Устройство для измерения динамических характеристик аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1984 года по МПК H03K13/02 

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и пред назначено для измерения характеристик погрешности аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в динс1мике. Известно устройство для измерени динг1мических характеристик АЦП, содержащее поверяемый АЦП, датчик псевдослучайных значений уровней, регистр уровней, цифро-аналоговый преобразователь уровней, датчик псевдослучайных значений скоростей, аналоговый сумматор, цифровой управ ляемый мультивибратор, ключ, регист запоминания вьгходного кода, блок об работки, первый блок вычитания, вто рой блок вычитания, генератор импульсов, блок управления, блок задержки времени и логический элемент ИЛИ СИ . Недостатком этого устройства является то, что определение характеристик АЦП в динамике проводи-Еря на псевдослучайном входном.сигнале с заданными законами распределения автокорреляционной функцией, что не позволяв произвести оценки динамических характеристик АЦП при кодировании широкополосных случа:йных ил детермированных сигналов и определе ния зависимости ее максимального-и среднеквадрахического значений от закона«распределения и вида корреляционной функции входного сигнала. Известно устройство-прототип, предназначенное для измерения динами ческих характеристик АЦП, содержащее повёряешлй АЦП, генератор .образцового случайного сигнала с заданным параметрами, первый цифро-аналоговый преобразователь, два сравнивающих устройства, -аналоговые сумматор и вычитатель, блок временной задержки генератор импульсов, блок управления логический блок, реверсивный счетчик второй цифро-аналоговый преобразователь, цифровой индикатор и аналого вый регистратор результатов измерений. Вход генератора импульсов соеди нен с шиной .Пуск , а выход - с входом блока управления и запускающи входом АЦП, измерительный вход кото.рого соединен с выходом генератора образцового случайного сигнала и с первыми входами двух блоков сравне,ния соответственно, информационный выход - с входом первого цифро-аналОгового преобразова.теля, управляющи вход которого соединен с выходом Конец преобразования АЦП и с .входом блока задержки времени, а выход - с первыми входами аналоговых cyijiMaTopa и вычитателя, вторые входы которых подключены к выходу цифроаналогового преобразователя и пер- ; вому входу аналогового регистратора результатов измерения, а йыходы к вторым входам блока сравнения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входом логического блока, третий вход которого соединен с выходом блока управления и выходы - соответственно с входами прямого и обратного счета реверсивного счетчика, информационный вход второго цифро-аналогового преобразователя соединен с выходом первого реверсивного счетчика и с информационным входом цифрового индикатора С2}. Недостатком известного устройства является то, что оно имеет большую величину среднеквадратичной ошибки установившегося значения оценки динамических характеристик АЦП. Кроме того, определение момента окончания измерения производится неавтоматически. Цель изобретения - повышение точности измерения и увеличение быстродействия при определении момента окончания их измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, вход которого соединен с. шиной Пуск , а выход с входом блока управления и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, измерительный вход которого соединен с выходом генератора образцового случайного сигнала и с первыми входами первого и второго блоков сравнения соответственно, информационный выход - с входом первого цифро-аналогового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом Конец преобразования аналого-цифрового преобразователя и с входом блока задержки, а выход - с первыми входами аналоговых сумматора и вычитателя соответственно, вторые входы которых подключены к В1аходу второго цифро-аналогового преобразователя и к первому входу аналогового регистратора результатов измерения, а выходы - к вторым в.ходам первого и второго блоков сравнения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами логического блока, третий вход которого соединен с выходом блока управления; информационный вход второго цифро-аналогового преобразователя соединен с выходом первого реверсивного счетчика и с информационным входом цифрового индикатора, дополнительно введены элемент .