường, một chương trình làm việc đặc biệt được soạn thảo, các giai đoạn chính trong đó là: xác định bằng thực nghiệm các đặc tính đo lường; phân tích nguyên nhân hư hỏng; thiết lập khoảng thời gian kiểm định, v.v... Việc chứng nhận đo lường đối với các phương tiện đo được sử dụng làm phương tiện đo chuẩn được thực hiện trước khi vận hành thử, sau khi sửa chữa và, nếu cần, thay đổi chủng loại của phương tiện đo chuẩn. Kết quả chứng nhận đo lường được ghi lại bằng các tài liệu phù hợp (quy trình, chứng chỉ, thông báo về sự không phù hợp của phương tiện đo). Đặc điểm của các loại dụng cụ đo được sử dụng sẽ quyết định phương pháp kiểm tra chúng.

Trong thực tế của các phòng thí nghiệm hiệu chuẩn, người ta đã biết nhiều phương pháp hiệu chuẩn dụng cụ đo khác nhau, để thống nhất được rút gọn thành các phương pháp sau:

* so sánh trực tiếp bằng bộ so sánh (tức là sử dụng các công cụ so sánh);

* phương pháp đo trực tiếp;

* phương pháp đo gián tiếp;

* phương pháp xác minh độc lập (tức là xác minh dụng cụ đo giá trị tương đối, không yêu cầu chuyển đổi kích thước đơn vị).

Việc xác minh hệ thống đo lường được thực hiện bởi các cơ quan đo lường nhà nước được gọi là Dịch vụ Đo lường Nhà nước. Hoạt động của Cục Đo lường Nhà nước nhằm giải quyết các vấn đề khoa học kỹ thuật về đo lường và thực hiện các chức năng lập pháp và kiểm soát cần thiết, như: thiết lập các đơn vị đại lượng vật lý được phê duyệt để sử dụng; tạo ra các dụng cụ, phương pháp và dụng cụ đo mẫu độ chính xác cao nhất; phát triển các chương trình xác minh của toàn Liên minh; xác định các hằng số vật lý; phát triển lý thuyết đo lường, phương pháp ước lượng sai số, v.v. Các nhiệm vụ mà Cơ quan Đo lường Nhà nước phải đối mặt được giải quyết với sự trợ giúp của Hệ thống Nhà nước về Đảm bảo tính thống nhất của các phép đo (GSI). Hệ thống nhà nước nhằm đảm bảo tính thống nhất của các phép đo là cơ sở pháp lý và quy định để hỗ trợ đo lường cho các hoạt động khoa học và thực tiễn trong việc đánh giá và đảm bảo độ chính xác của phép đo. Đó là một bộ tài liệu quy định và kỹ thuật thiết lập một danh pháp thống nhất, phương pháp trình bày và đánh giá các đặc tính đo lường của dụng cụ đo, quy tắc tiêu chuẩn hóa và chứng nhận phép đo, đăng ký kết quả, yêu cầu kiểm tra nhà nước, xác minh và kiểm tra phép đo dụng cụ. Các tài liệu quy định và kỹ thuật chính Hệ thống nhà nướcđảm bảo tính đồng nhất của các phép đo là tiêu chuẩn của nhà nước. Dựa trên các tiêu chuẩn cơ bản này, các tài liệu quy định và kỹ thuật được phát triển nhằm xác định rõ Yêu câu chung tiêu chuẩn cơ bản cho các ngành công nghiệp, lĩnh vực đo lường và kỹ thuật đo lường khác nhau.

1. Thông số kỹ thuật

1.1 Xây dựng và mô tả hệ thống kênh đo để xác định các đặc tính tĩnh và động.

1.2 Tài liệu phát triển khoa học và phương pháp của khoa ISIT

1.3 Mục đích và mục đích

1.3.1 Hệ thống này được thiết kế để xác định các thành phần đặc trưng của sai số đo lường.

1.3.2 Xây dựng hệ thống đo lường hệ thống thông tin cho phép bạn tự động lấy thông tin cần thiết, xử lý và phát hành thông tin đó theo mẫu được yêu cầu.

1.4 Yêu cầu hệ thống

1.4.1 Các quy tắc lựa chọn bộ đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa cho các dụng cụ đo và phương pháp tiêu chuẩn hóa chúng được xác định theo tiêu chuẩn GOST 8.009 - 84.

1.4.2 Bộ đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa:

1. các biện pháp và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự;

2. Dụng cụ đo, ghi;

3. Bộ chuyển đổi đo tương tự và tương tự sang số.

1.4.3 Sai số công cụ của mô hình đầu tiên về các đặc tính đo lường chuẩn hóa:

Thành phần ngẫu nhiên;

Lỗi động;

1.4.4 Sai số công cụ của mô hình thứ hai về các đặc tính đo lường chuẩn hóa:

lỗi SI chính ở đâu mà không chia nó thành các thành phần.

1.4.5 Sự tuân thủ của các mô hình đặc tính đo lường tiêu chuẩn hóa với GOST 8.009-84 về việc hình thành các phức hợp đặc tính đo lường tiêu chuẩn hóa.

2. Xây dựng và mô tả hệ thống kênh đo xác định đặc tính tĩnh và động

2.1 Xây dựng nguyên lý lựa chọn và tiêu chuẩn hóa các đặc tính tĩnh và động của các kênh đo của phương tiện đo

Khi sử dụng SI, điều quan trọng cơ bản là phải biết mức độ mà thông tin được đo chứa trong tín hiệu đầu ra tương ứng với giá trị thực của nó. Với mục đích này, một số đặc tính đo lường (MX) nhất định được giới thiệu và tiêu chuẩn hóa cho từng SI.

Đặc tính đo lường là đặc tính của các đặc tính của dụng cụ đo ảnh hưởng đến kết quả đo và sai số của nó. Các đặc tính được thiết lập bởi các tài liệu quy định và kỹ thuật được gọi là tiêu chuẩn hóa và những đặc tính được xác định bằng thực nghiệm được gọi là hợp lệ. Danh pháp MX, quy tắc lựa chọn tổ hợp MX được tiêu chuẩn hóa cho dụng cụ đo và phương pháp tiêu chuẩn hóa chúng được xác định theo tiêu chuẩn GOST 8.009-84 "GSI. Đặc tính đo lường được tiêu chuẩn hóa của dụng cụ đo."

Đặc tính đo lường của SI cho phép:

xác định kết quả đo và tính toán ước lượng đặc tính thành phần dụng cụ của sai số đo trong điều kiện thực tế ứng dụng SI;

tính toán kênh MX của hệ thống đo gồm một số thiết bị đo có MX đã biết;

sản xuất sự lựa chọn tối ưu SI, cung cấp chất lượng đo lường cần thiết trong các điều kiện sử dụng đã biết;

so sánh SI nhiều loại khác nhau có tính đến các điều kiện sử dụng.

Khi xây dựng các nguyên tắc lựa chọn và tiêu chuẩn hóa phương tiện đo, cần phải tuân thủ một số quy định được nêu dưới đây.

1. Điều kiện chính để có thể giải quyết tất cả các vấn đề được liệt kê là sự hiện diện của mối liên hệ rõ ràng giữa MX chuẩn hóa và lỗi công cụ. Kết nối này được thiết lập thông qua mô hình toán học của thành phần công cụ gây ra lỗi, trong đó MX được chuẩn hóa phải là đối số. Điều quan trọng là danh pháp MX và phương pháp thể hiện chúng phải tối ưu. Kinh nghiệm vận hành các SI khác nhau cho thấy rằng nên chuẩn hóa phức hợp MX, một mặt không được lớn lắm, mặt khác, mỗi MX được tiêu chuẩn hóa phải phản ánh các thuộc tính cụ thể của SI và, nếu cần. , có thể được kiểm soát.

Việc tiêu chuẩn hóa các dụng cụ đo MX phải được thực hiện trên cơ sở các tiền đề lý thuyết thống nhất. Điều này là do các dụng cụ đo dựa trên các nguyên tắc khác nhau có thể tham gia vào quá trình đo.

MX chuẩn hóa phải được thể hiện ở dạng sao cho với sự trợ giúp của chúng, có thể giải quyết hợp lý hầu hết mọi vấn đề đo lường, đồng thời việc điều khiển dụng cụ đo để tuân thủ các đặc điểm này khá đơn giản.

MX chuẩn hóa phải cung cấp khả năng tích hợp thống kê và tổng hợp các thành phần của lỗi đo lường thiết bị.

TRONG trường hợp chung nó có thể được định nghĩa là tổng (tổ hợp) của các thành phần lỗi sau:

0 (t), do sự khác biệt giữa hàm chuyển đổi thực tế trong điều kiện bình thường và hàm chuyển đổi danh nghĩa được các tài liệu liên quan ấn định cho loại SI này. Lỗi này được gọi là lỗi chính, gây ra bởi phản ứng của SI với những thay đổi về đại lượng ảnh hưởng bên ngoài và các thông số thông tin. tín hiệu đầu vào so với giá trị danh nghĩa của chúng. Lỗi này được gọi là bổ sung;

dyn, gây ra bởi phản ứng của SI với tốc độ (tần số) thay đổi của tín hiệu đầu vào. Thành phần này, được gọi là sai số động, phụ thuộc cả vào đặc tính động của thiết bị đo và vào phổ tần số của tín hiệu đầu vào;

int, gây ra bởi sự tương tác của dụng cụ đo với đối tượng đo hoặc với các dụng cụ đo khác được mắc nối tiếp với nó trong hệ thống đo. Sai số này phụ thuộc vào đặc tính các tham số của mạch SI đầu vào và mạch đầu ra của đối tượng đo.

Do đó, thành phần công cụ của sai số SI có thể được biểu diễn dưới dạng

trong đó * là ký hiệu cho sự kết hợp thống kê của các thành phần.

Hai thành phần đầu tiên biểu thị sai số tĩnh của SI và thành phần thứ ba là sai số động. Trong số này, chỉ có sai số chính được xác định bởi các tính chất của SI. Các lỗi bổ sung và lỗi động phụ thuộc cả vào các thuộc tính của chính SI và một số lý do khác ( điều kiện bên ngoài, thông số tín hiệu đo và vân vân.).

Các yêu cầu về tính phổ quát và đơn giản của việc kết hợp thống kê các thành phần của sai số công cụ xác định nhu cầu về tính độc lập thống kê của chúng - không tương quan. Tuy nhiên, giả định về tính độc lập của các thành phần này không phải lúc nào cũng đúng.

Việc tách sai số động của SI thành thành phần tổng chỉ được phép trong một trường hợp cụ thể nhưng rất phổ biến, khi SI có thể được coi là một liên kết động tuyến tính và khi sai số có giá trị rất nhỏ so với tín hiệu đầu ra. Một liên kết động được coi là tuyến tính nếu nó được mô tả bằng các phương trình vi phân tuyến tính với hệ số không đổi. Đối với SI, về cơ bản là các liên kết phi tuyến, việc tách các lỗi tĩnh và động thành các thành phần có thể tính tổng riêng biệt là không thể chấp nhận được.

MX chuẩn hóa phải bất biến với các điều kiện sử dụng và chế độ vận hành của SI và chỉ phản ánh các thuộc tính của nó.

Việc lựa chọn MX phải được thực hiện sao cho người dùng có
khả năng tính toán các đặc tính SI từ chúng trong điều kiện hoạt động thực tế.

MX chuẩn hóa được cung cấp trong tài liệu quy định và kỹ thuật phản ánh các thuộc tính không phải của một phiên bản SI mà của toàn bộ tập hợp SI của một loại nhất định, tức là là danh nghĩa. Loại được hiểu là một tập hợp các dụng cụ đo có cùng mục đích, cùng cách bố trí, thiết kế và cùng thỏa mãn các yêu cầu quy định trong quy chuẩn kỹ thuật.

Các đặc tính đo lường của SI riêng lẻ thuộc loại này có thể nằm trong phạm vi giá trị MX danh nghĩa. Do đó, MX của dụng cụ đo loại này phải được mô tả như một quá trình ngẫu nhiên không cố định. Việc giải thích nghiêm ngặt về mặt toán học cho trường hợp này đòi hỏi phải chuẩn hóa không chỉ các giới hạn của MX dưới dạng các biến ngẫu nhiên mà còn cả sự phụ thuộc thời gian của chúng (tức là các hàm tự tương quan). Điều này sẽ dẫn đến vô cùng hệ thống phức tạp việc phân chia khẩu phần và thực tế là không thể kiểm soát MX, vì trong trường hợp này, việc này sẽ phải được thực hiện theo những khoảng thời gian được xác định nghiêm ngặt. Kết quả là, một hệ thống tiêu chuẩn hóa đơn giản hóa đã được áp dụng, mang lại sự dung hòa hợp lý giữa tính chặt chẽ về mặt toán học và tính đơn giản thực tế cần thiết. Trong hệ thống được áp dụng, những thay đổi tần số thấp trong các thành phần lỗi ngẫu nhiên, khoảng thời gian tương ứng với khoảng thời gian xác minh, không được tính đến khi chuẩn hóa MX. Họ xác định các chỉ số độ tin cậy của dụng cụ đo, xác định việc lựa chọn khoảng thời gian hiệu chuẩn hợp lý và các đặc tính tương tự khác. Những thay đổi tần số cao trong các thành phần ngẫu nhiên của sai số, các khoảng tương quan tương ứng với khoảng thời gian của quá trình đo, phải được tính đến bằng cách chuẩn hóa, ví dụ, các hàm tự tương quan của chúng.

2.2 Phát triển các tổ hợp có đặc tính đo lường tiêu chuẩn

Sự đa dạng của các nhóm SI khiến cho việc điều chỉnh các tổ hợp MX cụ thể cho từng nhóm này trong một tài liệu quy định là không thể. Đồng thời, tất cả SI không thể được đặc trưng bởi một bộ MX chuẩn hóa duy nhất, ngay cả khi nó được trình bày ở dạng tổng quát nhất.

Đặc điểm chính của việc chia dụng cụ đo thành các nhóm là tính phổ biến của tổ hợp MX được tiêu chuẩn hóa cần thiết để xác định các thành phần dụng cụ đặc trưng của sai số đo. Trong trường hợp này, nên chia tất cả các dụng cụ đo thành ba nhóm lớn, được trình bày theo mức độ phức tạp của MX: 1) các biện pháp và bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự; 2) dụng cụ đo và ghi; 3) bộ chuyển đổi đo tương tự và tương tự sang số.

