Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя Советский патент 1983 года по МПК H03K13/02 

Иэоьретение относится к электроизмерительной технике и может быть применеис при создании прецизионных многоразрядных цифроангиюговых и аналого-цифровых преобразоиателей.

Известен способ, основанный на последовательном определении разности ме)хду очередным разрядныг.1 весом и всеми меньшими разрядными весами, по результату которого уточняется величина этого разрядного веса. Причем калибровка производится . начиная с самого младшего из калибруемых разрядных весов 1 ,

Однако такой способ, характеризуется низкой точностью калибровки.

. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, заключающийся в последовательном измерении разности между, всеми paзpядны 1и весами калибруемого и эталонного ЦЛП, . по результатам которых уточняются величины раирядных весов калибруемого ЦАП 2 J.

Недостатком этого способа также является низкая точность калибровки, определяемая точностью эталонного ЦАП и которая не может быть выше точности последнего, и низкое быстродействие.

Цель изобретения - повышение точности и быстродействия калибровки ЦЛП,

Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в последовательном измерении разности между разрядными весами калибруемого и опорного ЦАП с последующей обработкой результатов измерений, измеряют разность между суг.юй п старших разрядных весоа калибруемого и дополнительной аналоговой мерой и разности между из п старших разрядных эесои опорного и суммой всех меньших разрядных весов калибруемого этом величины старших разрядник весов калибруемого Ц/vn, определяются по формуле

(- 4V:-V -V1 +V2 ) И)

2 1 1 1-4--1 1-f-l /

де Q.- величина i-ro разрядного

веса ( д N, ..., N-(n+1); о.. - величина дополнительной

аналоговой меры; V. - результат измерения раз ности между J-ми разрядйыми весами опорного и калибруемого ЦАП; V - результат измерения разнос ти между суммой всех калибруемых разрядных весов,

меньших j-ro разрядного веса калибруемого цифроаналогового .преобразователя и i-тым разрядным весом опорного цифроаналогового преобразователя, N - число разрядов калибруемого ЦАП п - число старших калибруемых

разрядных весов .

пояснения формулы (1J рассмотрим два равенства

1 ё°к,,;

V. rV -у2

. 1 + 1 i-H Uf -i

r.l-v,

0 Qft,lb погрешности определения величины V/,- и V,- соответственно.

Вычитая из первого равенства второе получим соотношение

а.- 2а. V,- V

откуда следует справедливость формулы (1). Нетрудно доказать, что ошибка сЛ определения i-ro разр5щного веса равна . «.

0 A..f/5,( 11 ,u;

. , NfV Hl/

где /5.- тал, 1(Ь(.

Последнее выражение показывает, что ошибка вычисления величин разрядных весов не накапливается.

5 На чертеже представлена 6J7OK-cxe ма устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит дифференциальный аналого-цифровой преобразо0 ватель(АЩ1) 1, калибруемый и опорный цифроаналоговые пр еобразователи 2 и 3 (ЦАП), аналоговый сумматор 4, дополнительную аналоговую меру 5, аналоговый ключ 6 и вычйс5 лительный блок 7,

Ключ 6 обеспечивает подачу на второй вход АЦП 1 дополнительной аналоговой меры 5 или базового потенциала устройства. Аналоговый

сумматор 4 обеспечивает подачу на первый вход ЦАП 1 разности аналоговых сигналов калибруемого 2 и опорного 3 цифроаналоговых преобразователей . Результаты измерений поступают в вычислительный блок-7, обес5 печивающий вычисление величин разрядных весов.калибруемого ЦАП 2.

Процесс калибровки осуществляется следующим образом.

Калибруются п старших разрядных

0 весов цифроаналогового преббразователя 2, причем самый младший нз калибруемых разрядных весов удвоен. Процедура калибровки применима к любым двоичным ЦАП (т.е. таким,