ИЛИ, счетчик числа импульсов, второй реверсивный счетчик, два элемента И, первые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходгими логического блока, при этом выход первого элемента И сое-, динен с входом прямого счета второго реверсивного счетчика, выход второго элемента И - с входом обратного счета второго реверсивного счетчика, выходы переполнения единиц -и переполнения нулей которого соединены соответственно с входами прямого и обратного счета первого реверсивнрго счетчика и с входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с первым входом счетчика числа импульсов, второй вход которого соединен с вторыми входами элементов И и выходом блока задержки времени, а выход - с вторыми входами цифрового индикатора и аналогового регистратора результатов измерения. На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства, Устройство содержит генератор 1 образцового случайного сигнала с заданными параметрами, испытуемый АЦП 2, первый цифро-аналоговый преобразователь 3, первый и второй блоки сравнения 4 и 5, аналоговые сумматор 6 и вычитатель 7, блок 8 задержки, генератор 9 импульсбй, блок 10 управления логический блок 11, элементы И 12 и 13, второй и первый реверсивные счетчики 14 и 15, второй цифро-аналоговый преобразователь 16 счетчик 17 импульсов, элемент -ИЛИ 18 цифровой индикатор 19 и аналоговый .регистратор 20 результатов измерений Работа устройства осуществляется Следующим образом. Генератор импульсов 9 выдает }ta блок 10 управления и запускающий вход-АЦП 2 тактовые импульсы, по которйм поверяемый АЦП 2 производит преобразование случайного сигнала U)c.(t), вырабатываемого генератором образцового случайного сигнала 1, в цифровой эквивалент МПУ (tvc) Г1о око чании каждого цикла аналого-цифрового преобразования, изменяющегося вовремени сигнала Ux (t), с АЦП 2 по сигналу Конец преобразования в момент t в.цифро-аналоговом преобразо-вателе 3 производится за врем tn обратное преобразование цифрового эквивалента Ып-к. () в напряжение Unxlt L+tn) Это напряжение суммиру ется в аналоговом сумматоре 6 и вы читается в аналоговом вьгчитателе 7 дополнительным напряжением д-Уо (t..(,4 вырабатываемым вторым цифро-аналоговым преобразователем 18, управляе мым реверсивным счетчиком 15. Блок 4 и 5 сравнения устройства через ло гический блок 11 и элементы И 12 и 13 по сигналу Х с блока задержки времени 8 производят следующие опе-г рации во втором реверсивном счетчике 1 При выполнении условий для сравнивающих устройств 4 и 5 соответственно:UxCtKL -tn) / LUnvCtKLV UoCiKl-i) , UxCtKl -ta CUnx CtKi)-AUo6:kcl-)l , U( СUnx Ctti.AUoCt t-): ., UxCtKL UHCUn CtKi.(V.-4 , что для обоих сравнивающих устройств соответствует выражению UUnyCtKLbtOU lu.)l , где AUn CtKcvtH UxC-tKL tnl-UnxCtnO текущая ошибки аналого-цифрового преобразования входного сигнала UjiJtX. Сигналом с выхода (т.-Ку + 1 )у f где х , 9. сигналы с выходов аналоговых сравнивающих устройств 4 и 5Jлогического блока 11 и с приходом сигнала Х0, сигнал с выхода АЦП. 2, во второй реверсивный счетчик 14 через элемент И 12 добавляется единица. При выполнении условий для блоков 4 и 5 сравнения соответственно Ux(tKl+-tnVLUnx , AUo6:u.c- Х4-0UxCtvci.(.M-uUoC4L-i).J , . что для обоих сравнивающих устройств соответствует выражению 11,)К л, UoCtvcbiM C гнaлoм 2rj -Xr.y логического блока 11 и с приходом сигнала х, во втором реверсивном счетчике 14 через элемент И 13 вычитаетсяединица. При измерении среднеквадратического значения динамической погрешнос ти АЦП логический блок 11 открыт для сигналов от блоков 4 и 5 сравнения управляющим сигналом, который поступает от блока 10 управления. В то время как вььходной код второго реверсивного счетчика 14 изменяется в каждом цикле, то изменение выходного кода первого реверсивного счетчика 15 и соответственно дополнительного напряжения на выходе второго цифро-аналогового преобразователя 16 происходит при переполнениях второго реверсивного счетчика 14, Если значение дU(5() не совпадает со среднеквадратическим значением динамической погрешности АЦП, то на выходе логического блока 11 преобладают сигналы -З-, или Zg а на входе второго реверсивного счетчика 14 - соответственнее сигналы увеличения или уменьшения его кода. В результате этого происходит переполнение или обнуление кода второго реверсивного счетчика, которое вызывает изменение кода первого реверсивного счетчика 15 и соответственно выходного напряжения второго цифроаналогового преобразователя 16 в сторону,приближения к среднеквадратическому значению динамической ошиб-. ки АЦП. После переполнения второго реверсивного счетчика 14 и -изменения кода первого реверсивного счетчика 15 производится начальная установка (второго реверсивного счетчика 14) через логический элемент ИЛИ 18 сче чика импульсов 17. В процейсе многоразовых циклов преобразования на выходе второго |Цифро-аналЪгового преобразователя 16, независимо от первоначального состояния, устанавливается напряжен Л Ц,, которое в среднеквадратическом будет равно ошибке преобразования . Отсутствие сигналов переполне ния .второго реверсивного счетчика 14 в течение кол11 чества циклов, .