Khi thiết lập một bộ MX tiêu chuẩn được thông qua mẫu tiếp theo thành phần công cụ của sai số đo:

ở đâu bằng ký hiệu<< * >> biểu thị sự kết hợp giữa sai số SI trong điều kiện sử dụng thực tế và thành phần lỗi int, gây ra bởi sự tương tác của SI với đối tượng đo. Bằng cách kết hợp, chúng tôi muốn nói đến việc áp dụng một số chức năng cho các thành phần, điều này cho phép chúng tôi tính toán lỗi do ảnh hưởng chung của chúng gây ra. Trong mỗi trường hợp, chức năng được xác định dựa trên các thuộc tính của SI cụ thể.

Toàn bộ dân số MX có thể được chia thành hai nhóm lớn. Trong phần đầu tiên, thành phần công cụ của lỗi được xác định bằng cách kết hợp thống kê các thành phần riêng lẻ của nó. Trong trường hợp này, khoảng tin cậy chứa sai số của thiết bị được xác định với xác suất tin cậy cho trước nhỏ hơn một. Đối với MX thuộc nhóm này, mô hình lỗi sau được áp dụng trong điều kiện ứng dụng thực tế (mô hình 1):

thành phần hệ thống ở đâu;

Thành phần ngẫu nhiên;

Thành phần ngẫu nhiên do trễ;

Tổng hợp các lỗi bổ sung;

Lỗi động;

L là số sai số bổ sung, bằng tất cả các đại lượng ảnh hưởng đáng kể đến sai số trong điều kiện thực tế.

Tùy thuộc vào đặc tính của loại SI nhất định và điều kiện vận hành sử dụng nó, các thành phần riêng lẻ có thể bị thiếu.

Mô hình đầu tiên được chọn nếu chấp nhận rằng sai số đôi khi vượt quá giá trị được tính toán từ các đặc tính được tiêu chuẩn hóa. Trong trường hợp này, bằng cách sử dụng tổ hợp MX, có thể tính toán các đặc điểm điểm và khoảng trong đó thành phần công cụ của sai số đo được tìm thấy với bất kỳ xác suất tin cậy đã cho nào, gần bằng 1 nhưng nhỏ hơn nó.

Đối với nhóm MX thứ hai, việc tổng hợp thống kê các thành phần không được áp dụng. Các dụng cụ đo như vậy bao gồm các phương tiện trong phòng thí nghiệm, cũng như hầu hết các phương tiện tiêu chuẩn, việc sử dụng chúng không đòi hỏi phải quan sát lặp lại với kết quả trung bình. Lỗi nhạc cụ trong trong trường hợp nàyđược định nghĩa là tổng số học của các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần của nó. Ước tính này đưa ra khoảng tin cậy với xác suất bằng 1, là ước tính giới hạn trên của khoảng lỗi mong muốn, bao gồm tất cả các giá trị có thể xảy ra, bao gồm cả các giá trị rất hiếm khi nhận ra. Điều này dẫn đến việc thắt chặt đáng kể các yêu cầu đối với MX, vốn chỉ có thể áp dụng cho các phép đo quan trọng nhất, chẳng hạn như các phép đo liên quan đến sức khỏe và tính mạng con người, với khả năng gây ra hậu quả thảm khốc do các phép đo không chính xác, v.v.

Tổng số học của các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần của lỗi công cụ dẫn đến việc đưa vào phức hợp các giới hạn MX chuẩn hóa của lỗi cho phép chứ không phải các khoảnh khắc thống kê. Điều này cũng có thể chấp nhận được đối với các dụng cụ đo có không quá ba thành phần, mỗi thành phần được xác định bằng một MX tiêu chuẩn hóa riêng biệt. Trong trường hợp này, các ước tính được tính toán của sai số công cụ thu được bằng phép cộng số học giá trị cao nhất của các thành phần của nó và tổng thống kê các đặc điểm của các thành phần (với xác suất, mặc dù ít hơn, nhưng khá gần với sự thống nhất), thực tế sẽ không khác nhau. Đối với trường hợp đang xem xét, lỗi SI mô hình 2:

Đây là lỗi SI chính không chia thành các thành phần (không giống như mô hình 1).

3. PHÁT TRIỂN PHƯƠNG TIỆN ĐO LƯỜNG

3.1 Phát triển độ tin cậy đo lường của dụng cụ đo.

Mô hình 2 chỉ áp dụng cho những SI có thành phần ngẫu nhiên không đáng kể.

Vấn đề lựa chọn MX được quy định đầy đủ chi tiết trong GOST 8.009-84, trong đó chỉ ra các đặc điểm cần được tiêu chuẩn hóa cho các nhóm SI nêu trên. Danh sách trên có thể được điều chỉnh cho một dụng cụ đo cụ thể, có tính đến các tính năng và điều kiện hoạt động của nó. Điều quan trọng cần lưu ý là không nên bình thường hóa những MX góp phần không đáng kể vào lỗi thiết bị so với những MX khác. Việc xác định xem một lỗi nhất định có quan trọng hay không được thực hiện trên cơ sở các tiêu chí trọng yếu được đưa ra trong GOST 8.009-84.

Trong quá trình vận hành, các đặc tính và thông số đo lường của thiết bị đo sẽ thay đổi. Những thay đổi này mang tính chất ngẫu nhiên, đơn điệu hoặc dao động và dẫn đến thất bại, tức là. SI không có khả năng thực hiện các chức năng của nó. Thất bại được chia thành phi đo lường và đo lường.

Phi đo lường là sự cố xảy ra do những nguyên nhân không liên quan đến sự thay đổi MX của dụng cụ đo. Chúng chủ yếu có tính chất rõ ràng, xuất hiện đột ngột và có thể bị phát hiện mà không cần xác minh.

Đo lường là sự cố do MX vượt quá giới hạn cho phép đã thiết lập. Như các nghiên cứu đã chỉ ra, những sai sót về đo lường xảy ra thường xuyên hơn nhiều so với những sai sót không liên quan đến đo lường. Điều này đòi hỏi phải phát triển các phương pháp đặc biệt để dự đoán và phát hiện chúng. Sự cố đo lường được chia thành đột ngột và từ từ.

Lỗi đột ngột là lỗi được đặc trưng bởi sự thay đổi đột ngột ở một hoặc nhiều MX. Những thất bại này, do tính chất ngẫu nhiên của chúng, nên không thể dự đoán trước được. Hậu quả của chúng (không đọc được, mất độ nhạy, v.v.) có thể dễ dàng được phát hiện trong quá trình vận hành thiết bị, tức là. bởi bản chất của sự biểu hiện của chúng, chúng là hiển nhiên. Đặc điểm của những hư hỏng đột ngột là cường độ của chúng không đổi theo thời gian. Điều này cho phép áp dụng lý thuyết độ tin cậy cổ điển để phân tích những sai sót này. Về vấn đề này, những thất bại thuộc loại này sẽ không được xem xét thêm.

Lỗi dần dần là lỗi được đặc trưng bởi sự thay đổi đơn điệu ở một hoặc nhiều MX. Theo bản chất biểu hiện của chúng, các hư hỏng dần dần được ẩn giấu và chỉ có thể được phát hiện dựa trên kết quả giám sát định kỳ của các dụng cụ đo. Sau đây, những loại lỗi này sẽ được xem xét.

Khái niệm về khả năng sử dụng đo lường của một phương tiện đo có liên quan chặt chẽ với khái niệm “hư hỏng đo lường”. Nó đề cập đến trạng thái của SI trong đó tất cả MX được tiêu chuẩn hóa đều tương ứng với các yêu cầu đã thiết lập. Khả năng giữ chân của SI đặt giá trịđặc tính đo lường trong một thời gian nhất định tại chế độ nhất định và điều kiện vận hành được gọi là độ tin cậy đo lường. Tính đặc thù của vấn đề về độ tin cậy đo lường là đối với nó, quan điểm chính của lý thuyết độ tin cậy cổ điển về tính không đổi của tỷ lệ sai sót theo thời gian hóa ra là trái pháp luật. Lý thuyết độ tin cậy hiện đại tập trung vào các sản phẩm có hai trạng thái đặc trưng: hoạt động và không hoạt động. Sự thay đổi dần dần trong sai số SI giúp có thể đưa ra nhiều trạng thái vận hành như mong muốn với các mức hiệu suất vận hành khác nhau, được xác định bằng mức độ gần đúng của sai số với các giá trị giới hạn cho phép.

Khái niệm sai sót về đo lường ở một mức độ nhất định có điều kiện, vì nó được xác định bởi dung sai MX, nhìn chung có thể thay đổi tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể. Điều quan trọng nữa là không thể ghi lại chính xác thời gian xảy ra sai sót đo lường do bản chất tiềm ẩn của biểu hiện của nó, trong khi các sai sót hiển nhiên mà lý thuyết độ tin cậy cổ điển đề cập đến lại có thể được phát hiện tại thời điểm chúng xảy ra. Tất cả điều này đòi hỏi phải phát triển các phương pháp đặc biệt để phân tích độ tin cậy đo lường của SI.

Độ tin cậy của dụng cụ đo đặc trưng cho hoạt động của nó theo thời gian và là một khái niệm tổng quát bao gồm độ ổn định, độ tin cậy, độ bền, khả năng bảo trì (đối với các dụng cụ đo có thể phục hồi) và khả năng bảo quản.

Độ ổn định của SI là một đặc tính định tính phản ánh tính ổn định của MX của nó theo thời gian. Nó được mô tả bởi sự phụ thuộc thời gian của các tham số của luật phân bố sai số. Độ tin cậy và độ ổn định đo lường là các đặc tính khác nhau của cùng một quá trình lão hóa SI. Độ ổn định mang nhiều thông tin hơn về tính ổn định của các đặc tính đo lường của dụng cụ đo. Có thể nói đây là tài sản “nội bộ” của nó. Ngược lại, độ tin cậy là một thuộc tính “bên ngoài”, vì nó phụ thuộc cả vào độ ổn định, độ chính xác của phép đo cũng như giá trị của dung sai được sử dụng.

Độ tin cậy là đặc tính của SI để liên tục duy trì trạng thái hoạt động trong một thời gian. Nó được đặc trưng bởi hai trạng thái: hoạt động và không hoạt động. Tuy nhiên, đối với các hệ thống đo phức tạp cũng có thể có số lớn hơn các trạng thái, vì không phải mọi lỗi đều dẫn đến việc chúng ngừng hoạt động hoàn toàn. Lỗi là một sự kiện ngẫu nhiên liên quan đến sự gián đoạn hoặc ngừng hoạt động của SI. Điều này xác định tính chất ngẫu nhiên của các chỉ báo không có lỗi, trong đó chỉ báo chính là sự phân bổ thời gian hoạt động không có lỗi của SI.

Độ bền là đặc tính của SI để duy trì trạng thái hoạt động cho đến khi xảy ra trạng thái giới hạn. Trạng thái hoạt động là trạng thái của SI trong đó tất cả MX của nó tương ứng với các giá trị chuẩn hóa. Trạng thái giới hạn là trạng thái của SI mà việc sử dụng nó là không thể chấp nhận được.

Sau sai sót về đo lường, các đặc tính SI có thể được đưa trở lại phạm vi chấp nhận được thông qua các điều chỉnh thích hợp. Quá trình thực hiện điều chỉnh có thể kéo dài nhiều hay ít tùy thuộc vào bản chất của sai sót đo lường, thiết kế của dụng cụ đo và một số lý do khác. Do đó, khái niệm “khả năng bảo trì” đã được đưa vào đặc tính độ tin cậy. Khả năng bảo trì là một đặc tính của thiết bị đo, bao gồm khả năng thích ứng của nó trong việc ngăn ngừa và phát hiện nguyên nhân hư hỏng, khôi phục và bảo trì thiết bị. điều kiện làm việc thông qua bảo trì và sửa chữa. Nó được đặc trưng bởi việc tiêu tốn thời gian và tiền bạc để khôi phục dụng cụ đo sau sự cố đo lường và duy trì nó trong tình trạng hoạt động.

Như được trình bày bên dưới, quá trình thay đổi MX diễn ra liên tục, bất kể SI đang được sử dụng hay được lưu trữ trong kho. Đặc tính của SI duy trì các giá trị của các chỉ số về độ tin cậy, độ bền và khả năng bảo trì trong và sau khi bảo quản và vận chuyển được gọi là tính bền vững của nó.

3.2 Những thay đổi về đặc tính đo lường của phương tiện

đo lường trong quá trình hoạt động

Các đặc tính đo lường của SI có thể thay đổi trong quá trình vận hành. Trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ nói về những thay đổi trong lỗi (t), ngụ ý rằng thay vào đó, bất kỳ MX nào khác cũng có thể được xem xét theo cách tương tự.

Cần lưu ý rằng không phải tất cả các thành phần lỗi đều có thể thay đổi theo thời gian. Ví dụ, sai số về phương pháp chỉ phụ thuộc vào kỹ thuật đo lường được sử dụng. Trong số các lỗi công cụ, có nhiều thành phần thực tế không bị lão hóa, chẳng hạn như kích thước của lượng tử trong các thiết bị kỹ thuật số và lỗi lượng tử hóa do nó xác định.

Sự thay đổi MX của các thiết bị đo theo thời gian là do quá trình lão hóa ở các nút và phần tử của nó do tương tác với bên ngoài. môi trường. Các quá trình này xảy ra chủ yếu ở cấp độ phân tử và không phụ thuộc vào việc thiết bị đo đang hoạt động hay được lưu trữ để bảo quản. Do đó, yếu tố chính quyết định sự lão hóa của dụng cụ đo là thời gian đã trôi qua kể từ khi chúng được sản xuất, tức là. tuổi. Tốc độ lão hóa phụ thuộc chủ yếu vào vật liệu và công nghệ được sử dụng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các quá trình không thể đảo ngược làm thay đổi lỗi xảy ra rất chậm và trong hầu hết các trường hợp, không thể ghi lại những thay đổi này trong quá trình thử nghiệm. Về vấn đề này, các phương pháp toán học khác nhau có tầm quan trọng lớn, trên cơ sở đó xây dựng các mô hình thay đổi sai số và dự đoán các sai sót về đo lường.

Vấn đề được giải quyết khi xác định độ tin cậy đo lường của dụng cụ đo là tìm ra những thay đổi ban đầu trong MX và xây dựng mô hình toán học ngoại suy kết quả thu được trong một khoảng thời gian lớn. Vì sự thay đổi của MX theo thời gian là một quá trình ngẫu nhiên nên công cụ xây dựng chính mô hình toán học là lý thuyết về các quá trình ngẫu nhiên.

