УДК 621.372.54.037.372
САМОЙЛОВ Л.К.
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ НАБОРА
ИНТЕГРАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ ДЛЯ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Таганрогский государственный радиотехнический университет,
347928, Россия, Таганрог, пер. Некрасовский 44, кафедра АСНИиЭ,
тел 8(8634)371638; факс-тел 8(8634)311193 email: asni@fep.tsure.ru.
Устройства, осуществляющие преобразование аналоговых сиг-
налов в цифровые отсчеты и наоборот, цифровых отсчетов в аналого-
вые сигналы, рассматриваются как аналоговый интерфейс системы
обработки информации. Находясь в цепочке устройств обработки ин-
формации всей системы, аналоговый интерфейс оказывает существен-
ное, а иногда и преобладающее, влияние на итоговую погрешность
результата обработки. При решении на уровне системы прямой задачи
распределения погрешности аналоговому интерфейсу выделяется
часть допустимой общей погрешности ( АИ ).
В свою очередь, погрешность аналогового интерфейса распре-
деляется между составляющими, которые определяются его звеньями,
находящимися в последовательной цепочке обработки информации
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2

=
+ + +
+
+
+
+
+
АИ
ДП
УП
Ф
АМХ
ДИН
АЗУ
ДВ
АЦП
ЦАП ,
где:
- приведенная погрешность датчика; - погрешность
ДП
УП
унифицирующего преобразователя; - погрешность фильтра;
Ф
-
ДИН
динамическая погрешность второго рода; АМХ - погрешность анало-
гового мультиплексора;
- погрешность аналогового запоминаю-
АЗУ
щего устройства;
- погрешность дискретизации- восстановления;
ДВ

- погрешность квантования по уровню аналого-цифрового пре-
АЦП
образователя;
- погрешность цифро - аналогового преобразова-
ЦАП
теля.
Динамическая погрешность второго рода учитывает влияние
конечности длительности импульса выборки при взятии отсчета.
Все погрешности, входящие в эту формулу имеют случайный характер
и, в общем случае, некоррелированы между собой, что позволяет при-
менить геометрическое суммирование.
Погрешность дискретизации- восстановления имеет три основ-
ные составляющие:


2
2
2
2

= + +
,
ДВ
Н
М
ИН
Н - погрешность наложения спектров исходного сигнала и продиск-
ретизированного; М - методическая погрешность восстановления;
ИН - инструментальная погрешность восстановление сигнала.
Восстановление сигнала может быть аппаратным и программ-
ным. При аппаратном восстановлении, как правило, используют
фильтры нижних частот. При программном восстановлении можно
рассматривать два случая: 1) контроллер с фиксированной запятой; 2)
контроллер с плавающей запятой. При использовании контроллера с
фиксированной запятой возникают ошибки округления, которые в ос-
новном определяют ИН . В случае контроллера с плавающей запятой
величиной ИН можно пренебречь.
Методическая погрешность ( М ) зависит от вида аппроксими-
рующего полинома и его степени. Вид полинома и его степень опреде-
ляют устройство восстановления, а значит и ИН .
Таким образом, при оценке аналогового интерфейса используют
двенадцать основных погрешностей, которые в сумме определяют его
общую погрешность.
При разработке произвольной системы стараются выполнить
требования примерного равенства величин погрешностей отдельных
устройств системы. Выполнение этого условия всегда повышает эф-
фективность технически сложных систем. Действительно, если
уменьшить значение одной из двенадцати погрешностей, то это прак-
тически не скажется на интегральной погрешности всей системы при
решении прямой или обратной задачи распределения погрешностей.
Эффект может быть достигнут только при комплексном подходе к
снижению погрешностей устройства или системы.
Рассмотрим конкретную ситуацию. При принятии решения об
увеличении разрядности обрабатываемых величин (разрядности АЦП)
на два разряда перед разработчиками аналогового интерфейса возни-
кает целый ряд проблем. Необходимо пропорционально (в несколько
раз) уменьшить погрешность наложения спектра. Это можно сделать,
увеличив в 8-12 раз частоту дискретизации (тактовую частоту АЦП).
Но обычно при увеличении разрядности падает максимальная тактовая
частота АЦП. Кроме этого, только в редких случаях вся система обра-
ботки может допускать такое увеличение рабочей частоты. Погреш-
ность наложения спектров также можно уменьшить путем увеличения
порядка фильтра нижних частот перед аналоговым мультиплексором.
Но при этом существенно возрастает погрешность за счет неравномер-

ности амплитудно-частотной характеристики фильтра, а также растут
остальные общие погрешности фильтра. Иногда возникает вопрос о
целесообразности включения в систему аналогового фильтра. Анало-
гичные проблемы возникают при попытках уменьшить методическую
и инструментальную погрешность восстановления сигнала.
Приведенный пример показывает, что задача оптимизации па-
раметров аналогового интерфейса является многокритериальной и
проведение её ручными способами затруднительно. На кафедре АС-
НИиЭ ТРТУ разработана прикладная программа по расчету частоты
дискретизации, которая учитывает большое число погрешностей и
существенно облегчает оптимизацию параметров аналогового интер-
фейса.
Проведенные с помощью этой программы расчеты с учетом ре-
альных возможностей технологии при изготовлении аналоговых
фильтров и других аналоговых устройств интерфейса позволили прий-
ти к заключению, что по оптимистичным прогнозам максимально дос-
тижимая разрядность аналогового интерфейса лежит в пределах 11-12
разрядов.
мак
п
с
р
и
частота
е
м
об а
р
л
а
ь
з
н
о
а
в
я
а
ч
н
а
и
с
я
т

о
А
т
Ц а
П
льная частота
оптимадискретизации
11÷12
разрядность
АЦП




Document Outline