W poprzednim artykule z tego cyklu, dostępnym tutaj https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic2926689.html ustalaliśmy jakie są różnice pomiędzy rozdzielczością a dokładnością przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC). Teraz, możemy zagłębić się w poznanie wszystkich czynników, jakie składają się na dokładność (czy jej brak) w przetworniku ADC. Czynniki te składają się na TUE (Total Unadjusted Error, ang. Całkowity, nieskalibrowany błąd).
Czy zastanawialiście się kiedyś co to w zasadzie oznacza 'Całkowity' błąd w specyfikacji TUE przetwornika? To po prostu suma wszystkich rodzajów błędu stałoprądowego - m.in. napięcia offsetu, błąd wzmocnienia, nieliniowość etc? a może coś ponad to. W rzeczywistości TUE specyfikuje się jako stosunek całkowitego błędu przetwornika do zakresu napięć pracy ADC.
Dokładniej mówiąc TUE to błąd DC podawany w jednostkach LSB (najmniej znaczących bitów), co oznacza maksymalne odchylenie pomiędzy rzeczywistą a idealną funkcją przejścia przetwornika. Specyfikacja ta zakłada iż nie jest przeprowadzana żadna kalibracja układu. Ideowo na TUE składają się następujące efekty odchylające charakterystykę ADC od idealnej:
Błąd offsetu (VOS) Stała wartość różnicy w osi rzędnych, pomiędzy rzeczywistą a idealną krzywą przejścia ADC, jak pokazano na rysunku 1. Mierzy się ją, zwierając wejście ADC do masy i mierząc wartość cyfrową na wyjściu ADC.
Błąd wzmocnienia to różnica pomiędzy nachyleniem idealnej i rzeczywistej krzywej przejścia przetwornika. Jest zazwyczaj wyrażana jako stosunek do pełnego zakresu wejściowego ADC lub jako maksymalny błąd dla skrajnych kodów. Jak pokazano na rysunku 2, błąd wzmocnienia wzrasta wraz z zbliżaniem się do skrajnych wartości napięcia wejściowego.
Całkowita nieliniowość to maksymalne nieliniowe odchylenie od idealnej krzywej transferu ADC. Idealna krzywa przejścia jest linią prostą. Nieliniowa odpowiedź ADC nie ma ściśle zdefiniowanego kształtu i zależna jest od zniekształceń w układzie i jego architektury.
Większość kart katalogowych przetworników ADC specyfikuje tylko typową i maksymalną wartość powyższych błędów, bez podawania TUE. Obliczenie maksymalnej wartości TUE nie jest tak proste jak policzenie sumy powyższych błędów, z uwagi na fakt iż nie są one ze sobą skorelowane, co oznacza że maksymalne wartości błędów DC wystąpić mogą dla tego samego napięcia wejściowego, ale nie muszą. Oznacza to iż sumując te wartości można niepotrzebnie pogorszyć parametry systemu. Jest to szczególnie istotne z uwagi na fakt, że bardzo często zakres interesującej nas dynamiki układu ograniczony jest do centralnej części charakterystyki ADC.
W typowym systemie akwizycji danych, przetwornikiem steruje driver wejściowy i dodatkowo do ADC podłączone jest wejście odniesienia. Oba te układy zwiększają błąd offsetu i wzmocnienia ADC. Z uwagi na ten fakt w większości systemów, bez kalibracji, błąd offsetu i wzmocnienia są znacznie większe niż nieliniowość układu, w przypadku obliczania maksymalnej wartości TUE. Rekomenduje się obliczanie wartości TUE dla konkretnej wartości napięcia wejściowego jako pierwiastek sumy kwadratów poszczególnych wartości, tak jak pokazano to w równaniu (1). Koniecznie trzeba przed tym skonwertować wszystkie jednostki do tych samych, zazwyczaj są to LSB przetwornika.
Równanie 1 daje krzywą w charakterystycznym kształcie muszki. Dla systemów z większym błędem offsetu, nasza 'muszka' ma grubszy 'węzeł' jak na rysunku 4A, a dla systemów z wyższym błędem wzmocnienia 'węzeł' staje się cieńszy, a 'ramiona' muchy grubsze, jak na rysunku 4B.
Podsumowując, warto zaznaczyć iż nie istnieje optymalny wzór na wyznaczenie maksymalnego TUE dla ADC, ponieważ błąd zależy od napięcia wejściowego przetwornika. Jeśli system, który projektujemy, nie potrzebuje korzystać z pełnej dynamiki przetwornika, ograniczenie się do środka skali, pozwala zminimalizować błąd ADC.