Sự thay đổi sai số SI theo thời gian là một quá trình ngẫu nhiên không dừng. Nhiều cách triển khai của nó được hiển thị trong Hình 1 dưới dạng đường cong mô đun sai số. Tại mỗi thời điểm t, chúng được đặc trưng bởi một quy luật phân bố mật độ xác suất nhất định p(, t i) (đường cong 1 và 2 trong Hình 2a). Ở trung tâm của dải (đường cong cp (t)), mật độ sai số cao nhất được quan sát thấy, mật độ sai số này giảm dần về phía ranh giới của dải, về mặt lý thuyết có xu hướng bằng 0 ở khoảng cách vô hạn tính từ tâm. Các ranh giới trên và dưới của dải lỗi SI chỉ có thể được biểu thị dưới dạng một số ranh giới lượng tử, trong đó chứa hầu hết các lỗi được nhận ra với xác suất tin cậy P. Bên ngoài ranh giới có xác suất (1 - P)/2 là những lỗi xa trung tâm triển khai nhất.

Để áp dụng mô tả lượng tử về ranh giới của dải lỗi trong mỗi phần ti của nó, cần phải biết các ước tính của kỳ vọng toán học cp (t i) và độ lệch chuẩn của từng triển khai riêng lẻ. Giá trị sai số tại các biên trong mỗi đoạn t i bằng

r(t i) = cp(t) ± k(t i),

trong đó k là hệ số lượng tử tương ứng với xác suất tin cậy P cho trước, giá trị của nó phụ thuộc đáng kể vào loại luật phân phối sai số giữa các phần. Thực tế không thể xác định loại định luật này khi nghiên cứu các quá trình lão hóa SR. Điều này là do thực tế là luật phân phối có thể trải qua những thay đổi đáng kể theo thời gian.

Sai sót đo lường xảy ra khi đường thẳng giao nhau ± v.v. Sai hỏng có thể xảy ra ở nhiều thời điểm khác nhau trong khoảng từ t min đến t max (xem Hình 2, a) và các điểm này là giao điểm của 5% và 95% lượng tử với dòng lỗi cho phép. Khi đường cong (t) đạt đến giới hạn cho phép, 5% thiết bị gặp lỗi đo lường. Sự phân bố mômen xảy ra các hư hỏng như vậy sẽ được đặc trưng bởi mật độ xác suất p H (t), được thể hiện trên Hình 2, b. Do đó, với tư cách là một mô hình của quá trình thay đổi ngẫu nhiên không cố định theo thời gian của mô-đun lỗi SI, nên sử dụng sự phụ thuộc của sự thay đổi theo thời gian của lượng tử 95% của quá trình này.

Các chỉ số về độ chính xác, độ tin cậy đo lường và độ ổn định của SI tương ứng với các chức năng khác nhau được xây dựng trên quỹ đạo thay đổi trong MX (t) của nó. Độ chính xác của SI được đặc trưng bởi giá trị MX tại thời điểm đang xem xét và đối với bộ dụng cụ đo - bằng sự phân bố của các giá trị này, được biểu thị bằng đường cong 1 cho thời điểm ban đầu và đường cong 2 cho thời điểm t i. Độ tin cậy đo lường được đặc trưng bởi sự phân bố thời gian xảy ra sai sót đo lường (xem Hình 2, b). Độ ổn định SI được đặc trưng bởi sự phân bố các bước tăng MX trong một thời gian nhất định.

3.3 Phát triển mô hình tiêu chuẩn hóa đo lường

đặc trưng

Hệ thống tiêu chuẩn hóa MX dựa trên nguyên tắc về tính thỏa đáng của ước tính sai số đo và giá trị thực của nó, với điều kiện là ước tính thực sự được tìm thấy là ước tính “từ phía trên”. Điều kiện cuối cùng được giải thích là do ước tính “từ bên dưới” luôn nguy hiểm hơn, vì nó dẫn đến thiệt hại lớn hơn từ thông tin đo lường không đáng tin cậy.

Cách tiếp cận này khá dễ hiểu, có tính đến việc không thể chuẩn hóa chính xác MX do có nhiều yếu tố ảnh hưởng không được tính đến (do sự thiếu hiểu biết và thiếu công cụ để xác định chúng). Vì vậy, việc phân chia khẩu phần ở một mức độ nào đó là một hành động ý chí khi đạt được sự thỏa hiệp giữa mong muốn mô tả đầy đủđặc tính đo lường và khả năng thực hiện điều này trong điều kiện thực tế với các giới hạn lý thuyết và thực nghiệm đã biết cũng như các yêu cầu về tính đơn giản và rõ ràng của các phương pháp kỹ thuật. Nói cách khác, phương pháp phức tạp Mô tả và chuẩn hóa MX không khả thi

Người tiêu dùng nhận được thông tin về MX tiêu chuẩn từ tài liệu kỹ thuật trên SI và chỉ trong những trường hợp cực kỳ hiếm, đặc biệt mới thực hiện độc lập nghiên cứu thực nghiệmđặc điểm riêng của SI. Vì vậy, điều rất quan trọng là phải biết mối quan hệ giữa MX SI và sai số đo lường của thiết bị. Điều này sẽ cho phép, khi biết một MX SI phức tạp, có thể trực tiếp tìm ra lỗi đo lường, loại bỏ một trong những lỗi tốn nhiều công sức nhất và nhiệm vụ phức tạp tổng hợp các thành phần của sai số đo tổng. Tuy nhiên, điều này bị cản trở bởi một trường hợp nữa - sự khác biệt giữa MX của một SI cụ thể và các đặc tính đo lường của nhiều SI tương tự. Ví dụ, lỗi hệ thống của một SI nhất định là một đại lượng xác định và đối với một tập hợp SI thì đó là một đại lượng ngẫu nhiên. Tổ hợp NMX phải được cài đặt dựa trên yêu cầu điều kiện thực tế vận hành các dụng cụ đo cụ thể. Trên cơ sở này, nên chia tất cả SI thành hai loại chức năng. Đối với nhóm SI thứ nhất và thứ ba, các đặc tính tương tác với các thiết bị được kết nối với đầu vào và đầu ra của SI và các tham số không mang tính thông tin của tín hiệu đầu ra phải được chuẩn hóa. Ngoài ra, đối với nhóm thứ ba, hàm biến đổi danh nghĩa fnom(x) phải được chuẩn hóa (trong SI của nhóm thứ hai sẽ được thay thế bằng thang đo hoặc thiết bị đọc đã hiệu chuẩn khác) và đầy đủ. đặc tính động. Các đặc tính được chỉ định cho SI của nhóm thứ hai không có ý nghĩa, ngoại trừ các thiết bị ghi được khuyến khích chuẩn hóa các đặc tính động học hoàn chỉnh hoặc một phần

Các hình thức phổ biến nhất để ghi lại lớp chính xác CSI là:

trong đó c và d là các hệ số không đổi theo công thức (3.6); x k - giá trị cuối cùng phạm vi đo; x - giá trị hiện tại;

trong đó b= d; a = c-b;

3) ký hiệu tượng trưng, ​​đặc trưng của CCA nước ngoài,

op = ± ,

GOST 8.009 - 84 cung cấp hai mô hình chính (Ml và MP) để hình thành phức hợp NMX, tương ứng với hai mô hình xuất hiện lỗi SI, dựa trên sự kết hợp thống kê của các lỗi này.

Mô hình này có thể áp dụng cho SI, thành phần sai số ngẫu nhiên của nó có thể bỏ qua. Mô hình này bao gồm việc tính toán các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần của sai số SI để đảm bảo xác suất P = 1 ngăn ngừa sai số SI vượt quá giới hạn tính toán. Model II được sử dụng cho các phép đo quan trọng nhất liên quan đến việc tính đến các yếu tố kỹ thuật và kinh tế, hậu quả thảm khốc có thể xảy ra, các mối đe dọa đối với sức khỏe con người, v.v. Khi số lượng thành phần vượt quá ba, mô hình này đưa ra kết quả khó hơn (do bao gồm các thành phần hiếm khi xảy ra), nhưng ước tính đáng tin cậy “từ phía trên” của sai số SI chính.

Mô hình 1 đưa ra ước tính hợp lý về sai số SI chính với xác suất P<1 из-за пренебрежения редко реализующимися составляющими погрешности.

Do đó, phức hợp NMX cho các mô hình lỗi I và II cung cấp sự tích hợp thống kê của các thành phần lỗi riêng lẻ, có tính đến tầm quan trọng của chúng.

Tuy nhiên, đối với một số SI, việc thống nhất thống kê như vậy là không thực tế. Đây là các dụng cụ đo công nghiệp (trong quy trình công nghệ) chính xác trong phòng thí nghiệm để đo các quá trình thay đổi chậm trong các điều kiện gần với các dụng cụ đo mẫu thông thường, khi sử dụng, không thực hiện quan sát lặp lại với giá trị trung bình. Trong các công cụ như vậy, sai số chính hoặc tổng số học của các giá trị lớn nhất có thể có của các thành phần lỗi riêng lẻ có thể được coi là công cụ (mô hình III).

Có thể tính tổng số học các giá trị lớn nhất của các thành phần lỗi nếu số lượng thành phần đó không quá ba. Trong trường hợp này, việc ước tính tổng sai số của thiết bị trên thực tế sẽ không khác với tổng thống kê.

4. PHÂN LOẠI TÍN HIỆU

Tín hiệu là vật mang thông tin vật chất đại diện cho một quá trình vật lý nhất định, một trong các tham số của quá trình đó có liên quan về mặt chức năng với đại lượng vật lý được đo. Tham số này được gọi là thông tin.

Tín hiệu đo là tín hiệu chứa thông tin định lượng về đại lượng vật lý được đo. Các khái niệm, thuật ngữ và định nghĩa cơ bản trong lĩnh vực đo tín hiệu được thiết lập theo GOST 16465 70 "Tín hiệu vô tuyến. Thuật ngữ và định nghĩa". Các tín hiệu đo rất đa dạng. Phân loại của chúng theo các tiêu chí khác nhau được thể hiện trong Hình 3.

Dựa trên bản chất của việc đo các thông số thông tin và thời gian, tín hiệu đo được chia thành tín hiệu tương tự, tín hiệu rời rạc và tín hiệu số.

Tín hiệu tương tự là tín hiệu được mô tả bởi hàm liên tục hoặc hàm liên tục từng phần Y a (t) và cả hàm này và đối số t của nó có thể nhận bất kỳ giá trị nào trong các khoảng Y nhất định<=(Y min ; Y max) и t6(t mjn ; t max)

Tín hiệu rời rạc là tín hiệu thay đổi một cách rời rạc theo thời gian hoặc mức độ. Trong trường hợp đầu tiên, có thể lấy nT tại các thời điểm riêng biệt, trong đó T = const - khoảng thời gian lấy mẫu (chu kỳ), n = 0; 1; 2;. số nguyên, bất kỳ giá trị Y JI (nT)e(Y min ; Y max), được gọi là mẫu hoặc mẫu. Những tín hiệu như vậy được mô tả bằng các hàm mạng. Trong trường hợp thứ hai, các giá trị của tín hiệu Y a (t) tồn tại bất cứ lúc nào te(t niin ; t max), nhưng chúng có thể có một phạm vi giá trị giới hạn h ; =nq, bội số của lượng tử q.

Tín hiệu số là tín hiệu lượng tử hóa theo mức và tín hiệu rời rạc theo thời gian Y u (nT), được mô tả bằng các hàm mạng lượng tử hóa (chuỗi lượng tử hóa), tại các thời điểm rời rạc PT chỉ chấp nhận một chuỗi hữu hạn các giá trị rời rạc của các mức lượng tử hóa h 1, h 2,., h n

Theo tính chất thay đổi theo thời gian, tín hiệu được chia thành các hằng số có giá trị không thay đổi theo thời gian và các biến có giá trị thay đổi theo thời gian. Tín hiệu không đổi là loại tín hiệu đo đơn giản nhất.

Các tín hiệu thay đổi có thể liên tục theo thời gian hoặc dạng xung. Tín hiệu có tham số thay đổi liên tục được gọi là tín hiệu liên tục. Tín hiệu xung là tín hiệu có năng lượng hữu hạn, khác biệt đáng kể so với 0 trong một khoảng thời gian giới hạn tương xứng với thời gian hoàn thành quá trình nhất thời trong hệ thống mà tín hiệu này tác động lên.

Theo mức độ sẵn có của thông tin tiên nghiệm, các tín hiệu đo lường thay đổi được chia thành xác định, gần như xác định và ngẫu nhiên. Tín hiệu xác định là tín hiệu có quy luật thay đổi đã biết và mô hình không chứa các tham số chưa biết. Các giá trị tức thời của tín hiệu xác định được biết bất cứ lúc nào. Các tín hiệu ở đầu ra của thước đo có tính xác định (với mức độ chính xác nhất định). Ví dụ: tín hiệu đầu ra của máy phát sóng hình sin tần số thấp được đặc trưng bởi các giá trị biên độ và tần số được đặt trên các bộ điều khiển của nó. Các lỗi trong việc thiết lập các tham số này được xác định bởi các đặc tính đo lường của máy phát.

Tín hiệu gần như xác định là tín hiệu có bản chất thay đổi một phần được biết đến theo thời gian, tức là với một hoặc nhiều tham số chưa biết. Chúng thú vị nhất từ ​​quan điểm đo lường. Phần lớn các tín hiệu đo lường là gần như xác định.

Các tín hiệu xác định và gần như xác định được chia thành cơ bản, được mô tả bằng các công thức toán học đơn giản và phức tạp. Tín hiệu cơ bản bao gồm tín hiệu không đổi và tín hiệu hài, cũng như các tín hiệu được mô tả bởi hàm đơn vị và hàm delta.

Tín hiệu có thể là định kỳ hoặc không định kỳ. Tín hiệu không định kỳ được chia thành gần như định kỳ và nhất thời. Gần như định kỳ là tín hiệu có giá trị gần như lặp lại khi một số khoảng thời gian gần như được chọn đúng được thêm vào đối số thời gian. Tín hiệu định kỳ là trường hợp đặc biệt của tín hiệu đó. Hầu hết các hàm tuần hoàn thu được bằng cách cộng các hàm tuần hoàn với các chu kỳ vô tỉ, ví dụ Y(t) sin(cot) - sin(V2(0t).

Một tín hiệu được gọi là định kỳ, các giá trị tức thời của nó được lặp lại trong một khoảng thời gian không đổi. Chu kỳ T của tín hiệu là một tham số bằng khoảng thời gian nhỏ nhất đó. Tần số f của tín hiệu tuần hoàn là nghịch đảo của chu kỳ.

Một tín hiệu định kỳ được đặc trưng bởi một phổ. Có ba loại quang phổ:

* hàm phức tạp của một đối số rời rạc là bội số của một số nguyên các giá trị tần số f của tín hiệu định kỳ Y(t)

* biên độ - một hàm của một đối số rời rạc, là mô-đun của phổ phức tạp của tín hiệu định kỳ

* pha - một hàm của một đối số rời rạc, là một đối số của phổ phức của tín hiệu định kỳ

Theo định nghĩa, một hệ thống đo lường được thiết kế để nhận biết, xử lý và lưu trữ thông tin đo lường trong trường hợp chung là các đại lượng vật lý không đồng nhất thông qua các kênh đo (IC) khác nhau. Do đó, việc tính toán sai số của một hệ thống đo lường liên quan đến việc ước tính sai số của các kênh riêng lẻ của nó.

