Погрешности измерений АЦП блока CANADC40

Этот документ следует рассматривать как продолжение документа ANC03.

В этом документе рассматриваются следующие вопросы:

Одной из существенных составляющих погрешностей измерений (по крайней мере при малом времени интегрирования) является шум преобразователя. Ниже приводятся картинки, иллюстрирующие шумы устройства. Измерения производились блоком CANADC40 сигнала 1 В при входной шкале 10 В и при 8-ми временах интегрирования.

Осциллограммы при временах интегрирования 1 и 2 мсек/отсчет.

Осциллограммы при временах интегрирования 5 и 10 мсек/отсчет.

 

Осциллограммы при временах интегрирования 20 и 40 мсек/отсчет.

Осциллограммы при временах интегрирования 80 и 160 мсек/отсчет.

Из приведенных осциллограмм можно составить таблицу ограничения точности шумами (разрешающая способность прибора).
 

Время интегрирования	Шумы (пик-пик)	Разрешающая способность (бит)	Разрешающая способность (%)
1 мсек	100 мВ	7,6	0,5%
2 мсек	20 мВ	10,0	0,1%
5 мсек	3,1 мВ	12,6	0,015%
10 мсек	0,9 мВ	14,4	0,005%
20 мсек	160 мкВ	16,9	0,0008%
40 мсек	90 мкВ	17,7	0,0005%
80 мсек	70 мкВ	18,1	0,0004%
160 мсек	45 мкВ	18,7	0,0002%

Учитывая, что для прибора даже на основных пределах гарантируется погрешность 0,03% можно увидеть, что шумы превышают эту погрешность только на двух самых быстрых пределах.

Ниже приводится картинка отклонения измеренного блоком CADADC40 напряжения эталонного ЦАПа от истинного при комнатной температуре и при температуре 50С.

Из картинки можно увидеть, что для данного экземпляра блока температурный дрейф в диапазоне температур 20-50 градусов не превышает значения 1 мВ, что соответствует относительному значению 0,01%. Это удачный экземпляр, тем не менее проверка температурных зависимостей нескольких десятков блоков не выявила блоков с дрейфом масштаба выше заявленного.

Из приведенной картинки можно также увидеть, что нелинейность измерителя ниже уровня шумов устройства. Действительно, теоретическая величина уровня нелинейности ниже 0,02%.

Если одновременно учесть источники погрешностей одновременно с шумами устройства, то можно составить следующую таблицу.
 

Время интегрирования	Погрешность (%)	Разрешающая способность (%)
1 мсек	0,5%	0,5%
2 мсек	0,1%	0,1%
5 мсек	0,03%	0,015%
10 мсек	0,03%	0,005%
20 мсек	0,03%	0,0008%
40 мсек	0,03%	0,0005%
80 мсек	0,03%	0,0004%
160мсек	0,03%	0,0002%

В заключение следует упомянуть об измерениях переменного напряжения. Типичное применение устройства CANADC40- в составе многоканальных источников питания. Одной из нередких неисправностей в таких системах являются неисправности фильтра на первичном выпрямителе. В таких случаях на выходах источников питания появляются пульсации с частотой 50, 100 или 300 Гц. Эти пульсации вполне могут быть зарегистрированы блоком.

Левая пара картинок представляет запись сигнала частотой 50 Гц, а правая пара картинок- 300 Гц. Обе картинки были записаны в одноканальном режиме с временем интегрирования 1 мсек. Для наглядности каждая запись один и тот же сигнал представляет в двух видах: 256 точек в кадре и первые 30 точек. Как видно, от представления информации ее восприятие сильно разнится.