Źródło:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archi...-part-2-total-unadjusted-error-explained.aspx
Czy zastanawialiście się kiedyś co to w zasadzie oznacza 'Całkowity' błąd w specyfikacji TUE przetwornika? To po prostu suma wszystkich rodzajów błędu stałoprądowego - m.in. napięcia offsetu, błąd wzmocnienia, nieliniowość etc? a może coś ponad to. W rzeczywistości TUE specyfikuje się jako stosunek całkowitego błędu przetwornika do zakresu napięć pracy ADC.
Dokładniej mówiąc TUE to błąd DC podawany w jednostkach LSB (najmniej znaczących bitów), co oznacza maksymalne odchylenie pomiędzy rzeczywistą a idealną funkcją przejścia przetwornika. Specyfikacja ta zakłada iż nie jest przeprowadzana żadna kalibracja układu. Ideowo na TUE składają się następujące efekty odchylające charakterystykę ADC od idealnej:
Błąd offsetu (VOS) Stała wartość różnicy w osi rzędnych, pomiędzy rzeczywistą a idealną krzywą przejścia ADC, jak pokazano na rysunku 1. Mierzy się ją, zwierając wejście ADC do masy i mierząc wartość cyfrową na wyjściu ADC.
Błąd wzmocnienia to różnica pomiędzy nachyleniem idealnej i rzeczywistej krzywej przejścia przetwornika. Jest zazwyczaj wyrażana jako stosunek do pełnego zakresu wejściowego ADC lub jako maksymalny błąd dla skrajnych kodów. Jak pokazano na rysunku 2, błąd wzmocnienia wzrasta wraz z zbliżaniem się do skrajnych wartości napięcia wejściowego.
Całkowita nieliniowość to maksymalne nieliniowe odchylenie od idealnej krzywej transferu ADC. Idealna krzywa przejścia jest linią prostą. Nieliniowa odpowiedź ADC nie ma ściśle zdefiniowanego kształtu i zależna jest od zniekształceń w układzie i jego architektury.
Większość kart katalogowych przetworników ADC specyfikuje tylko typową i maksymalną wartość powyższych błędów, bez podawania TUE. Obliczenie maksymalnej wartości TUE nie jest tak proste jak policzenie sumy powyższych błędów, z uwagi na fakt iż nie są one ze sobą skorelowane, co oznacza że maksymalne wartości błędów DC wystąpić mogą dla tego samego napięcia wejściowego, ale nie muszą. Oznacza to iż sumując te wartości można niepotrzebnie pogorszyć parametry systemu. Jest to szczególnie istotne z uwagi na fakt, że bardzo często zakres interesującej nas dynamiki układu ograniczony jest do centralnej części charakterystyki ADC.
W typowym systemie akwizycji danych, przetwornikiem steruje driver wejściowy i dodatkowo do ADC podłączone jest wejście odniesienia. Oba te układy zwiększają błąd offsetu i wzmocnienia ADC. Z uwagi na ten fakt w większości systemów, bez kalibracji, błąd offsetu i wzmocnienia są znacznie większe niż nieliniowość układu, w przypadku obliczania maksymalnej wartości TUE. Rekomenduje się obliczanie wartości TUE dla konkretnej wartości napięcia wejściowego jako pierwiastek sumy kwadratów poszczególnych wartości, tak jak pokazano to w równaniu (1). Koniecznie trzeba przed tym skonwertować wszystkie jednostki do tych samych, zazwyczaj są to LSB przetwornika.
Równanie 1 daje krzywą w charakterystycznym kształcie muszki. Dla systemów z większym błędem offsetu, nasza 'muszka' ma grubszy 'węzeł' jak na rysunku 4A, a dla systemów z wyższym błędem wzmocnienia 'węzeł' staje się cieńszy, a 'ramiona' muchy grubsze, jak na rysunku 4B.
Podsumowując, warto zaznaczyć iż nie istnieje optymalny wzór na wyznaczenie maksymalnego TUE dla ADC, ponieważ błąd zależy od napięcia wejściowego przetwornika. Jeśli system, który projektujemy, nie potrzebuje korzystać z pełnej dynamiki przetwornika, ograniczenie się do środka skali, pozwala zminimalizować błąd ADC.
Źródło:
http://e2e.ti.com/blogs_/b/precisionhub/archi...-part-2-total-unadjusted-error-explained.aspx
Fajne? Ranking DIY