Sai số tương đối của IR sẽ bằng

trong đó x là giá trị hiện tại của giá trị đo được;

x P - giới hạn của phạm vi đo kênh nhất định tại đó sai số tương đối là nhỏ nhất;

Sai số tương đối được tính lần lượt ở đầu và cuối phạm vi.

IR - một chuỗi các liên kết nhận biết, chuyển đổi và ghi lại khác nhau

5. Phát triển kênh

5.1 Phát triển mô hình kênh

Trong các kênh truyền dữ liệu thực, tín hiệu bị ảnh hưởng bởi nhiễu phức tạp và gần như không thể đưa ra mô tả toán học về tín hiệu nhận được. Vì vậy, khi nghiên cứu việc truyền tín hiệu qua các kênh người ta sử dụng mô hình lý tưởng hóa của các kênh này. Mô hình kênh truyền dữ liệu được hiểu là mô tả kênh cho phép người ta tính toán hoặc đánh giá các đặc tính của nó, trên cơ sở đó người ta có thể khám phá nhiều cách khác nhau để xây dựng hệ thống truyền thông mà không cần dữ liệu thử nghiệm trực tiếp.

Mô hình của kênh liên tục được gọi là kênh Gaussian. Nhiễu trong đó có tính chất cộng thêm và thể hiện một quá trình chuẩn ergodic với kỳ vọng toán học bằng 0. Kênh Gaussian chỉ phản ánh khá tốt kênh có nhiễu dao động. Đối với nhiễu nhân lên, mô hình kênh có phân bố Rayleigh được sử dụng. Đối với nhiễu xung, một kênh có phân bố hyperbol được sử dụng.

Mô hình kênh rời rạc trùng với mô hình nguồn lỗi.

Một số mô hình toán học về phân bố lỗi trong các kênh truyền thông thực tế đã được đưa ra như Hilbert, Mertz, Maldenbrot, v.v..

5.2 Phát triển mô hình kênh đo

Trước đây, thiết bị đo được thiết kế và chế tạo chủ yếu dưới dạng dụng cụ riêng biệt được thiết kế để đo một hoặc một số đại lượng vật lý. Hiện nay, việc tiến hành các thí nghiệm khoa học, tự động hóa các quy trình sản xuất, kiểm soát và chẩn đoán phức tạp là không thể tưởng tượng được nếu không sử dụng hệ thống thông tin đo lường (MIS) cho nhiều mục đích khác nhau, giúp có thể tự động lấy thông tin cần thiết trực tiếp từ đối tượng được nghiên cứu, xử lý. nó và phát hành nó theo mẫu được yêu cầu. Các hệ thống đo lường chuyên dụng đang được phát triển cho hầu hết các lĩnh vực khoa học và công nghệ.

Khi thiết kế IIS theo các đặc tính kỹ thuật và vận hành nhất định, một nhiệm vụ phát sinh liên quan đến việc lựa chọn cấu trúc hợp lý và một bộ phương tiện kỹ thuật để xây dựng nó. Cấu trúc của hệ thống thông tin chủ yếu được xác định bởi phương pháp đo lường làm cơ sở cho nó cũng như số lượng và loại phương tiện kỹ thuật theo quy trình thông tin diễn ra trong hệ thống. Việc đánh giá bản chất của quy trình thông tin và các loại chuyển đổi thông tin có thể được thực hiện dựa trên phân tích mô hình thông tin hệ thống thông tin, nhưng việc xây dựng nó là một quá trình khá tốn nhiều công sức và bản thân mô hình này phức tạp đến mức khiến nó trở nên phức tạp. khó khăn để giải quyết vấn đề.

Do thực tế là ở thế hệ thứ ba, việc xử lý thông tin IMS được thực hiện chủ yếu bởi các máy tính phổ thông, là thành phần cấu trúc của IMS và khi thiết kế IMS, chúng được chọn từ một số lượng hạn chế các máy tính nối tiếp, mô hình thông tin của IMS có thể được đơn giản hóa bằng cách rút gọn nó thành mô hình kênh đo (MC). Tất cả các kênh đo lường của IIS, bao gồm các yếu tố của quy trình thông tin, từ việc nhận thông tin từ đối tượng nghiên cứu hoặc điều khiển đến hiển thị hoặc xử lý và lưu trữ, đều chứa một số loại hạn chế nhất định.

sự biến đổi của thông tin. Bằng cách kết hợp tất cả các loại chuyển đổi thông tin trong một kênh đo và cách ly kênh sau với IMS, đồng thời lưu ý rằng tín hiệu tương tự luôn hoạt động ở đầu vào của hệ thống đo, chúng tôi thu được hai mô hình kênh đo trực tiếp (Hình 2). 4a) và các phép biến đổi ngược (Hình 4b) ) của thông tin đo lường.

Trên các mô hình, tại các nút 0 - 4, thông tin được chuyển đổi. Các mũi tên chỉ hướng của luồng thông tin và ký hiệu chữ cái của chúng chỉ ra loại chuyển đổi.

Nút 0 là đầu ra của đối tượng nghiên cứu hoặc điều khiển, trên đó thông tin tương tự A được tạo ra, xác định trạng thái của đối tượng. Thông tin A đến nút 1, tại đó nó được chuyển đổi sang dạng An để chuyển đổi tiếp theo trong hệ thống. Trong nút 1, việc chuyển đổi sóng mang thông tin phi điện thành sóng mang thông tin điện, khuếch đại, chia tỷ lệ, tuyến tính hóa, v.v. có thể được thực hiện, tức là chuẩn hóa các tham số của sóng mang thông tin A.

Ở nút 2, sóng mang thông tin chuẩn hóa A™ để truyền qua đường truyền thông được điều chế và cung cấp dưới dạng tín hiệu An tương tự hoặc tín hiệu Dm rời rạc.

Thông tin tương tự A n trong nút 3 được giải điều chế và gửi đến nút 4, nơi nó được đo và hiển thị.

Hình 4 Mô hình kênh đo các phép biến đổi thông tin đo trực tiếp (a) và ngược (b)

Thông tin rời rạc trong nút Z 1 hoặc được chuyển đổi thành thông tin tương tự A n và đi vào nút 4 1, hoặc sau khi chuyển đổi kỹ thuật số, nó được gửi đến thiết bị hiển thị thông tin kỹ thuật số hoặc tới thiết bị xử lý nó.

Trong một số IC, sóng mang thông tin chuẩn hóa A từ nút 1 ngay lập tức chuyển đến nút 4 1 để đo và hiển thị. Trong các IC khác, thông tin tương tự A, không có thao tác chuẩn hóa, sẽ ngay lập tức đi vào nút 2, nơi nó được lấy mẫu.

Do đó, mô hình thông tin (Hình 4a) có sáu nhánh qua đó các luồng thông tin được truyền đi: analog 0-1-2-3 1 -4 1 và 0-1-4 1 và analog-rời rạc 0-1-2-3 2 -4 1 , 0-1-2-3 2 -4 2 và 0-2-З 2 -4 1 , 0-2-3 2 -4 2 . Nhánh 0-l-4 1 không được sử dụng khi xây dựng các kênh đo của IMS mà chỉ được sử dụng trong các thiết bị đo tự động và do đó không được hiển thị trong Hình 4a.

Mô hình trong Hình 4 b khác với mô hình trong Hình 4 a chỉ ở chỗ có các nhánh 3 2 -1"-0, 3 1 -1"-0, 3 2 -1"-1 và 3 1 - 1"- 1, qua đó thực hiện việc truyền ngược* của sóng mang thông tin tương tự A n. Tại nút 1, sóng mang thông tin rời rạc đầu ra A l được chuyển đổi thành tín hiệu đồng nhất với sóng mang thông tin đầu vào A hoặc sóng mang thông tin chuẩn hóa A n tín hiệu A. Việc bồi thường có thể được thực hiện theo cả A và A n.

Phân tích các mô hình thông tin của các kênh đo của IMS cho thấy khi xây dựng chúng theo phương pháp chuyển đổi trực tiếp chỉ có thể thực hiện được 5 biến thể cấu trúc và khi sử dụng phương pháp đo với chuyển đổi thông tin nghịch đảo (bù) 20.

Trong hầu hết các trường hợp (đặc biệt là khi xây dựng IIS cho các đối tượng ở xa), mô hình thông tin tổng quát của IC IIS có dạng như trong Hình 4a Các nhánh rời rạc tương tự 0-1-2-3 2 -4 2 và 0-. 2-3 2 là phổ biến nhất. Có thể thấy, đối với các nhánh được chỉ định, số cấp độ chuyển đổi thông tin thành IC không vượt quá ba.

Vì các nút chứa các phương tiện kỹ thuật biến đổi thông tin, có tính đến số lượng cấp độ chuyển đổi hạn chế nên chúng có thể được kết hợp thành ba nhóm. Điều này sẽ cho phép, khi phát triển IC IIS, chọn các phương tiện kỹ thuật cần thiết để triển khai một cấu trúc cụ thể. Nhóm phương tiện kỹ thuật của nút 1 bao gồm toàn bộ bộ đầu dò đo chính, cũng như các đầu dò đo lường (chuẩn hóa) thống nhất (UMT) thực hiện chia tỷ lệ, tuyến tính hóa, chuyển đổi nguồn, v.v.; khối hình thành bài kiểm tra và các biện pháp mẫu mực.

Tại nút 2, nếu có các nhánh tương tự-rời rạc thì còn có một nhóm thiết bị đo khác: bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC), công tắc (CM), dùng để kết nối nguồn thông tin tương ứng với IR hoặc thiết bị xử lý , cũng như các kênh truyền thông (CC).

Nhóm thứ ba (nút 3) kết hợp các bộ chuyển đổi mã (PC), bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) và các đường trễ (DL).

Cấu trúc IC đã cho, thực hiện phương pháp đo trực tiếp, được hiển thị mà không có phần tử chuyển mạch và các kết nối ADC điều khiển hoạt động. Nó là tiêu chuẩn và hầu hết IMS đa kênh đều được xây dựng trên cơ sở của nó, đặc biệt là IMS tầm xa.

Điều đáng quan tâm là các phương pháp tính IC cho các mô hình thông tin khác nhau đã thảo luận ở trên. Một phép tính toán học nghiêm ngặt là không thể, nhưng bằng cách sử dụng các phương pháp tiếp cận đơn giản để xác định các thành phần của sai số thu được, các tham số và luật phân phối, xác định giá trị của xác suất tin cậy và tính đến mối tương quan giữa chúng, có thể tạo và tính toán một mô hình toán học đơn giản của một kênh đo thực. Các ví dụ về tính toán sai số của các kênh bằng đầu ghi analog và kỹ thuật số được xem xét trong tác phẩm của P.V.

VĂN HỌC

1. V. M. Pestrikov Thợ điện gia đình và hơn thế nữa... Ed. Nit. - tái bản lần thứ 4

2. AG Sergeev, V.V. Krokhin. Đo lường, ồ. sổ tay, Moscow, Logos, 2000

3. Goryacheva G. A., Dobromyslov E. R. Tụ điện: Sổ tay. - M.: Đài phát thanh và truyền thông, 1984

4. Rannev G. G. Phương pháp và dụng cụ đo: M.: Trung tâm xuất bản "Học viện", 2003

5. http://www.biolock.ru

6. Kalashnikov V.I., Nefedov S.V., Putilin A.B. Thiết bị và công nghệ đo lường thông tin: sách giáo khoa. cho các trường đại học. - M.: Cao hơn. trường học, 2002

Tài liệu tương tự

Mô tả nguyên lý hoạt động của cảm biến analog và lựa chọn model của nó. Lựa chọn và tính toán bộ khuếch đại thuật toán. Nguyên lý hoạt động và lựa chọn vi mạch chuyển đổi tương tự sang số. Phát triển thuật toán chương trình. Mô tả và thực hiện giao diện đầu ra.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 04/02/2014


Chuẩn bị tín hiệu tương tự để xử lý kỹ thuật số. Tính toán mật độ phổ của tín hiệu tương tự. Đặc điểm tổng hợp bộ lọc số dựa trên bộ lọc nguyên mẫu tương tự nhất định. Tính toán và xây dựng đặc tính thời gian của bộ lọc tương tự.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 02/11/2011


Tính toán đặc tính bộ lọc trong miền thời gian và tần số sử dụng biến đổi Fourier nhanh, tín hiệu đầu ra trong miền thời gian và tần số sử dụng biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo; xác định công suất nhiễu của chính bộ lọc.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 28/10/2011


Phát triển bộ chuyển đổi tương tự sang số và bộ lọc thông thấp hoạt động. Lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa như các quá trình chuyển đổi tín hiệu cho phần vi xử lý. Thuật toán hoạt động của thiết bị và mạch điện của nó.

tóm tắt, được thêm vào ngày 29/01/2011


Thông số luồng kỹ thuật số 4:2:2. Phát triển sơ đồ mạch. Chuyển đổi công nghệ ky thuật sô, bộ lọc thông thấp, bộ khuếch đại tín hiệu analog, tầng đầu ra, bộ mã hóa PAL. Phát triển cấu trúc liên kết PCB.

luận văn, bổ sung 19/10/2015


Thuật toán tính toán bộ lọc trong miền thời gian và tần số bằng cách sử dụng biến đổi Fourier nhanh rời rạc (FFT) và biến đổi Fourier nhanh nghịch đảo (IFFT). Tính toán tín hiệu đầu ra và công suất nhiễu vốn có của bộ lọc tổng hợp.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 26/12/2011


Phân loại các bộ lọc theo loại đặc tính biên độ-tần số của chúng. Xây dựng sơ đồ các đơn vị chức năng. Tính toán bộ lọc điện từ để tách chùm electron. Xác định điện trở hoạt động của bộ chỉnh lưu và pha diode.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 11/12/2012


Xây dựng sơ đồ khối các thiết bị phát và thu của hệ thống truyền dẫn thông tin đa kênh với PCM; tính toán các thông số thời gian và tần số cơ bản. Đồ án điều chế biên độ xung để chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu AIM.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 20/07/2014


Sơ đồ khối điển hình của một thiết bị điện tử và hoạt động của nó. Thuộc tính của bộ lọc tần số, đặc điểm của nó. Tính toán bộ biến đổi điện áp đầu vào. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phần tử rơle. Tính toán phần tử trễ thời gian tương tự.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 14/12/2014


Xem xét thiết kế của bộ chuyển đổi đo biến trở và nguyên lý hoạt động của nó. Nghiên cứu sơ đồ khối chuyển đổi tín hiệu tương tự từ bộ điều khiển đo sang dạng số. Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của ADC song song.