5 У которых следующий разрядный вес больше предыдущего, в два раза) и для которых выполняется с требуемой точностью принцип суперпозици для разрядных весов. Так как выходной сигнал ЦАП может быть разной природы (ток, напряжение), то. i-ый разрядный вес обозначается через Qj. Опорный ЦАП 3 генерирует дополнительные аналоговые сигналы Ь для уменьшения разност между подаваемыми на входы АЦП сигналами. Калибровка начинается с измер ния разности V между дополнительной аналоговой мерой Зсх и суммой п старших разрядных весов .. калибруемого ЦАП 2, из результата которого вычитается результат из мерения дрейфа нуля «NH-f «Г-Сг ЙИ Затем последовательно, начиная с самого старшего, определяют величины всех калибруемых разрядных весов. Первым калибруют самый ста ший разрядный вес а. Для его определения необходимо измерить раз ность V|yj между ним и суммой всех меньших калибруемых разрядных веN-1сов ) ы . Так как сделать sto непосредственно не представляется возможн1з1м, то разность определяет ся по результатам двух измерений, производимым следукицим образом. На калибруемый ЦАП 2 подают код, по которому включается только ста ший разрядный вес: выходной сигнал калибруемого ЦАП 2 при этом б дет равен а . В опорном ЦАПе вкл чается также N-ный разрядный вес b( приблизительно равный а. Сигналы и Ь| вычитаются в аналого вом сумматоре 4 и подаются на пер вый вход АЦП 1, на второй вход ко торого в это время подается базовый потенциал устройства. АЦП 1 измеряет эту разность и полученны результат запоминается Затем в калибруемом ЦАП 2 выключа ся старший разрядный вес и включа ся все меньшие калибруемые веса: выходной сигнал калибруемого ЦАП будет теперь равен сумме у -. с- к I АЦП 1 измеряет разность между Указанной суммой и выходным сигналом bj опорного ЦАП 3 и полученный ре-.4 i, эультат V.. EV- bji, вместе с тремя предьшущими позволяет вычислить истинное значение величины а,л . (V-i VN-v;i w2 J, v vj-vj Нетрудно заметить, что неточность дополнительного аналогового сигнала Ь., не оказывает влияния на результат вычисления величины , а, следовательно, и ct Величина сохраняется для еле- . дующего цикла калибровки, в котором определяют величину следующего (N-l)-ro разрядного весао. Для этого нужно определить разность V,, между определяемым разрядным N--1N-2 П о,. весом , и суммой i- ot. всех . меньших разрядных весов. Находят ее по результатам двух измерений. в калибруемом и опорном ЦАП 2 и 3 включают (N-l)-bie разрядные веса N-1 -N-1 соответственно. Результат измерения разности между ними ) а |jj - .b|jj запоминается.. Затем в калибруемом ЦАП 2 выключают (М-1)-ый разрядный вес и включают все меньшие калибруемые разрядные веса. Измеряется разность между Н-2. суммой г- указанных весов и 2 а сигналом Ьщ опорного ЦАП. Результат V.J ZZ а -bf.. измере I ния этой разности вместе с предыдущим результатом V,, измерения и результатом , полученшдм в предьадущем цикле калибровки позволяет вычислить величину очередного разрядного веса а.. . по формуле ( j. ы- , Далее определяют величину следующего, (N-2)-ro разрядного веса , затем величину o(j и т.д. Причем величина j-ro разрядного веса определяется после вычисления величины предыдущего ( i«-1)-r,o разрядного веса и по результатам двух измерений, результату Vl (Х- - Ъ измерения разности между i-ми разрядными весами калибруемого и опор 2 . ного ЦАП и результату V i ° и ЬK rJ-tlизмерения разности между суммой всех меньших калибруемьохразрядных весов калибруемого ЦАП 2и i-тьм разрядным весом опорногоЦАП 3. Величину i-ro разрядноговеса Qопределяют по Формуле. f«rfK.v.-v.,j,v.v;-vf: Из приведенных выражений следует, что введение дополнительного аналогового сигнала b,- Gi позволяет увеличить точность огТределеi-fния разности v - « Г 1 1 l/ , K N-n так как при этом АЦП 1 измер5 ет

разности между близкими по величине сигналами, а неточиость hj не оказывает влияния на результат вычисления V и, следовательно, величины а,- .

Процесс последовательного определения величин разрядных весов продолжает до получения последнего самого младшего из калибруемых, разрядного веса а( .

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: обеспечивает более высокую точность калибровки ЦАП, так как происходит уменьшение влияния погрешностей измерений, производимых в предшествующих циклах калибровки (ввиду наличия коэффициента 1/2), а также обладает большим быстродействием, так как производится определение величин лишь старших разрядных весов.

СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОСТИ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЯ, заключающийся в последовательном измерении :разности между разрядныгли весами калибруемого и оп ного цифроаналогового преобразователя с последующей обработкой результатов измерений, отлича щ.и и с я тем, что, с целью повышения точности и .быстродействия; измеряют ра:зность между сум14Ой п старших разрядных весов калибруемо го цифроаналогового преобразовател и дополнительной аналоговой мерой и разности между каждьм из п старших разрядных весов опорного ЦИФРО ангшогового прообразов тяля и суммены1.1их разрядных иесов мого цифроаналогового претеля, при этом величины разрядных весов калибруемоаналогового преобразоватееляются по формуле , +V (. {+f 1 1+-1 ВеличиНсх 3-го разрядного иеса ( i N, .... N-(n+1); величина дополнительной аналоговой меры; результат измерения разности мехаду 1-ми разрядными весами калибруепого и опоу ного цифроаналогового преобразователя; результат измерения разности между суммой всех калибpyeNttJx разрядных весов, меньших 1-го разрядного веса калибруемого цифроаналогового преобразователя и i -тым разрядд,ным весом опорного цнфроаналогового преобразователя; общее число разря;),ов .калибруемого ЦДП; число старших калибруемых разрядных весов.