Алгоритм измерения интегральной и дифференциальной нелинейностей аналого-цифровых преобразователей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №20 (154) май 2017 г.

Дата публикации: 18.05.2017

Статья просмотрена: 59 раз

Библиографическое описание:

Резниченко Н. Е. Алгоритм измерения интегральной и дифференциальной нелинейностей аналого-цифровых преобразователей // Молодой ученый. — 2017. — №20. — С. 71-73. — URL https://moluch.ru/archive/154/43522/ (дата обращения: 21.06.2018).



В статье рассказывается о понятии интегральной и дифференциальной нелинейности, необходимостей их измерения при проверке аналого-цифровых преобразователей и приводится алгоритм измерения интегральной и дифференциальной нелинейностей для аналого-цифровых устройств.

Ключевые слова: аналого-цифровой преобразователь, интегральная нелинейность, дифференциальная нелинейность

Интегральная нелинейность (INL — integral non-linearity) − это погрешность, которая вызывается отклонением линейной функции передаточной характеристики АЦП от прямой линии. Обычно передаточная функция с интегральной нелинейностью аппроксимируется прямой линией по методу наименьших квадратов. Часто аппроксимирующей прямой просто соединяют наименьшее и наибольшее значения. Интегральную нелинейность определяют путем сравнения напряжений, при которых происходят кодовые переходы. Для идеального АЦП эти переходы будут происходить при значениях входного напряжения, точно кратных LSB (Least Significant Bit). А для реального преобразователя такое условие может выполняться с погрешностью. Разность между «идеальными» уровнями напряжения, при которых происходит кодовый переход, и их реальными значениями выражается в единицах LSB и называется интегральной нелинейностью [1].

У идеальной передаточной характеристики АЦП ширина каждой «ступеньки» должна быть одинакова. Разница в длине горизонтальных отрезков этой кусочно-линейной функции из , где — разрядность АЦП, «ступеней» представляет собой дифференциальную нелинейность (DNL − differential non-linearity) [1].

Величина наименьшего значащего разряда у АЦП составляет:

Разность напряжений между каждым кодовым переходом должна быть равна величине LSB. Отклонение этой разности от LSB определяются как дифференциальная нелинейность [1].

Перед описанием алгоритма введем следующие обозначения:

Fin

Частота входного сигнала;

DCin

Величина постоянной составляющая входного синусоидального сигнала;

ACin

Величина переменной составляющая входного синусоидального сигнала (амплитуда);

Npt

Количество точек оцифрованного сигнала;

Hi

Число выпадений кода i в массиве выходных данных АЦП;

Vo

Ошибка смещения АЦП;

G

Ошибка усиления АЦП;

DNLi

Дифференциальная нелинейность для кода i;

INLi

Интегральная нелинейность для кода i.

Для начала необходимо подать на вход АЦП с генератора синусоидальный сигнал со следующими характеристиками:

где — амплитуду синусоидального сигнала необходимо задавать больше диапазона входного сигнала АЦП (overdrive — перегружать АЦП). Величина перегрузки зависит от совместного шума входного сигнала и АЦП.

Величина постоянной составляющая входного синусоидального сигнала равняется:

Перед тем как вычислять частоту входного сигнала, требуется вычислить необходимое число точек оцифрованного сигнала:

где - точность вычисляемого параметра;

- квантиль нормального распределения.

Частота входного сигнала:

С помощью тестера Advantets V93000 PS1600 с выхода АЦП мы собираем массив точек оцифрованной синусоиды. Массив должен содержать целое число периодов оцифрованной синусоиды.

Обработку массива оцифрованной синусоиды и вычисление интегральной и дифференциальной нелинейностей будем проводить с помощью программного пакета Matlab.

Для начала необходимо для массива выходных данных АЦП построить гистограмму. То есть найти зависимости частоты появления кода от кода. Листинг кода для построения гистограммы с помощью программного пакета Matlab:

H = histo(samples,0:1:power(2,N)-1);

Далее необходимо вычислить напряжение перехода уровней АЦП ( — напряжение перехода из в ):

Листинг кода для вычисления характеристики преобразования:

Для вычисления интегральной и дифференциальной нелинейностей необходимо вычислить ошибок усиления и смещения АЦП. Формула для расчёта ошибки усиления:

Формула для вычисления ошибки смещения АЦП:

где — значение соответствующее идеальному переходу выходного кода АЦП из 0 в 1.