Những khó khăn đáng kể nảy sinh khi giảm sai số ngẫu nhiên khi đo một đại lượng thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp này, để có được ước tính tốt nhất về giá trị đo được, quy trình lọc được sử dụng. Tùy thuộc vào loại biến đổi được sử dụng, lọc tuyến tính và phi tuyến được phân biệt, trong đó việc thực hiện các quy trình riêng lẻ có thể được thực hiện cả trong phần cứng và phần mềm.

Bộ lọc có thể được sử dụng không chỉ để triệt tiêu nhiễu gây ra trên các mạch đầu vào của truyền tín hiệu tương tự, mà, nếu cần, để hạn chế phổ của tín hiệu đầu vào và khôi phục phổ của tín hiệu đầu ra (điều này đã được thảo luận trước đó). Nếu cần, có thể sử dụng các bộ lọc có tần số cắt có thể điều chỉnh được.

Việc sử dụng tính năng tự động sửa các lỗi hệ thống có thể được coi là sự thích ứng của kênh với trạng thái của chính nó. Việc sử dụng cơ sở phần tử hiện đại cho phép ngày nay triển khai các mạch đầu vào thích ứng với các đặc tính của tín hiệu đầu vào, đặc biệt là với dải động của nó. Để thích ứng như vậy, cần có bộ khuếch đại đầu vào có mức tăng được kiểm soát. Nếu dựa trên kết quả của các phép đo trước đó, có thể xác định rằng dải động của tín hiệu nhỏ so với dải động của tín hiệu đầu vào ADC thì độ lợi của bộ khuếch đại sẽ tăng lên cho đến khi dải động của tín hiệu tương ứng với phạm vi hoạt động của ADC Bằng cách này, có thể giảm thiểu lỗi lấy mẫu tín hiệu và do đó tăng độ chính xác của phép đo. Sự thay đổi mức tăng tín hiệu ở đầu vào được tính đến trong phần mềm khi xử lý kết quả đo bằng bộ điều khiển kỹ thuật số.

Các tiêu chí để đánh giá sự tương ứng giữa dải động của tín hiệu và dải hoạt động của ADC sẽ được thảo luận thêm và các phương pháp điều chỉnh kênh đầu vào với các đặc tính tần số của tín hiệu đầu vào cũng sẽ được xem xét.

2.4. Thiết bị lấy mẫu và giữ

Khi thu thập thông tin và chuyển đổi thông tin sau đó, thường cần phải cố định giá trị của tín hiệu tương tự trong một khoảng thời gian nhất định. Với mục đích này, các thiết bị lấy mẫu và lưu trữ (SSD) được sử dụng. Một tên khác cho các thiết bị như vậy là thiết bị lưu trữ analog (AMD). Công việc của họ được thực hiện theo hai chế độ. Ở chế độ lấy mẫu (theo dõi), chúng phải lặp lại tín hiệu tương tự đầu vào ở đầu ra và ở chế độ lưu trữ, chúng phải lưu trữ và xuất ra đầu ra của mình điện áp đầu vào cuối cùng trước thời điểm thiết bị chuyển sang chế độ này.

Trong trường hợp đơn giản nhất, khi xây dựng UVH, để thực hiện các thao tác này chúng ta chỉ cần một tụ điện VỚI XP và chìa khóa S(Hình 2.12. MỘT). Khi đóng công tắc, điện áp trên tụ và ở đầu ra của UVH sẽ lặp lại đầu vào. Khi chìa khóa được mở, điện áp trên tụ điện, giá trị của nó sẽ bằng điện áp đầu vào tại thời điểm chìa khóa được mở, sẽ được lưu trữ trên đó và truyền đến đầu ra của UVH.

https://pandia.ru/text/78/077/images/image030_18.jpg" width="457" Height="428 src=">

Cơm. 2.12. Sơ đồ chức năng của UVH ( MỘT) và sơ đồ thời gian hoạt động của nó ( b)

Rõ ràng, trong thực tế thực hiện, mức điện áp trên tụ điện ở chế độ lưu trữ sẽ không đổi (Hình 2.12. b) do nó phóng điện bằng dòng điện vào tải và phóng điện do dòng điện rò của chính nó. Để điện áp tụ điện duy trì ở mức chấp nhận được càng lâu càng tốt ở đầu ra UVH, một bộ lặp được lắp đặt trên op-amp ( D.A. 1 trong hình. 2.12. MỘT). Như bạn đã biết, bộ lặp có trở kháng đầu vào cao. Điều này “tách” mạch tụ điện và mạch tải về điện trở và làm giảm đáng kể sự phóng điện của tụ điện qua tải. Để giảm dòng điện rò rỉ của chính mình, bạn cần chọn một tụ điện có chất điện môi chất lượng cao. Và tất nhiên, để điện áp trên tụ giữ không đổi càng lâu thì cần phải lấy điện dung càng lớn càng tốt.

Khi chuyển UVH từ chế độ lưu trữ sang chế độ theo dõi, điện áp trên tụ sẽ không đạt ngay mức điện áp đầu vào hiện tại (Hình 2.12. b). Thời gian để điều này xảy ra sẽ được xác định bằng thời gian để tụ điện tích điện - thời gian này được gọi là thời gian thu nhận hoặc thời gian lấy mẫu. Tụ điện sẽ sạc càng nhanh thì dòng điện tích của nó càng lớn. Để dòng điện này không bị giới hạn bởi điện trở đầu ra của giai đoạn trước, một bộ lặp cũng được lắp đặt ở đầu vào của UVH tại op-amp ( D.A. 2 trong hình. 2.12. MỘT). Trong trường hợp này, đặc tính của bộ lặp có trở kháng đầu ra thấp được sử dụng. Tụ điện sẽ sạc càng nhanh thì dung lượng của nó càng nhỏ. Do đó, các điều kiện để chọn giá trị điện dung của tụ điện để UVH hoạt động tối ưu ở các chế độ khác nhau là trái ngược nhau - điện dung của tụ điện phải được chọn mỗi lần dựa trên các yêu cầu cụ thể về thời gian của các chế độ hoạt động của nó.

Tín hiệu đầu vào điều khiển tải điện dung. Do đó, để chế tạo nó, các bộ khuếch đại hoạt động ổn định ở mức tăng thống nhất và tải điện dung lớn được sử dụng.

Khi sử dụng UVH trong ADC, theo quy luật, thời gian lưu trữ không dài hơn nhiều so với thời gian chuyển đổi của ADC. Trong trường hợp này, giá trị tụ điện được chọn theo cách sao cho có được thời gian bắt tốt nhất, với điều kiện là độ sụt điện áp trong một lần chuyển đổi không vượt quá giá trị của bit ít quan trọng nhất của ADC.

Vì tổn thất điện môi trong tụ điện lưu trữ là một trong những nguyên nhân gây ra lỗi nên tốt nhất nên chọn tụ điện có chất điện môi làm bằng polypropylen, polystyren và Teflon. Tụ mica và polycarbonate vốn đã có những đặc tính rất tầm thường. Và bạn hoàn toàn không nên sử dụng tụ gốm.

Các đặc tính chính xác của UVH bao gồm điện áp bù 0, thường không vượt quá 5 mV (nếu sử dụng op-amp có bóng bán dẫn lưỡng cực ở đầu vào; op-amps có bóng bán dẫn hiệu ứng trường ở đầu vào có số 0 đáng kể hơn offset) và độ lệch của điện áp cố định đối với dung lượng tụ điện nhất định (đối với các UVH khác nhau từ 10-3 đến 10-1 V/s được chuẩn hóa ở công suất VỚI XP = 1.000 pF). Lượng trôi dạt có thể được giảm bằng cách tăng điện dung VỚI Nhân sự. Tuy nhiên, điều này làm suy giảm đặc tính động của mạch.

Các đặc tính động của UVH bao gồm: thời gian lấy mẫu, cho biết quá trình sạc một tụ điện lưu trữ với mức dung sai nhất định kéo dài bao lâu, trong những điều kiện bất lợi nhất; và độ trễ khẩu độ - khoảng thời gian tính từ thời điểm điện áp điều khiển bị loại bỏ cho đến khi phím khóa thực sự.

Có nhiều mạch tích hợp lấy mẫu và giữ với hiệu suất tốt. Một số mạch bao gồm một tụ điện lưu trữ bên trong và đảm bảo thời gian lấy mẫu tối đa hàng chục hoặc hàng trăm nano giây với độ chính xác 0,01% đối với tín hiệu 10 V. Giá trị độ trễ khẩu độ cho các UVH phổ biến không vượt quá 100 ns. Nếu cần hiệu suất cao hơn, có thể sử dụng UVH lai và mô-đun.

Như một ví dụ về cấu trúc thực tế của UVH trong Hình. Hình 2.13 thể hiện sơ đồ chức năng của LSI K1100SK2 (LF398). Mạch có phản hồi tiêu cực chung bao phủ toàn bộ mạch - từ đầu ra của bộ theo dõi đến op-amp D.A. 2 đến đầu vào bộ lặp trên bộ khuếch đại D.A. 1.

Hẹn hò" href="/text/category/datirovaniye/" rel="bookmark">hẹn hò với số đọc ADC khi đo tín hiệu thay đổi, trong các hệ thống đo đa kênh để lấy đồng thời dữ liệu từ nhiều cảm biến khác nhau, loại bỏ phát xạ tần số cao trong Tín hiệu đầu ra DAC khi thay đổi mã. Những ứng dụng này và các ứng dụng khác của UVC sẽ được thảo luận chi tiết hơn trong tài liệu tiếp theo.

3. BỘ CHUYỂN ĐỔI KỸ THUẬT SỐ SANG ANALOG

3.1 Phương pháp thực hiện chung

Bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tương tự (DAC) là thiết bị được sử dụng để chuyển đổi mã kỹ thuật số thành tín hiệu tương tự có độ lớn tỷ lệ với giá trị mã.

DAC được sử dụng rộng rãi để kết nối các hệ thống điều khiển kỹ thuật số với bộ truyền động và cơ chế được điều khiển bởi mức tín hiệu tương tự, như các thành phần các thiết bị và bộ chuyển đổi tương tự sang số phức tạp hơn.

Trong thực tế, DAC chủ yếu được sử dụng để chuyển đổi mã nhị phân, vì vậy chúng ta sẽ chỉ thảo luận thêm về các DAC đó.

Trước hết, bất kỳ DAC nào cũng được đặc trưng bởi chức năng chuyển đổi của nó, kết nối sự thay đổi giá trị đầu vào (mã kỹ thuật số) với sự thay đổi giá trị đầu ra (điện áp hoặc dòng điện). 3.1.

Cơm. 3.1. Hàm chuyển đổi (đặc tính truyền) của DAC

Về mặt phân tích, hàm chuyển đổi DAC có thể được biểu diễn như sau (đối với trường hợp tín hiệu đầu ra được biểu thị bằng điện áp):

bạn NGOÀI = ( bạn TỐI ĐA / N TỐI ĐA) N VX, ở đâu

bạn OUT – giá trị điện áp đầu ra tương ứng với mã kỹ thuật số N VX được cung cấp cho đầu vào DAC.

bạn MAX – điện áp đầu ra tối đa tương ứng với mã tối đa được áp dụng cho đầu vào N TỐI ĐA.

Kích cỡ ĐẾN DAC được xác định bởi tỷ lệ bạn TỐI ĐA/ N MAX được gọi là tỷ lệ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự. Tính cố định của nó đối với toàn bộ phạm vi thay đổi của các đối số xác định tỷ lệ giữa những thay đổi trong giá trị của tín hiệu tương tự đầu ra với những thay đổi tương ứng trong giá trị của mã đầu vào. Đó là lý do tại sao, mặc dù tính chất từng bước của đặc tính liên quan đến sự thay đổi rời rạc trong giá trị đầu vào (mã kỹ thuật số), người ta tin rằng DAC là bộ chuyển đổi tuyến tính.

Nếu giá trị N VX có thể được biểu diễn thông qua các giá trị trọng số của các bit của nó, hàm chuyển đổi DAC có thể được biểu diễn như sau:

bạn OUT = DAC, trong đó

Tôi– số của chữ số mã đầu vào N VX;

MỘT Tôi đánh giá Tôi chữ số thứ (không hoặc một);

bạn tôi nặng Tôi-loại thứ;

N– số bit của mã đầu vào (số bit của DAC).

Phương pháp ghi lại chức năng chuyển đổi này phần lớn phản ánh nguyên tắc hoạt động của hầu hết các DAC, về cơ bản bao gồm tổng các phần của một giá trị đầu ra analog (tổng các số đo analog), mỗi phần tỷ lệ với trọng số của chữ số tương ứng.

Nói chung, theo phương pháp xây dựng, DAC được phân biệt bằng tổng trọng số của dòng điện, với tổng trọng số của điện áp và dựa trên bộ chia điện áp được điều khiển bằng mã.

Khi xây dựng DAC dựa trên tổng trọng số của dòng điện phù hợp với giá trị các bit của mã đầu vào N Các tín hiệu VX từ các bộ tạo dòng điện được tổng hợp và tín hiệu đầu ra được biểu thị bằng dòng điện. Cấu trúc của DAC 4-bit sử dụng nguyên lý này được minh họa trong hình 2. 3.2. Các giá trị của dòng điện máy phát được chọn tỷ lệ thuận với trọng lượng của các lần phóng điện mã nhị phân, tức là nếu giá trị hiện tại của bộ tạo dòng nhỏ nhất tương ứng với bit có trọng số nhỏ nhất của mã đầu vào bằng TÔI, thì giá trị của mỗi giá trị tiếp theo phải lớn gấp đôi giá trị trước đó - 2 TÔI, 4TÔI, 8TÔI. Mọi Tôi chữ số thứ của mã đầu vào NĐiều khiển VX Tôi-phím thứ S Tôi. Nếu như Tôi thứ hạng bằng một, thì công tắc tương ứng được đóng lại và sau đó là dòng điện của máy phát, giá trị hiện tại của nó tỷ lệ thuận với trọng lượng của nó Tôi loại thứ, tham gia vào việc hình thành dòng điện đầu ra của bộ chuyển đổi. Vì vậy, hóa ra dòng điện đầu ra là TÔIN VH.

Cơm. 3.2. Xây dựng DAC dựa trên tổng trọng số của dòng điện

N S 1, S 2 và S 4 trong sơ đồ trong hình. 3.2 sẽ bị đóng và chìa khóa S 3 – mở. Như vậy dòng điện bằng TÔI, 2TÔI và 8 TÔI. Tổng cộng chúng sẽ tạo thành dòng điện đầu ra TÔILỐI RA = 11TÔI, tức là giá trị của dòng điện đầu ra TÔI N VX = 11.

