мальная апертурная неопределенность At,, „,,, = 2ст = 2Д/а, где Д/а - среднеквадратическое значение апертурной неопределенности [20.

Максимальная погрешность отсчета значения входного сигнала, возникающая из-за апертурной неопределенности, AU = 2Ata{du/dt). Точка, в которой определяется апертурная неопределенность, соответствует середине ХП, т. е. точке перехода синусоидального сигнала через нуль, в которой его скорость изменения максимальна.

Рассмотрим случай, когда на входе биполярного АЦП действует синусоидальный сигнал амплитудой U, равной половине диапазона входного напряжения АЦП U(t)= Usin2nlat. При этом скорость изменения сигнала и его максимальное значение соответственно du/dt=2n[,f/cos2n/a t; du/ dt\,, = 2л/а V.

Тогда возникающая погрешность AU = 4\1аЛ{яи Например, если дополнительная возникающая погрешность должна составлять

0,5 ЕМР, то А = 0,5 ЕМР = 2/(2"

1/(2лАГа2"

На рис. 2.10 представлены зависимости допустимой апертурной неопределенности при различных значениях максимальной частоты входного синусоидального сигнала (для АЦП разной разрядности) при возникающей динамической погрешности, равной 0,5 ЕМР. Необходимо отметить, что динамическая погрешность имеет случайный характер.

IZif 125 126 127 128 129 UOHoda.,

Рис 2 9 Закон распределения апертурной неопределенности в конкрет ной точке ХП

00001

0,01 -

0.001 -

01 о.г 0,5 1

2 5 101520 50 100 /а max. МГц

Рис 2 10 Зависимости допустимой апертурной неопределенности от максимальной частоты входного синусоидального сигнала для АЦП разной разрядности при возникающей допот-нительной динамической погрешности 0,5 ЕМР

Большой интерес представляет апертурное время, если его рассматривать совокупно во всех точках ХП Из-за различных значений апертурного времени в разных точках ХП появляется дополнительная динамическая погрешность Разброс апертурного времени для разных точек ХП определяется разбросом параметров компонентов (паразитной емкости транзисторов, сопротивлений тела коллектора), разбросом электрических режимов каскадов, что обусловливает разность времен срабатывания компараторов даже при одинаковом напряжении перевозбуждения При этом необходимо учитывать конечную геометрическую длину шин металлизации, по которым подается сигнал стробирования и входной сигнал к компараторам АЦП, а также их распределенную индуктивность, емкость и сопротивление Механизм возникновения динамической погрешности, определяемой разбросом значений апертурного времени ба, можно интерпретировать подачей на тактовый вход АЦП непериодического тактового сигнала. Рассчитать возникающие при этом динамические погрешности можно по той же методике, что и погрешности, возникающие за счет апертурной неопределенности.

На рис. 2 11 показана зависимость динамических погрешностей от апертурной неопределенности и разброса апертурного времени по ХП АЦП. Монотонность ХП при максимально допустимой скорости изменения входного сигнала определяется такой скоростью изменения входного сигнала, при которой эта характеристика АЦП еще монотонна. Вместо монотонности ХП выбранным параметром может являться допустимая нелинейность или дифференциальная нелинейность Факторами, ограничивающими максимальную ско-

Наминольная ХП у Возможная деистваглЕЛьиая ХП

Рис 2 11 Зависимость динамических погрешностей АЦП, обусловленных апертурной неопределенностью и разбросом апертурного времени а - входное анатоговое напряжение б - входной сигнап преобразования в - характеристика преобразования ЛЦП

рость изменения сигнала на входе АЦП, являются апертурная неопределенность, апертурное время, разброс апертурного времени по ХП (о чем было сказано выше), полоса пропускания компараторов в режиме сравнения Компаратор, работающий в режиме сравнения, представляет собой обыкновенное усилительное устройство, динамические свойства которого можно характеризовать полосой пропускания или амплитудно-частотной характеристикой С увеличением частоты входного сигнала происходит уменьшение коэффициента усиления линейной части компаратора, что, начиная с некоторой частоты, дает эквивалентное уменьшение амплитуды входного сигнала по отношению к значению опорного напряжения [3]. Результатом является неправильная оценка значения входного сигнала. Практически это приводит к тому, что начиная с некоторой частоты, при подаче сигнала с размахом, равным диапазону входного напряжения АЦП, восстановленный с выхода АЦП сигнал будет меньшей амплитуды

Очень важным параметром, имеющим значитетьное влияние на динамические параметры АЦП, а также на их эксплуатационные характеристики, является входная емкость

Входная емкость - это эквивалентная емкость на аналоговом входе АЦП Особенный интерес представляет входная емкость АЦП параллельного типа, которая достигает сотен пикофарад и более В таких АЦП входная емкость состоит из двух составляющих суммы емкостей входных каскадов компараторов и суммы паразитных емкостей токоведущих дорожек корпуса и проводников металлизации кристалла Первая составляющая значительно превыщает вторую, поэтому в первом приближении за входную емкость АЦП можно принимать первую составляющую Если вторая составляющая не изменяется под воздействием входного сигнала, то пер вая является функцией входного напряжения Это обусловливается тем, что входная емкость компараторов определяется главным образом паразитными емкостями р - п переходов транзисторов Поэтому в общем случае входная емкость параллель ных АЦП должна определяться как динамическая емкость

Входная емкость влияет на полосу пропускания АЦП, на разброс апертурного времени по ХП и, как следствие, на точностные параметры АЦП Влияние входной емкости на полосу пропускания можно моделировать RC фильтром нижних частот, подключенным на вход АЦП Полоса пропускания будет ограничиваться по уровню - 3 дБ произведением RqC[, где Rq - выходное сопротивление источника сигнала в диапазоне рабочих частот, 6/-входная емкость АЦП, приведенная ко входу

Зная входную емкость АЦП, можно оценить и входную емкость, приведенную ко входу отдельного компаратора Зная сопротивление шины аналоговою сигнала между соседними компараторами на кристалле и сопротивление шин тактового сигнала, а также разрядность АЦП и конкретную конструкцию кристалла, можно распреде ленные параметры этих шин заменить сосредоточенными Задержка сигналов на входах каждого компаратора будет определяться номером компаратора по отношению к выводу микросхемы, к которому подводится сигнал, сопротивлением шин, заключенных между соседними компараторами и емкостью, приведенной ко входу компаратора Максимальная разность задержек распространения сигнала различных компараторов и будет определять дополнительный разброс апертурного времени по ХП Количест венный анализ этой составляющей приведен в гл-. 9 Необходимо отметить, что зави симость входной емкости компаратора от напряжения на его входе будет вызывать дополнительные погрешности

Соотношение сигнат-шум является динамическим параметром АЦП, позволяющим интегрально оценить вносимые преобразователем искажения Соотношение сигнал-шум идеального АЦП рассчитывается по формуле 66+1,8 [дБ], где b - разрядность АЦП Соотношение сигнал шум реального АЦП находится как отношение