Листинг кода для вычисления ошибок усиления и смещения АЦП:

Вычисление интегральной и дифференциальной нелинейностей проводилась с помощью методику IEEE Standard for Terminology and Test Methods for Analog-to-Digital Converters. Согласно этой методике формула для вычисления интегральной нелинейности [2]:

Формула для вычисления дифференциальной нелинейности методом IEEE Standard for Terminology and Test Methods for Analog-to-Digital Converters [2]:

Листинг кода для вычисления интегральной и дифференциальной нелинейностей методом IEEE Standard for Terminology and Test Methods for Analog-to-Digital Converters:

Литература:

  1. Шишов О. В., Аналого-цифровые каналы микропроцессорных систем управления: учебное пособие [Текст] / О. В. Шишов. — М.: Берлин: Директ-Медиа, 2015. — 211 с.;
  2. IEEE Standard for Terminology and Test Methods for Analog-to-Digital Converters. [Текст] − IEEE Standard, 2009. — 128 с.
Основные термины (генерируются автоматически): дифференциальная нелинейность, LSB, интегральная нелинейность, IEEE, входной сигнал, листинг кода, входной синусоидальный сигнал, оцифрованная синусоида, кодовый переход, оцифрованный сигнал.


Похожие статьи

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

Идеальное распределение кодов для синусоидального сигнала выглядит следующим образом

— номер цифрового кода; — разрядность АЦП; . Дифференциальная нелинейность рассчитывается по следующей формуле

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП (DAC) – цифро-аналоговый преобразователь, устройство для преобразования входного дискретного (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал.

Также синусоидальный сигнал можно сгенерировать, используя прерывания, и описать в обработчике прерывания запись...

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Дифференциальная нелинейность. Монотонность характеристики преобразования. Время выборки (стробирование).

Основные термины (генерируются автоматически): аналого-цифровое преобразование, входной сигнал, непрерывная функция, аналоговый сигнал...

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

Во-первых, завышенные по сравнению с низкоскоростными ЦАП значения дифференциальной и интегральной нелинейности, а также более высокий (вследствие более широкой полосы сигнала)...

Преобразование Фурье и преобразование Хартли

В 1942 году было опубликована статья об интегральных преобразованиях — прямом и

Преобразование Хартли позволяет разложить функцию на два синусоидальных компонента

С инженерной точки зрения, это преобразование принимает сигнал (функцию) из временной...

Исследование несинусоидальных периодических цепей...

Рассмотрим схему изображенная на рисунке 1. В данной цепи мы имеем: синусоидальный ЭДС, трансформатор, резистор, индуктивная катушка и диодный выпрямитель. Из - за наличия диода в цепи, происходит искажение входного сигнала.

Исследование процесса цифровой обработки сигнала при работе...

Для того, чтобы оценить влияние широкополосного шума на спектр сигнала, используем следующий код в MATLAB

Fd=512;% Частота дискретизации (Гц). A1=1;% Амплитуда первой синусоиды.

Обработка сигналов с фазовой манипуляцией способом прямого...

Код Манчестер II является кодом с избыточностью, логическая единица кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового

Связь между выходом МШУ и катушкой L1 непосредственная и потому не приводит к искажению фазы входного сигнала.

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Тогда при переходе сигнала на другой слой не возникнет отражений.

Представим, что интегральная схема, выводы которой соединены со слоями питания и земли в точке А, защищена идеальным блокировочным конденсатором поверхностного монтажа, включенным...

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

Идеальное распределение кодов для синусоидального сигнала выглядит следующим образом

— номер цифрового кода; — разрядность АЦП; . Дифференциальная нелинейность рассчитывается по следующей формуле

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП (DAC) – цифро-аналоговый преобразователь, устройство для преобразования входного дискретного (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал.

Также синусоидальный сигнал можно сгенерировать, используя прерывания, и описать в обработчике прерывания запись...

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Дифференциальная нелинейность. Монотонность характеристики преобразования. Время выборки (стробирование).

Основные термины (генерируются автоматически): аналого-цифровое преобразование, входной сигнал, непрерывная функция, аналоговый сигнал...

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

Во-первых, завышенные по сравнению с низкоскоростными ЦАП значения дифференциальной и интегральной нелинейности, а также более высокий (вследствие более широкой полосы сигнала)...

Преобразование Фурье и преобразование Хартли

В 1942 году было опубликована статья об интегральных преобразованиях — прямом и

Преобразование Хартли позволяет разложить функцию на два синусоидальных компонента

С инженерной точки зрения, это преобразование принимает сигнал (функцию) из временной...

Исследование несинусоидальных периодических цепей...

Рассмотрим схему изображенная на рисунке 1. В данной цепи мы имеем: синусоидальный ЭДС, трансформатор, резистор, индуктивная катушка и диодный выпрямитель. Из - за наличия диода в цепи, происходит искажение входного сигнала.

Исследование процесса цифровой обработки сигнала при работе...

Для того, чтобы оценить влияние широкополосного шума на спектр сигнала, используем следующий код в MATLAB

Fd=512;% Частота дискретизации (Гц). A1=1;% Амплитуда первой синусоиды.

Обработка сигналов с фазовой манипуляцией способом прямого...

Код Манчестер II является кодом с избыточностью, логическая единица кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового

Связь между выходом МШУ и катушкой L1 непосредственная и потому не приводит к искажению фазы входного сигнала.

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Тогда при переходе сигнала на другой слой не возникнет отражений.