Khi xây dựng DAC dựa trên tổng trọng số của các điện áp phù hợp với giá trị các bit của mã đầu vào N Tín hiệu đầu ra I/O của DAC được hình thành từ các giá trị của các bộ tạo điện áp và được biểu thị bằng điện áp. Cấu trúc của DAC 4-bit sử dụng nguyên lý này được minh họa trong hình 2. 3.3. Các giá trị của các bộ tạo điện áp được đặt theo luật phân phối nhị phân - tỷ lệ thuận với trọng số các bit của mã nhị phân ( E, 2E, 4E và 8 E). Nếu như Tôi chữ số thứ của mã đầu vào N BX bằng 1 thì công tắc tương ứng phải mở và một máy phát điện áp có giá trị điện áp tỷ lệ thuận với trọng lượng của công tắc này Tôi-loại thứ, tham gia vào việc hình thành điện áp đầu ra bạn bộ chuyển đổi OUT. Vì vậy, hóa ra điện áp đầu ra là bạn DAC OUTPUT tỷ lệ thuận với kích thước mã đầu vào N VH.

Cơm. 3.3. Xây dựng DAC dựa trên tổng các điện áp có trọng số

Ví dụ: nếu giá trị của mã đầu vào N BX bằng mười một, tức là ở dạng nhị phân, nó được biểu diễn dưới dạng (1011), sau đó các phím được điều khiển bởi các bit tương ứng S 1, S 2 và S 4 trong sơ đồ trong hình. 3.3 sẽ được mở và chìa khóa S 3 – đóng cửa. Vì vậy, điện áp bằng E, 2E và 8 E. Tổng cộng chúng sẽ tạo thành điện áp đầu ra bạn NGOÀI = 11 TÔI, tức là giá trị của điện áp đầu ra bạn OUT sẽ tỷ lệ thuận với giá trị của mã đầu vào N VX = 11.

Trong trường hợp sau, DAC được triển khai như một bộ chia điện áp được điều khiển bằng mã (Hình 3.4).

Cơm. 3.4. Xây dựng DAC dựa trên bộ chia điện áp điều khiển bằng mã

Bộ chia điều khiển bằng mã bao gồm hai cánh tay. Nếu độ rộng bit của DAC được triển khai bằng N, thì số điện trở ở mỗi nhánh là 2 N. Điện trở của mỗi nhánh của dải phân cách được thay đổi bằng cách sử dụng phím S. Các phím được điều khiển bởi mã đơn nhất đầu ra của bộ giải mã DC, và các phím của một cánh tay được điều khiển trực tiếp bởi nó, trong khi các phím khác được điều khiển thông qua bộ biến tần. Mã đầu ra của bộ giải mã chứa số đơn vị bằng giá trị của mã đầu vào N VH. Không khó hiểu khi hệ số chia của phép chia sẽ luôn tỷ lệ thuận với giá trị của mã đầu vào N VH.

Hai phương pháp mới nhất chưa được sử dụng rộng rãi do những khó khăn thực tế trong việc thực hiện. Đối với cấu trúc DAC có tổng các điện áp có trọng số, không thể triển khai các bộ tạo điện áp cho phép chế độ ngắn mạchở đầu ra, cũng như các công tắc không có điện áp dư ở trạng thái đóng. Trong cấu trúc DAC dựa trên bộ chia được điều khiển bằng mã, mỗi nhánh trong số hai nhánh chia bao gồm rất nhiều số lượng lớnđiện trở (2 N), bao gồm cùng số lượng khóa để quản lý chúng và bộ giải mã lớn. Do đó, với cách tiếp cận này, việc triển khai DAC trở nên rất cồng kềnh. Vì vậy, cấu trúc chính được sử dụng trong thực tế là cấu trúc DAC tổng theo trọng số dòng điện.

3.2 DAC với tổng dòng điện có trọng số

Chúng ta hãy xem xét việc xây dựng một DAC đơn giản với tổng các dòng điện có trọng số. Trong trường hợp đơn giản nhất, một DAC như vậy bao gồm một ma trận điện trở và một bộ công tắc (Hình 3.5).

Cơm. 3.5. Triển khai DAC ma trận điện trở

Số lượng khóa và số điện trở trong ma trận bằng số bit N mã đầu vào N VH. Các giá trị điện trở được chọn tỷ lệ thuận với trọng số của mã nhị phân, tức là tỷ lệ thuận với các giá trị của chuỗi 2i,Tôi = 1… N. Khi một nguồn điện áp được kết nối với một nút chung của ma trận và các phím được đóng lại, dòng điện sẽ chạy qua từng điện trở. Các giá trị hiện tại của các điện trở, nhờ lựa chọn giá trị phù hợp, sẽ được phân phối theo luật nhị phân, tức là tỷ lệ thuận với trọng số của các bit của mã nhị phân. Khi gửi mã nhập cảnh N Các phím VX được bật theo giá trị của các bit tương ứng của mã đầu vào. Khóa được đóng nếu bit tương ứng bằng 1. Trong trường hợp này, trong nút hiện tại, các dòng điện được tổng hợp, tỷ lệ thuận với trọng số của các bit này và cường độ của dòng điện chạy từ toàn bộ nút sẽ tỷ lệ thuận với giá trị của mã đầu vào. N VH.

Trong cấu trúc như vậy có hai nút đầu ra. Tùy thuộc vào giá trị của các bit của mã đầu vào, các khóa tương ứng được kết nối với nút được kết nối với đầu ra của thiết bị hoặc với nút khác, nút này thường được nối đất nhất. Trong trường hợp này, dòng điện chạy liên tục qua từng điện trở của ma trận, bất kể vị trí của công tắc và lượng dòng điện tiêu thụ từ nguồn điện áp tham chiếu là không đổi.

Cơm. 3.6. Triển khai DAC dựa trên ma trận điện trở và với các công tắc

Nhược điểm chung của cả hai cấu trúc được xem xét là tỷ lệ lớn giữa giá trị nhỏ nhất và lớn nhất của điện trở ma trận. Đồng thời, mặc dù sự khác biệt lớnđịnh mức điện trở, cần phải đảm bảo sai số lắp tuyệt đối giống nhau cho cả định mức điện trở lớn nhất và nhỏ nhất. Tức là độ chính xác tương đối của việc lắp điện trở lớn phải rất cao. Trong thiết kế DAC tích hợp có số bit lớn hơn 10, điều này khá khó đạt được.

Các cấu trúc dựa trên vật liệu điện trở không có tất cả những nhược điểm này. R- 2R ma trận (Hình 3.7).

Cơm. 3.7. Triển khai dựa trên DAC R-2R ma trận điện trở

và với các phím chuyển đổi

Bạn có thể xác minh rằng với cách xây dựng ma trận điện trở này, dòng điện trong mỗi nhánh song song tiếp theo nhỏ hơn hai lần so với nhánh trước, tức là giá trị của chúng được phân phối theo luật nhị phân. Sự hiện diện trong ma trận chỉ có hai giá trị điện trở, khác nhau theo hệ số hai, giúp điều chỉnh giá trị của chúng khá đơn giản mà không yêu cầu cao về độ chính xác tương đối của việc điều chỉnh.

3.3 Thông số và lỗi DAC

Hệ thống đặc tính điện của DAC, phản ánh đặc điểm cấu trúc và hoạt động của chúng, kết hợp hơn một chục tham số. Dưới đây là những cái chính, được khuyến nghị đưa vào tài liệu quy định và kỹ thuật vì chúng mô tả phổ biến nhất và đầy đủ nhất hoạt động của bộ chuyển đổi ở chế độ tĩnh và động.

1. Number bit – số bit của mã đầu vào.

2. Hệ số chuyển đổi - tỷ lệ giữa mức tăng tín hiệu đầu ra và mức tăng tín hiệu đầu vào cho hàm tuyến tính những biến đổi.

3. Thời gian thiết lập điện áp đầu ra hoặc dòng điện - khoảng thời gian kể từ thời điểm thay đổi nhất định mã ở đầu vào DAC cho đến thời điểm tại đó điện áp hoặc dòng điện đầu ra cuối cùng đi vào vùng có chiều rộng bằng trọng số của bit có ý nghĩa nhỏ nhất (LSB), nằm đối xứng so với giá trị trạng thái ổn định. Trong bộ lễ phục. Hình 3.8 thể hiện hàm chuyển tiếp của DAC, thể hiện sự thay đổi tín hiệu đầu ra của DAC theo thời gian khi mã thay đổi. Ngoài thời gian xử lý, nó còn đặc trưng cho một số thông số động khác của DAC - lượng vượt mức của tín hiệu đầu ra, mức độ giảm chấn, tần số góc của quá trình xử lý, v.v. Khi xác định các đặc tính của một DAC cụ thể, đặc điểm này bị loại bỏ khi thay đổi mã từ giá trị 0 bằng một mã bằng một nửa giá trị lớn nhất của nó.

4. Tần số tối đa chuyển đổi – tần số lấy mẫu cao nhất mà tại đó thông số quy định tuân thủ các tiêu chuẩn đã được thiết lập.

Có các thông số khác đặc trưng cho hiệu suất của DAC và các tính năng hoạt động của nó. Chúng bao gồm: điện áp đầu vào thấp và cấp độ cao, dòng điện rò rỉ đầu ra, dòng điện tiêu thụ, điện áp đầu ra hoặc phạm vi dòng điện, hệ số ảnh hưởng đến sự mất ổn định của nguồn điện và các yếu tố khác.

Các thông số quan trọng nhất đối với DAC là những thông số xác định đặc tính độ chính xác của nó, được xác định bằng các lỗi được chuẩn hóa theo cường độ.

Cơm. 3.8. Xác định thời gian ổn định của tín hiệu đầu ra DAC

Trước hết cần phân biệt rõ ràng lỗi tĩnh và độngĐẮC. Lỗi tĩnh là các lỗi còn sót lại sau khi hoàn thành tất cả các quá trình nhất thời liên quan đến việc thay đổi mã đầu vào. Lỗi động được xác định bởi các quá trình nhất thời ở đầu ra của DAC hoặc các thành phần thành phần của nó phát sinh do thay đổi mã đầu vào.

Các loại lỗi DAC tĩnh chính được xác định như sau.

Lỗi chuyển đổi tuyệt đối tại điểm cuối của thang đo- độ lệch của giá trị điện áp (dòng điện) đầu ra so với giá trị danh nghĩa tương ứng với điểm cuối của thang đo hàm chuyển đổi. Đối với DAC hoạt động với nguồn bên ngoàiđiện áp tham chiếu được xác định mà không tính đến sai số do nguồn này gây ra. Được đo bằng đơn vị chữ số có nghĩa nhỏ nhất của chuyển đổi.

Điện áp bù bằng khôngở đầu ra – điện áp ở đầu ra của DAC với mã đầu vào bằng 0. Đo bằng đơn vị bậc thấp. Xác định độ dịch chuyển song song của hàm biến đổi thực tế và không gây ra tính phi tuyến. Đây là một lỗi bổ sung.

Lỗi hệ số chuyển đổi(tỷ lệ) – lỗi nhân liên quan đến độ lệch độ dốc của hàm biến đổi so với yêu cầu.

DAC phi tuyến tính- độ lệch của hàm biến đổi thực tế so với đường thẳng xác định. Yêu cầu chính đối với DAC theo quan điểm này là tính đơn điệu bắt buộc của đặc tính, xác định sự tương ứng rõ ràng giữa tín hiệu đầu ra và đầu vào của bộ chuyển đổi. Về mặt hình thức, yêu cầu về tính đơn điệu là sự không đổi của dấu đặc trưng của đạo hàm trong toàn bộ vùng làm việc.

Lỗi phi tuyến thường được chia thành hai loại - tích phân và vi phân.

Lỗi phi tuyến tích phân- độ lệch tối đa của đặc tính thực tế so với đặc tính lý tưởng. Trong thực tế, điều này xem xét hàm biến đổi trung bình. Lỗi này được xác định bằng tỷ lệ phần trăm của phạm vi cuối cùng của giá trị đầu ra. Tính phi tuyến tích phân phát sinh do các hiệu ứng phi tuyến khác nhau ảnh hưởng đến hoạt động của toàn bộ bộ biến đổi. Chúng được thể hiện rõ ràng nhất trong thiết kế tích hợp của bộ chuyển đổi. Ví dụ: nó có thể được liên kết với các mức gia nhiệt khác nhau trong LSI của một số điện trở phi tuyến đối với các mã đầu vào khác nhau.

Lỗi phi tuyến vi phân- độ lệch của đặc tính thực tế so với đặc tính lý tưởng đối với các giá trị mã liền kề. Những lỗi này phản ánh những sai lệch không đơn điệu của các đặc tính thực tế so với các đặc tính lý tưởng. Để mô tả toàn bộ hàm biến đổi, độ phi tuyến vi phân cục bộ với giá trị tuyệt đối tối đa được chọn. Giới hạn giá trị cho phép của độ phi tuyến vi phân được biểu thị bằng đơn vị trọng số của chữ số có nghĩa nhỏ nhất.

Hãy xem xét nguyên nhân xuất hiện các lỗi vi sai và chúng ảnh hưởng như thế nào đến chức năng chuyển đổi DAC. Hãy tưởng tượng rằng tất cả trọng số của các bit trong DAC được đặt hoàn toàn chính xác, ngoại trừ trọng số của bit quan trọng nhất.

Nếu chúng ta xem xét trình tự của tất cả các kết hợp mã cho mã nhị phân có độ sâu bit nhất định, thì các mẫu hình thành mã nhị phân sẽ xác định, trong số những thứ khác, rằng trong các kết hợp mã tương ứng với các giá trị từ 0 đến một nửa thang đo đầy đủ (từ từ 0 đến một nửa giá trị mã tối đa), bit có nghĩa nhất luôn bằng 0 và trong các tổ hợp mã tương ứng với các giá trị từ một nửa thang đo đến giá trị đầy đủ của nó, chữ số có nghĩa nhất luôn bằng một. Do đó, khi áp dụng các mã tương ứng với nửa đầu của thang giá trị mã đầu vào cho DAC, trọng số của chữ số có nghĩa nhất không tham gia vào việc hình thành tín hiệu đầu ra và khi áp dụng các mã tương ứng với nửa sau thì đó là liên tục tham gia. Nhưng nếu trọng số của chữ số này được chỉ định có lỗi thì lỗi này cũng sẽ được phản ánh trong việc hình thành tín hiệu đầu ra. Sau đó, điều này sẽ được phản ánh trong chức năng chuyển đổi DAC, như trong Hình 2. 3.9. MỘT.

Cơm. 3.9. Ảnh hưởng của lỗi tham chiếu đến chức năng chuyển đổi DAC

trọng lượng của loại cao cấp.

