Задача АЦП - автоматически трансформировать бесконечное множество возможных значений входной аналоговой величины в конечное множество (в ограниченный набор цифровых эквивалентов, кодов). Разрядность АЦП, его погрешности, чувствительность, быстродействие, надежность в значительной мере определяют окончательную достоверность результатов измерения и регистрации, возможности и характеристики цифровой измерительной аппаратуры в целом.
Длина шкалы L характеризует число возможных уровней преобразования (ступеней характеристики преобразования) АЦП. (число делений) аналоговых стрелочных измерительных приборов. Длина шкалы L ЦИП определяется разрядностью АЦП.
Разрядность п -это число двоичных разрядов (бит) или десятичных разрядов Если разрядность АЦП - п двоичных разрядов (бит), то длина шкалы L = 2 n. Например, при п = 11 бит значение L = 2048.
Разрешающая способность R - это величина, обратная длине шкалы L (R = 1: L)и характеризующая чувствительность АЦП. Чем больше длина шкалы L, тем лучше разрешающая способность R и тем, следовательно, выше качество преобразования. Значение кванта q - единицы младшего значащего разряда (МЗР) определяется отношением номинального U номзначения входного напряжения (или верхнего значения диапазона измерения) к длине шкалы L:
q = U ном / L.
Для двоичных АЦП значение кванта q иногда обозначается Least Significant Bit (LSB), для десятичных АЦП - Least Significant Digit (LSD).
Например, если длина шкалы цифрового мультиметра L = 1999 точек (или округленно 2000 точек) и выбран диапазон измеряемых напряжений U ном = 2 В, то вес кванта (единицы МЗР) в этом режиме q = 1 мВ. Чем меньше значение q,тем выше чувствительность преобразования и, как правило, выше точность. Значение кванта q определяет чувствительность АЦП и прибора в целом.
Погрешность квантования Dкв - важное понятие цифровой измерительной техники. Одним из основных источников недостоверности преобразования аналогового сигнала в цифровой код является процедура квантования, т.е. автоматического округления. Преобразование бесконечного множества возможных значений входного напряжения U в конечное число возможных уровней выходного кода неизбежно приводит к появлению погрешности квантования Dкв. Эта погрешность принципиально неистребима, но может быть обеспечена удовлетворительно малой.
Функция погрешности квантования Dкв - это разница между реальной ступенчатой характеристикой преобразования и идеальной линейной (рис. 6.1).
Конкретное значение погрешности Dкв в каждом отдельном результате преобразования - это случайная величина, равномерно распределенная на интервале кванта q. Все возможные значения этой погрешности лежат в диапазоне ± q /2 (плюс - минус половина кванта). Максимальное значение погрешности Dкв составляет по модулю q /2. Конечно, суммарная погрешность АЦП определяется не только погрешностью квантования. Реальная суммарная погрешность современных АЦП обычно находится в диапазоне 2... 5 единиц младшего значащего разряда (т.е. 2 q... 5 q). 
Рис. 6.1. Связь разрядности, длины шкалы и погрешности квантования: а - п= 1 бит, L = 21 = 2,
R = 1: 2; б - п= 2 бита, L = 22 = 4, R = 1: 4; в - п= 3 бита, L = 23 = 8, R = 1: 8
Рис. 6.1 иллюстрирует зависимость выходного кода N АЦП от значения входного напряжения U,а также связь основных понятий: разрядности n, длины шкалы L,разрешающей способности R, веса кванта q и значения погрешности квантования Dкв на примере двоичных АЦП (т.е. АЦП, работающих в двоичной системе счисления), входной сигнал которых - напряжение постоянного тока U. Случай разрядности п = 1 бит (см. рис. 6.1, а)соответствует простейшему АЦП с двумя возможными состояниями - 0 или 1.
Случай разрядности п = 2бита (см. рис. 6.1, б)соответствует АЦП с длиной шкалы L = 4. Случай п = 3 бита (см. рис. 6.1, в)соответствует длине шкалы АЦП L = 8. Чем больше число двоичных разрядов п,тем больше длина шкалы L (больше число возможных уровней квантования Nm),тем меньше погрешность квантования Dкв.
33 Основные типы АЦП
Типы АЦП
АЦП параллельного преобразования (прямого преобразования, flash ADC)