Представим, что интегральная схема, выводы которой соединены со слоями питания и земли в точке А, защищена идеальным блокировочным конденсатором поверхностного монтажа, включенным...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

Идеальное распределение кодов для синусоидального сигнала выглядит следующим образом

— номер цифрового кода; — разрядность АЦП; . Дифференциальная нелинейность рассчитывается по следующей формуле

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП (DAC) – цифро-аналоговый преобразователь, устройство для преобразования входного дискретного (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал.

Также синусоидальный сигнал можно сгенерировать, используя прерывания, и описать в обработчике прерывания запись...

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Дифференциальная нелинейность. Монотонность характеристики преобразования. Время выборки (стробирование).

Основные термины (генерируются автоматически): аналого-цифровое преобразование, входной сигнал, непрерывная функция, аналоговый сигнал...

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

Во-первых, завышенные по сравнению с низкоскоростными ЦАП значения дифференциальной и интегральной нелинейности, а также более высокий (вследствие более широкой полосы сигнала)...

Преобразование Фурье и преобразование Хартли

В 1942 году было опубликована статья об интегральных преобразованиях — прямом и

Преобразование Хартли позволяет разложить функцию на два синусоидальных компонента

С инженерной точки зрения, это преобразование принимает сигнал (функцию) из временной...

Исследование несинусоидальных периодических цепей...

Рассмотрим схему изображенная на рисунке 1. В данной цепи мы имеем: синусоидальный ЭДС, трансформатор, резистор, индуктивная катушка и диодный выпрямитель. Из - за наличия диода в цепи, происходит искажение входного сигнала.

Исследование процесса цифровой обработки сигнала при работе...

Для того, чтобы оценить влияние широкополосного шума на спектр сигнала, используем следующий код в MATLAB

Fd=512;% Частота дискретизации (Гц). A1=1;% Амплитуда первой синусоиды.

Обработка сигналов с фазовой манипуляцией способом прямого...

Код Манчестер II является кодом с избыточностью, логическая единица кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового

Связь между выходом МШУ и катушкой L1 непосредственная и потому не приводит к искажению фазы входного сигнала.

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Тогда при переходе сигнала на другой слой не возникнет отражений.

Представим, что интегральная схема, выводы которой соединены со слоями питания и земли в точке А, защищена идеальным блокировочным конденсатором поверхностного монтажа, включенным...

Расчет нелинейностей аналого-цифрового преобразователя

Идеальное распределение кодов для синусоидального сигнала выглядит следующим образом

— номер цифрового кода; — разрядность АЦП; . Дифференциальная нелинейность рассчитывается по следующей формуле

Программирование синусоидального и пилообразного сигналов...

ЦАП (DAC) – цифро-аналоговый преобразователь, устройство для преобразования входного дискретного (обычно двоичного) кода в аналоговый сигнал.

Также синусоидальный сигнал можно сгенерировать, используя прерывания, и описать в обработчике прерывания запись...

Аналого-цифровое преобразование | Статья в журнале...

Дифференциальная нелинейность. Монотонность характеристики преобразования. Время выборки (стробирование).

Основные термины (генерируются автоматически): аналого-цифровое преобразование, входной сигнал, непрерывная функция, аналоговый сигнал...

Разработка формирователя сигнала высокоскоростной...

Во-первых, завышенные по сравнению с низкоскоростными ЦАП значения дифференциальной и интегральной нелинейности, а также более высокий (вследствие более широкой полосы сигнала)...

Преобразование Фурье и преобразование Хартли

В 1942 году было опубликована статья об интегральных преобразованиях — прямом и

Преобразование Хартли позволяет разложить функцию на два синусоидальных компонента

С инженерной точки зрения, это преобразование принимает сигнал (функцию) из временной...

Исследование несинусоидальных периодических цепей...

Рассмотрим схему изображенная на рисунке 1. В данной цепи мы имеем: синусоидальный ЭДС, трансформатор, резистор, индуктивная катушка и диодный выпрямитель. Из - за наличия диода в цепи, происходит искажение входного сигнала.

Исследование процесса цифровой обработки сигнала при работе...

Для того, чтобы оценить влияние широкополосного шума на спектр сигнала, используем следующий код в MATLAB

Fd=512;% Частота дискретизации (Гц). A1=1;% Амплитуда первой синусоиды.

Обработка сигналов с фазовой манипуляцией способом прямого...

Код Манчестер II является кодом с избыточностью, логическая единица кодируется отрицательным перепадом сигнала в середине битового

Связь между выходом МШУ и катушкой L1 непосредственная и потому не приводит к искажению фазы входного сигнала.

Способы сохранения целостности ВЧ-сигнала в печатном...

Тогда при переходе сигнала на другой слой не возникнет отражений.

Представим, что интегральная схема, выводы которой соединены со слоями питания и земли в точке А, защищена идеальным блокировочным конденсатором поверхностного монтажа, включенным...

Задать вопрос