Từ hình. 3.9. MỘT. Có thể thấy rằng đối với nửa đầu của các giá trị mã đầu vào, hàm chuyển đổi DAC thực tương ứng với giá trị lý tưởng và đối với nửa sau của các giá trị mã đầu vào, hàm chuyển đổi thực khác với hàm chuyển đổi lý tưởng một lượng. lỗi trong việc thiết lập trọng số của bit quan trọng nhất. Có thể đạt được việc giảm thiểu ảnh hưởng của lỗi này đến chức năng chuyển đổi DAC bằng cách chọn hệ số thang đo chuyển đổi sẽ giảm lỗi ở điểm cuối của thang chuyển đổi về 0 (Hình 3.9. b). Rõ ràng là các sai số vi phân được phân bố đối xứng so với điểm giữa của thang đo. Điều này đã xác định một tên khác cho chúng - lỗi kiểu đối xứng. Đồng thời, rõ ràng là sự hiện diện của lỗi như vậy sẽ quyết định hoạt động không đơn điệu của chức năng chuyển đổi DAC.

Trong bộ lễ phục. 3.10. MỘT. Nó cho thấy chức năng chuyển đổi DAC thực sẽ khác với chức năng lý tưởng như thế nào, với điều kiện là không có lỗi trong việc thiết lập trọng số của tất cả các chữ số ngoại trừ chữ số đứng trước chữ số quan trọng nhất. Cơm. 3.10. b. hiển thị hành vi của hàm biến đổi nếu thành phần tỷ lệ của sai số tổng được chọn (giảm về 0).

Đo lường" href="/text/category/metrologiya/" rel="bookmark">việc đạt được các chỉ số đo lường một cách toàn diện, sử dụng các kỹ thuật công nghệ với nhiều phương pháp kết cấu khác nhau là hợp lý. Và khi sử dụng các bộ chuyển đổi tích hợp sẵn, các phương pháp kết cấu là cách duy nhất để cải thiện hơn nữa các đặc tính đo lường của hệ thống chuyển đổi.

Lỗi bù 0 và lỗi tỷ lệ có thể dễ dàng sửa ở đầu ra DAC. Để thực hiện điều này, một độ lệch không đổi được đưa vào tín hiệu đầu ra, bù cho độ lệch của đặc tính bộ chuyển đổi. Thang chuyển đổi yêu cầu được thiết lập bằng cách điều chỉnh bộ khuếch đại ở đầu ra của bộ chuyển đổi bộ khuếch đại hoặc bằng cách điều chỉnh giá trị của điện áp tham chiếu nếu DAC là hệ số nhân.

Với sự tăng tuần tự các giá trị của tín hiệu số đầu vào D(t) từ 0 đến 2N-1 thông qua đơn vị có trọng số nhỏ nhất (EMP), tín hiệu đầu ra U out (t) tạo thành một đường cong bậc thang. Sự phụ thuộc này thường được gọi là đặc tính chuyển đổi DAC. Trong trường hợp không có lỗi phần cứng, điểm giữa của các bước nằm trên đường thẳng lý tưởng 1 (Hình 22), tương ứng với đặc tính biến đổi lý tưởng. Đặc điểm thực sự phép biến đổi có thể khác biệt đáng kể so với kích thước và hình dạng lý tưởng của các bước cũng như vị trí trên mặt phẳng tọa độ. Để định lượng những khác biệt này, có toàn bộ dòng thông số.

Thông số tĩnh

Nghị quyết- tăng Uout khi chuyển đổi các giá trị liền kề Dj, tức là khác nhau trên EMR. Sự gia tăng này là bước lượng tử hóa. Đối với mã chuyển đổi nhị phân, giá trị danh định của bước lượng tử hóa là h=U psh /(2N-1), trong đó U psh là điện áp đầu ra tối đa danh nghĩa của DAC (điện áp toàn thang đo), N là dung lượng bit của DAC . Độ sâu bit của bộ chuyển đổi càng cao thì độ phân giải của nó càng cao.

Lỗi toàn diện- sự khác biệt tương đối giữa giá trị thực và giá trị lý tưởng của giới hạn thang chuyển đổi trong trường hợp không có độ lệch bằng 0.

Nó là thành phần nhân của tổng sai số. Đôi khi được biểu thị bằng số EMP tương ứng.

Lỗi bù bằng 0- giá trị của Uout khi mã đầu vào DAC bằng 0. Nó là một thành phần phụ của tổng sai số. Thường được biểu thị bằng milivolt hoặc dưới dạng phần trăm của thang đo đầy đủ:

Tính phi tuyến- độ lệch tối đa của đặc tính chuyển đổi thực tế U out (D) so với đặc tính tối ưu (dòng 2 trong Hình 22). Hiệu suất tối ưuđược tìm thấy bằng thực nghiệm theo cách sao cho giảm thiểu giá trị của sai số phi tuyến. Tính phi tuyến thường được xác định theo đơn vị tương đối, nhưng trong dữ liệu tham chiếu nó cũng được đưa ra trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 22.

Phi tuyến vi phân - thay đổi tối đa(có tính đến dấu) của độ lệch của đặc tính biến đổi thực tế Uout(D) so với đặc tính tối ưu khi chuyển từ một giá trị mã đầu vào này sang một giá trị mã đầu vào khác liền kề. Thường được xác định theo đơn vị tương đối hoặc trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 22,

Tính đơn điệu của đặc tính chuyển đổi là sự tăng (giảm) điện áp đầu ra DAC Uout với sự tăng (giảm) trong mã đầu vào D. Nếu độ phi tuyến vi sai lớn hơn bước lượng tử hóa tương đối h/Upsh, thì đặc tính của bộ chuyển đổi là không đơn điệu.

Sự mất ổn định nhiệt độ của bộ chuyển đổi DA được đặc trưng bởi hệ số nhiệt độ lỗi toàn thang đo và lỗi bù bằng 0.

Có thể sửa lỗi toàn bộ thang đo và lỗi bằng 0 bằng cách hiệu chỉnh (điều chỉnh). Các lỗi phi tuyến không thể được loại bỏ bằng các phương pháp đơn giản.

Thông số động

Các thông số động của DAC được xác định bởi sự thay đổi tín hiệu đầu ra khi thay đổi đột ngột mã đầu vào, thường là từ giá trị “tất cả số không” đến “tất cả số một” (Hình 23).

Cài đặt thời gian- khoảng thời gian kể từ thời điểm mã đầu vào thay đổi (trong Hình 23 t=0) cho đến lần cuối cùng thỏa mãn đẳng thức

|bạn ngoài - bạn psh |= d/2,

Tốc độ quay- tốc độ thay đổi tối đa của Uout(t) trong quá trình nhất thời. Nó được định nghĩa là tỷ lệ của số gia D Uout với thời gian t trong đó số gia này xảy ra. Thường được quy định trong thông số kỹ thuật của DAC với tín hiệu điện áp đầu ra. Đối với DAC có đầu ra dòng điện, thông số này phần lớn phụ thuộc vào loại op-amp đầu ra.

Để nhân DAC với đầu ra điện áp, tần số khuếch đại đơn vị và băng thông công suất thường được chỉ định, điều này chủ yếu được xác định bởi các đặc tính của bộ khuếch đại đầu ra.

tiếng ồn DAC

Nhiễu ở đầu ra DAC có thể xuất hiện do nhiều nguyên nhân khác nhau. quá trình vật lý, xảy ra trong các thiết bị bán dẫn. Để đánh giá chất lượng của DAC có độ phân giải cao, người ta thường sử dụng khái niệm nhiễu bình phương trung bình gốc. Chúng thường được đo bằng nV/(Hz) 1/2 trong dải tần số nhất định.

Xung điện (nhiễu xung) là các xung hoặc sụt giảm ngắn đột ngột ở điện áp đầu ra xảy ra trong quá trình thay đổi giá trị mã đầu ra do việc đóng và mở các công tắc analog ở các bit khác nhau của DAC không đồng bộ. Ví dụ: nếu khi chuyển từ giá trị mã 011...111 sang giá trị 100...000, khóa của chữ số có nghĩa nhất của bộ chuyển đổi DA tổng dòng trọng lượng mở muộn hơn so với các phím bậc thấp đóng, khi đó tín hiệu tương ứng với mã 000...000 sẽ tồn tại ở đầu ra DAC trong một thời gian.

Quá mức là điển hình cho các DAC tốc độ cao, trong đó điện dung có thể làm mịn chúng được giảm thiểu. Một cách triệt để để hạn chế lượng khí thải là sử dụng các thiết bị lấy mẫu và giữ. Lượng phát thải được đánh giá theo diện tích của chúng (tính bằng pV*s).

Trong bảng 2 được đưa ra những đặc điểm quan trọng nhất một số loại bộ chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự.

ban 2

Tên DAC	Dung lượng chữ số, bit	Số kênh	Loại đầu ra	Thời gian thiết lập, µs	Giao diện	ION nội bộ	Vôn cung cấp điện, V	Sự tiêu thụ năng lượng mW	Ghi chú
Nhiều loại DAC
572PA1	10	1	TÔI	5	-	KHÔNG	5; 15	30	Trên các thiết bị chuyển mạch MOS, nhân
	10	1	bạn	25	Cuối cùng	Ăn	5 hoặc +/- 5	2
594PA1	12	1	TÔI	3,5	-	KHÔNG	+5, -15	600	Trên các công tắc hiện tại
MAX527	12	4	bạn	3	Song song.	KHÔNG	+/-5	110	Đang tải từ đầu vào qua bus 8 chân
DAC8512	12	1	bạn	16	Cuối cùng	Ăn	5	5
	14	8	bạn	20	Song song.	KHÔNG	5; +/-15	420	Trên các công tắc MOS, với ma trận điện trở nghịch đảo
	8	16	bạn	2	Song song.	KHÔNG	5 hoặc +/- 5	120	Trên các công tắc MOS, với ma trận điện trở nghịch đảo
	8	4	-	2	Cuối cùng	KHÔNG	5	0,028	chiết áp kỹ thuật số
DAC vi điện
	10	1	bạn	25	Cuối cùng	KHÔNG	5	0,7	Nhân, trong gói 8 chân
	12	1	bạn	25	Song song.	Ăn	5 hoặc +/- 5	0,75	Nhân, tiêu thụ - 0,2 mW ở chế độ tiết kiệm
MAX550V	8	1	bạn	4	Cuối cùng	KHÔNG	2,5:5	0,2	Tiêu thụ 5 µW ở chế độ tiết kiệm
	12	1	bạn	60	Cuối cùng	KHÔNG	2,7:5	0,5	Giao diện nhân, tương thích SPI
	12	1	TÔI	0,6	Cuối cùng	KHÔNG	5	0,025	nhân
	12	1	bạn	10	Cuối cùng	KHÔNG	5 hoặc 3	0,75 (5 giờ) 0,36 (3 giờ)	Gói 6 chân, tiêu thụ 0,15 μW ở chế độ tiết kiệm. Giao diện tương thích I 2 C
DAC chính xác

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có các đặc tính tĩnh và động.

Đặc tính tĩnh của DAC

Chủ yếu đặc tính tĩnh DAC là:

· nghị quyết;

· tính phi tuyến;

· phi tuyến vi phân;

· sự đơn điệu;

· hệ số chuyển đổi;

· sai số tuyệt đối toàn thang đo;

· sai số toàn thang tương đối;

· độ lệch bằng không;

lỗi tuyệt đối

Nghị quyết – đây là mức tăng của U OUT khi chuyển đổi các giá trị liền kề Dj, tức là. khác nhau một đơn vị có ý nghĩa nhỏ nhất (EMP). Sự gia tăng này là bước lượng tử hóa. Đối với mã chuyển đổi nhị phân, giá trị danh nghĩa của bước lượng tử hóa là

h = U PS /(2 N – 1),

trong đó U PN là điện áp đầu ra tối đa danh nghĩa của DAC (điện áp toàn thang đo), N là công suất bit của DAC. Dung lượng bit của bộ chuyển đổi càng cao thì độ phân giải của nó càng cao.

Lỗi toàn diện – sự khác biệt tương đối giữa giá trị thực và giá trị lý tưởng của giới hạn thang chuyển đổi trong trường hợp không có độ lệch bằng 0, tức là

Nó là thành phần nhân của tổng sai số. Đôi khi được biểu thị bằng số EMP tương ứng.

Lỗi bù bằng 0 – giá trị U OUT khi mã đầu vào DAC bằng 0. Nó là một thành phần phụ của tổng sai số. Thường được biểu thị bằng milivolt hoặc dưới dạng phần trăm của thang đo đầy đủ:

Tính phi tuyến – độ lệch tối đa của đặc tính chuyển đổi thực tế U OUT (D) so với đặc tính tối ưu (Hình 5.2, dòng 2). Đặc tính tối ưu được tìm thấy theo kinh nghiệm để giảm thiểu giá trị của sai số phi tuyến. Tính phi tuyến thường được xác định theo đơn vị tương đối, nhưng trong dữ liệu tham chiếu nó cũng được đưa ra trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 5.2,

Phi tuyến vi sai – sự thay đổi lớn nhất (có tính đến dấu) của độ lệch của đặc tính biến đổi thực tế U OUT (D) so với đặc tính tối ưu khi chuyển từ một giá trị của mã đầu vào sang một giá trị liền kề khác. Thường được xác định theo đơn vị tương đối hoặc trong EMP. Đối với các đặc điểm thể hiện trong hình. 5.2,

Giọng bằng bằng đặc tính chuyển đổi - tăng (giảm) điện áp đầu ra DAC (U OUT) khi tăng (giảm) mã đầu vào D. Nếu độ phi tuyến vi phân lớn hơn bước lượng tử hóa tương đối h/U PN thì đặc tính của bộ chuyển đổi là không đơn điệu.

Sự không ổn định nhiệt độ của DAC được đặc trưng bởi hệ số nhiệt độ lỗi toàn thang đo và lỗi bù bằng 0.

Có thể sửa lỗi toàn bộ thang đo và lỗi bằng 0 bằng cách hiệu chỉnh (điều chỉnh). Các lỗi phi tuyến không thể được loại bỏ bằng các phương pháp đơn giản.

Đặc tính động của DAC

ĐẾN đặc tính động là DAC bao gồm thời gian giải quyết và thời gian chuyển đổi.

Với sự tăng tuần tự các giá trị của tín hiệu số đầu vào D(t) từ 0 đến (2 N – 1) thông qua đơn vị có ý nghĩa nhỏ nhất, tín hiệu đầu ra U OUT (t) tạo thành một đường cong bậc thang. Sự phụ thuộc này thường được gọi là đặc tính chuyển đổi DAC. Trong trường hợp không có lỗi phần cứng, điểm giữa của các bước nằm trên đường thẳng lý tưởng 1 (xem Hình 5.2), tương ứng với đặc tính chuyển đổi lý tưởng. Đặc tính biến đổi thực tế có thể khác biệt đáng kể so với đặc tính lý tưởng về kích thước và hình dạng của các bước cũng như vị trí của chúng trên mặt phẳng tọa độ. Có một số thông số để định lượng những khác biệt này.