пре восходящих 2 (па - число разрядов второго реверсивного счетчика 14) будет только в том случае, если выполняется равенство вероятностей DtUUt xlVlu.UoU PLUUnxUUUol3 . Выполнение этого условия означает, что подобранное значение соответствует исксялой оценке динамической погрешности АЦП. Повышение точности осуществляетс за счет того, что дисперсия приведе ного к входу первого реверсивного счетчика15 существенно меньше дисперсии исходного распределения дина мической погрешности АЦП. Причем, чем больше число разрядов второго реверсивного счетчика 14, тем меньш дисперсия приведенного к входу первого реверсивного счетчика 15, и при неограниченном увеличении числа разрядов второго реверсивного счетчика 14 она уменьшается до значения ограниченного только величиной единицы младшего разряда второго цифро аналогового преобразователя 16. При измерении по модулю максимальных значений погрешности UU реверсивные счетчики 14 и 15 работают на сложение, начиная с нулевого состояния, а логический блок 11 открыт для сигналов от сравниваквдих устройств 4 и 5 управляющим сигнало у с блока 10 управления. При этом в процессе многократных циклов преобразования на выходе второго цифроаналогового преобразователя 16 устанавливается напряжение, которое будет удовлетворять неравенству lu.Uol luUnYWAvl при z. (vi4i- i-4y4i 2.2.0 , При измерении максимальных значений динамической погрешности -AUnxmoot -u. nxmcw. Реверсивные счетчики 14 и 15 также работают на сложение, начиная с .нулевого состояния, а логический блок открыт для сигналов от одного из блоков сравнения 4 и 5 управляющим сигналов 4г ияи Цц в зависимости от режима. При этом в процессе многократных циклов преобразование на выходе второго цифро-аналогового преобразователя 16 устанавливается напряжение, которое будет удовлетворять неравенствам:при измерении - AlJnxtvvxy. AUo Un4c;-uUn Lmcv i при Нг -Хд-у, и ,0 при измерении - д nias uU(,;s;-uUt xc-A nma4 при и гз. Установившиеся значения динамической погрешности АЦП регистрируются в аналоговом виде в регистраторе 20 и в цифровом виде - преобразователем 16 по сигналу переполнения счетчика 17 импульсов, который будет при отсутствии сигналов переполнения второго реверсивного счетчика 14. Таким образом, данное устройство в отличие от базового устройства не имеет в своем составе дорогостоящей ЭВМ и прецизионного генератора . синусоидальньах сигналов; имеет более высокое быстродействие, позволяет определять динамические погрешности АЦП как на широком классе сигналов,, так и на реальном входном сигнале; имеет значительно меньшую потребляемую мощность. Конец преобразования

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее генератор импульсов, вход которого соединен с шиной Пуск, а выход - с входом блока управления и входом запуска аналого-цифрового преобразователя, измерительный вход которого соединен с выходом генератора образцового случайного сигнала и с первыми входс1ми первого и второго блоков сравнения соответственно, информационный выход - с входом первого цифро-аналогового преобразователя, управляющий вход которого соединен с выходом конец преобразования аналого-цифрового преобразователя и с входом блока задержки, а выход - с первыми входами аналоговых сумматора и вычитателя соответственно, .вторые входы которых подключены к выходу второго цифро-аналогового преобразователя и к первому входу аналогового регистратора результатов измерения, а выходы - соответственно ковторым входам первого и второго блоков сравнения, выходы которых соответственно соединены с первым и вторым входами логического блока, . третий вход которого соединен с выходом блока управления, информационный вход второго Цифро-аналогового п зеобразователя соединен с выходом первого реверсивного счетчика и/с информационным входом цифрового индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и увеличения быстродействия при определении момента окончания измерения, в него введены элемент ИЛИ, счетчик числа импульсов, второй реверсивный счетчик, два элемента И, первые входы которых соединены соот-г ветственно с первым и вторым выходамиГЛ логического блока, при этом вьаход ЦП первого элемента И соединен с вхо- 1. дом прямого счета второго реверсив- I ного счетчика, выход второго элемен- В та И - с входом обратного счета вто- ; рого рев.ерсивного счетчика, выходы переполнения единиц и переполнения нулей которого соединены соответст3 венно с входами прямого и обратного | счета первого реверсивного счетчика и с входами элемента ИЛИ, выход ко:д торого соединен с первым входом XT счетчика числа импульсов, второй вход которого соединен с вторыми эо входами элементов И и выходом блока задержки, а выход - с вторыми входами цифрового индикатора и аналогового регистратора результатов измерения.