Digitální měřící přístroje - III

Z názvu těchto přístrojů by se mohlo zdát, že digitální měřicí přístroje jsou plně digitální. Opak je pravdou – snímače jsou analogové a k digitalizaci dochází až v analogově digitálním převodníku. Tento převodník je srdcem digitálního měřicího přístroje a nejvyšší měrou se podílí na kvalitě poskytovaných informací.
Typy převodníků A/D
Převodníků A/D je více druhů, pro ilustraci a pochopení principu zde uvádíme podrobněji pouze některé z konstrukcí. Vlastnostmi, které jsou pro převodník A/D nejvýznamnější, jsou následující: – rozlišovací schopnost převodníku je dána počtem rozlišitelných úrovní analogového signálu. Pro n-bitový binární převodník je to 2n úrovní, – krok kvantování, někdy označován jako citlivost, je rozdíl dvou hodnot vstupního analogového napětí, kdy nastává přechod od jednoho číslicového výstupu ke druhému, – chyba kvantování je maximální rozdíl mezi hodnotou analogové veličiny a hodnotou odpovídající danému kódovému slovu; obvykle je to polovina kroku kvantování, – rychlost je dána dobou převodu, resp. počtem převodů za sekundu, – přesnost je dána chybou převodníku, která má dvě složky. Součtová (aditivní) chyba je nezávislá na hodnotě analogového signálu a je pro celý rozsah konstantní. Je způsobená např. posunutím nuly. Posunutí nuly se označuje také jako chyba nuly a znamená, že pro nulový vstup je na výstupu převodníku nenulový výstup. Součinová (multiplikativní) chyba závisí na hodnotě analogového signálu a je způsobena chybou zesílení analogových částí a nelinearitou převodníku. Říká se jí chyba konstanty a výsledkem je jiný sklon charakteristiky než má ideální převodník, – stabilita vyjadřuje stálost vlastností převodníku při působení různých rušivých vlivů, jako je změna teploty, čas, vlhkost apod.
Aproximační převodník
Jeden z typů komparačních převodníků je tzv. převodník s postupnou aproximací (obr. 1). Skládá se z komparátoru, převodníku D/A a aproximačního registru.
Proces převodu Po startu převodu (signálem START) se v aproximačním registru nejprve nastaví bit nejvyššího řádu na 1, tj. v registru je číslo, které je rovno polovině rozsahu převodníku. Číslo je převedeno na napětí převodníkem D/A (v tento okamžik ½ Uroz , kde Uroz je rozsah převodníku D/A) a to je přivedeno zpět na komparátor. Generovaná hodnota napětí je porovnána komparátorem se vstupním napětím Ux, které má být převedeno. Je-li vstupní napětí menší než generované (na výstupu komparátoru je hodnota 0), znamená to, že první odhad (neboli aproximace) byl nadhodnocen a výsledek (převedené číslo) bude menší než poloviční hodnota, tzn. bit nejvyššího řádu musí být vynulován. Vzhledem k tomu, že výstup komparátoru je v tomto případě 0, stačí bit přepsat tímto výstupem. V dalších krocích se stejným způsobem zjišťují postupně bity nižších řádů – nejprve se nastaví příslušný bit na jedničku a podle výstupu komparátoru se buď opraví nebo ponechá. Kroky převodu jsou řízeny hodinovým signálem. Ukončení je signalizováno pomocí signálu HOTOVO.

Pokračování článku naleznete v časopise Elektro str. 40