Các tham số động của DAC được xác định bởi sự thay đổi tín hiệu đầu ra khi mã đầu vào thay đổi đột ngột, thường là từ giá trị “tất cả số 0” thành “tất cả số một” (Hình 5.3).

Cài đặt thời gian – khoảng thời gian kể từ thời điểm phản bội
mã đầu vào (Hình 5.3, t = 0) cho đến lần cuối cùng thỏa mãn đẳng thức:

|U OUT – U ПШ | = d/2,

với d/2 thường tương ứng với EMP.

Tốc độ quay - tốc độ thay đổi lớn nhất của U OUT (t) trong quá trình quá độ. Được xác định là tỷ lệ tăng D U OUT đến thời điểm Dt trong đó sự gia tăng này xảy ra. Thường được quy định trong thông số kỹ thuật của DAC với tín hiệu điện áp đầu ra. Đối với bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có đầu ra hiện tại, thông số này phần lớn phụ thuộc vào loại op-amp đầu ra.

Để nhân DAC với đầu ra điện áp, tần số khuếch đại đơn vị và băng thông công suất thường được chỉ định, điều này chủ yếu được xác định bởi các đặc tính của bộ khuếch đại đầu ra.

Hình 5.4 cho thấy hai phương pháp tuyến tính hóa, từ đó phương pháp tuyến tính hóa thu được giá trị tối thiểu D l được hiển thị trong hình. 5.4, ​​​​b, cho phép giảm sai số D l xuống một nửa so với phương pháp tuyến tính hóa tại các điểm biên (Hình 5.4, a).

Đối với bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự có n chữ số nhị phân trong trường hợp lý tưởng (trong trường hợp không có lỗi chuyển đổi) đầu ra analog U OUT có liên quan đến đầu vào Số nhị phân theo cách sau:

U OUT = U OP (a 1 2 -1 + a 2 2 -2 +…+ a n 2 -n),

trong đó U OP là điện áp tham chiếu của DAC (từ nguồn tích hợp hoặc nguồn bên ngoài).

Vì ∑ 2 -i = 1 – 2 -n nên khi bật tất cả các bit, điện áp đầu ra của DAC bằng:

U OUT (a 1 …a n) = U OP (1 – 2 -n) = (U OP /2 n) (2 n – 1) = D (2 n – 1) = U PS,

trong đó U PN là điện áp toàn thang đo.

Do đó, khi tất cả các bit được bật, điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự, trong trường hợp này tạo thành U PN, khác với giá trị của điện áp tham chiếu (U OP) bởi giá trị của chữ số có nghĩa nhỏ nhất của bộ chuyển đổi (D), được định nghĩa là

D = UOP /2n.

Khi bất kỳ bit thứ i nào được bật, điện áp đầu ra của DAC sẽ được xác định từ mối quan hệ:

U OUT /a i = U OP 2 -i .

Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự chuyển đổi mã nhị phân kỹ thuật số Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 thành giá trị tương tự, thường là điện áp U OUT. hoặc hiện tại I OUT. Mỗi bit của mã nhị phân có trọng số nhất định của bit thứ i gấp đôi trọng lượng của bit thứ (i-1). Hoạt động của DAC có thể được mô tả bằng công thức sau:

U OUT = e (Q 1 1 + Q 2 2 + Q 3 4 + Q 4 8 +…),

trong đó e là điện áp tương ứng với trọng số của chữ số có nghĩa nhỏ nhất, Q i là giá trị chữ số thứ i của mã nhị phân (0 hoặc 1).

Ví dụ: số 1001 tương ứng với:

U OUT = e (1· 1 + 0 · 2 + 0 · 4 + 1 · = 9 · e,

và số 1100 tương ứng

U OUT = e (0· 1 + 0 · 2 + 1 · 4 + 1 · = 12 · đ.

Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) là thiết bị nhận tín hiệu tương tự và tạo ra đầu ra tín hiệu số, thích hợp cho hoạt động của máy tính và các thiết bị kỹ thuật số khác. Đặc tính chuyển đổi phản ánh sự phụ thuộc của mã kỹ thuật số đầu ra vào điện áp DC đầu vào. Đặc tính biến đổi có thể được xác định bằng đồ họa, dạng bảng hoặc dạng phân tích.

THÔNG SỐ TĨNH

Điện áp mã hóa– điểm tại đó cả hai tổ hợp mã liền kề đều có khả năng xảy ra như nhau.

Bước lượng tử hóa– chênh lệch giữa các giá trị liền kề của điện áp chuyển tiếp mã hóa.

Điện áp bù bằng 0 – sự dịch chuyển song song của đặc tính biến đổi so với trục hoành.

Độ lệch hệ số chuyển đổi– lỗi ở phần cuối của đặc tính biến đổi.

ADC phi tuyến tính– Độ lệch giữa giá trị thực tế của điện áp đầu vào tại một điểm nhất định so với giá trị thực tế được xác định bởi đặc tính chuyển đổi tuyến tính hóa tại cùng một điểm. Được biểu thị dưới dạng một số bước lượng tử hóa hoặc liên quan đến điện áp đầu vào tối đa dưới dạng phần trăm.

Phi tuyến vi phân- độ lệch của các bước lượng tử hóa thực tế so với giá trị trung bình của chúng.

CÁC THAM SỐ ĐỘNG CỦA ADC.

1. Tần số lấy mẫu - tần số tại đó các giá trị mẫu của tín hiệu được tạo ra, được đo bằng số lượng mẫu trên giây hoặc tính bằng hertz.

2. Thời gian chuyển đổi - thời gian từ xung khởi động ADC hoặc từ thời điểm tín hiệu đầu vào tương tự thay đổi cho đến khi mã ổn định xuất hiện ở đầu ra. Đối với một số ADC, giá trị này phụ thuộc vào tín hiệu đầu vào, đối với một số khác, giá trị này không đổi. Khi làm việc không có UVH, giá trị này là thời gian mở ống kính.

3. Lỗi tần số của hệ số truyền - lỗi trong việc hình thành các giá trị mẫu khi làm việc với các tín hiệu thay đổi. Được xác định cho tín hiệu đầu vào hình sin. (Đối với ADC K1107 PV2 8 bit, 80 MHz: P = 7 MHz ở mức 0,99).

4. Thời gian khẩu độ - thời gian mà độ không đảm bảo duy trì giữa giá trị mẫu và thời gian mà nó đề cập đến. Bao gồm sự thay đổi khẩu độ và độ không chắc chắn của khẩu độ.

Tùy thuộc vào quá trình chuyển đổi diễn ra như thế nào theo thời gian, ADC được chia thành:

1. Tuần tự

2. Song song

3. Chuỗi - song song.

ADC SERIAL

ADC với điện áp bước tăng dần.

Một điện áp dương được cung cấp cho đầu vào bộ chuyển đổi. Bộ đếm được đặt trước về 0, do đó điện áp ở đầu ra DAC cũng bằng 0. Đồng thời, logic 1 được đặt ở đầu ra bộ so sánh. Đầu vào của mạch 3I-NOT nhận xung từ bộ tạo xung đồng hồ. Tuy nhiên, vì log.0 được ghi vào bộ kích hoạt R-S nên các xung không truyền đến đầu vào bộ đếm.

Sau khi bắt đầu xung kích hoạt R-S chuyển sang trạng thái có log.1 ở đầu ra và các xung đồng hồ bắt đầu đến đầu vào bộ đếm. Con số được ghi trong bộ đếm bắt đầu tăng lên và điện áp ở đầu ra DAC cũng tăng theo. Tại một thời điểm nào đó, nó được so sánh với điện áp đầu vào ở đầu vào bộ chuyển đổi, bộ so sánh chuyển sang log.0. và các xung ngừng đến đầu vào bộ đếm. Tín hiệu này từ bộ so sánh cũng đến đầu vào của bộ kích hoạt RS, chuyển nó sang trạng thái log.0 ở đầu ra, cuối cùng dừng quá trình chuyển đổi. Mã đầu ra thu được tương ứng với điện áp ở đầu ra DAC bậc thấp hoặc tín hiệu analog đầu vào với độ chính xác bằng 1. Quá trình sau đó có thể được lặp lại.

Khoảng thời gian tối thiểu của xung đồng hồ có thể được tìm thấy từ điều kiện:

Thì là ≥ tcomp. + chữ số. + tDC + tRC, trong đó:

tcomp – độ trễ phản hồi của bộ so sánh,

chữ số - độ trễ của bộ đếm,

tsap – thời gian thành lập DAC,

t RC – trễ RC – xích.

Ví dụ. Hãy tính thời gian chuyển đổi của một ADC có 10 bit.

Các yếu tố được sử dụng:

DAC – K572 PA1: số bit N=10, thời gian ổn định điện áp ra tDC = 5 ∙ 10 -6 giây. Tại bước lượng tử hóa Vop = 10V

EMP = 10/(2 10 –1) = 10 mV.

Bộ so sánh – 521 CA3 - tại dV = 3 mV tcomp = 100 nsec.

Ta chọn hằng số thời gian RC bằng 0,5 ∙ 10 -6 giây.

t chữ số = 0,05 ∙ 10 -6 giây,

Thì là ≥ 0,1 + 0,05 + 5. 0 + 0,5 = 5,65 µs.

Thời gian đo tín hiệu đầu vào tối đa:

(2 10 – 1) ∙ 5,65 ∙ 10 – 6 giây = 6 mili giây, tần số lấy mẫu là 160 Hz.

Thời gian khẩu độ – 6 ms.

ADC loại này được sử dụng với UVH hoặc để chuyển đổi tín hiệu thay đổi chậm. Lỗi ADC được xác định bởi các tham số độ chính xác của DAC được sử dụng.

Một loạt các loại ADC này là theo dõi ADC thực hiện chuyển đổi liên tục. Họ sử dụng bộ đếm lên/xuống và bộ so sánh để xác định hướng đếm. Tại Vin< Vцап счетчик считает вверх, в при Vвх >Bộ đếm VDC đếm ngược. Như vậy, điện áp Vdac luôn có xu hướng bằng Vin. Tốc độ tối đa theo dõi tín hiệu đầu vào bằng: dVin./dt< ЕМР/ Тмин.

ADC xấp xỉ liên tiếp

Quy trình xác định mã đầu ra được xác định bởi thanh ghi xấp xỉ liên tiếp. Lúc đầu, log.0 được ghi vào tất cả các bit của thanh ghi. Điện áp ở đầu ra DAC bằng 0. Tiếp theo, log.1 được ghi vào bit quan trọng nhất của thanh ghi. Nếu điện áp đầu ra của DAC vẫn nhỏ hơn điện áp đầu vào (log.1 được đặt ở đầu ra của bộ so sánh), thì giá trị của mức logic trong bit này sẽ được lưu nếu điện áp ở đầu ra của DAC. lớn hơn Vin thì bit này được đặt lại về 0 và sau đó nhật ký được ghi từ 1 đến chữ số tiếp theo. Bằng cách này, các giá trị của tất cả các chữ số được xác định, bao gồm cả giá trị ít quan trọng nhất sau đó. tín hiệu được phát ra và chu kỳ đo có thể được lặp lại.

Loại DAC này có ưu điểm về tốc độ so với DAC trước đó nên được sử dụng rộng rãi nhất. Thời gian chuyển đổi của nó bằng Tmin ∙ N.

Tmin – giá trị nhỏ nhất của chu kỳ lặp xung clock được xác định tương tự DAC trước đó, N – số bit.

Ví dụ: ADC 1108 PV2 tích hợp có tất cả các thành phần trên chip: DAC, nguồn điện áp tham chiếu, thanh ghi xấp xỉ liên tiếp, bộ tạo xung nhịp, bộ so sánh. N = 12, thời gian chuyển đổi tối thiểu - 2 µs.

DAC có chuyển đổi xung thời gian (phương pháp mã hóa tuyến tính).

Một ADC thuộc loại này sử dụng việc chuyển đổi điện áp đo được thành một khoảng thời gian tỷ lệ với nó, chứa đầy các xung có tần số tham chiếu. Khoảng thời gian này được hình thành bởi bộ tạo điện áp răng cưa (RVG) và bộ so sánh. Số xung được coi là bộ đếm xác định mã đầu ra ADC.

Hiệu suất của mạch như vậy cao hơn so với DAC có điện áp răng cưa bậc thang, vì nó không có DAC và được xác định bởi hiệu suất của bộ so sánh và bộ đếm. Thời gian tắt bộ so sánh được chọn trong điều kiện kích thích quá mức gây ra sai số cần thiết khi so sánh tín hiệu đầu vào và điện áp răng cưa.

Để giảm lỗi, bộ tạo tần số tham chiếu và GPG phải ổn định lẫn nhau.

ADC được mô tả: N = 10, bào thai = 100 MHz, t chuyển đổi. = 10 µgiây.

ADC tích hợp đẩy-kéo.

Nhược điểm của các ADC tuần tự được thảo luận ở trên là khả năng chống nhiễu tương đối thấp, làm hạn chế độ phân giải của chúng. Sự gia tăng số lượng bit có liên quan đến việc sử dụng các DAC có độ chính xác cao, khiến việc sản xuất các ADC như vậy trở nên đắt đỏ hơn.

Nguyên tắc tích hợp kép trong ADC cho phép loại bỏ phần lớn những thiếu sót này. Toàn bộ chu trình hoạt động của nó bao gồm hai chu kỳ. Đầu tiên, điện áp đầu vào được tích hợp bằng bộ tích hợp tương tự trong khoảng thời gian cố định T0. Khoảng thời gian này được hình thành bởi một bộ đếm, đầu vào của nó nhận xung từ máy phát có tần số fsch.

Khoảng thời gian T0 bằng:

Т0 = Nmax ∙ tсч

Ở đây tcount = 1/fc là chu kỳ tần số của bộ tạo xung nhịp, Nmax là công suất bộ đếm tối đa, xác định độ phân giải của ADC.

Điện tích trên tụ C khi đó sẽ bằng:

Trong chu kỳ thứ hai, tụ điện được phóng điện từ nguồn điện áp tham chiếu Vref. Cực tính của điện áp tham chiếu ngược với cực tính của tín hiệu đầu vào nên điện áp trên tụ C bắt đầu giảm. Bộ đếm đếm xung máy phát tại thời điểm này tần số đồng hồ fcount, bắt đầu từ trạng thái số 0. Tại thời điểm bộ so sánh đi qua số 0, việc đếm dừng lại và số được ghi vào thanh ghi đầu ra. Điện tích q2 làm phóng điện của tụ điện bằng.