Устройство для автоматического измерения характеристики преобразования быстродействующих аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1985 года по МПК H03M1/10 

11181

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано при проверке и метрологической аттестации аналого-цифровых преобразователей (АЦП), и является . 5 усовершенствованием известного устройства по авт. св. № 1058048.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства за счет обеспечения одновременного ав- томатического измерения уровня случайных- шумов АЦП в каждой измеряемой точке характеристики преобразования.

На чертеже изображена структурная схема предлагаемого устройства. 5

Устройство содержит генератор 1 периодического сигнала с нулевым средним значением, линию 2 задержки, дискриминатор 3 нуля, аналоговый интегратор 4 напряжения, сумматор 5нап- 20 ряжений, испытуемый АЦП 6, цифровой инте/рирующий вольтметр 7, цифровую схему 8 сравнения, биполярный комму-; татор 9 напряжения, блок 10 задания кодов, входную шину 11 устройства, 25 первую 12 и вторую 13 выходные шины и устройства, соответствующие шины 14, 15 и 16 испытуемого АЦП 6, элемент ИЛИ 17, первый 18 и второй 19 счетчики, блок 20 деления чисел,постоянное ЗО запоминающее устройство 21, блок 22 индикации и схему 23 управления.

Перед началом проверки шины 11, 12 и 13 устройства соединяются соответственно с шинами 14, 15 и 16 испытуе-j мого АЦП 6.

Устройство работает-следующим об-, разом.

При занесении в блок 10 задания кодов кода очередной проверяемой 40 точки .например, 1-го) измерительньй контур устройства, состоящий из блоков 1-9 функционирует так же, как и Б известном устройстве.

Устройство работает следующим об- 45 разом.

Выходной сигнал генератора 1 периодического сигнала с нулевым средним (например, синусоидальный сигнал), поступает на дискриминатор 3 нуля, .фор- 50 мирующий импульсы в моменты пересече- ния выходным сигналом renepaiopa 1 нулевого уровня. Эти импульсы подаются на вход запуска испытуемого АЦП 6 и осуществляют запуск циклов преоб-55 разования. Одновременно выходной сигнал генератора 1 периодического сигнала с нулевым средним поступает на

362

линию 2 задержки, величина задержки которой выбрана равной задержке срабатывания дискриминатора 3 нуля за вычетом задержки распространения сигнала по первому входу сумматора 5 напряжений.

Таким образом, на выходе сумматора 5 напряжений и, соответственно, на ходах цифрового интегрирующего вольт.етра 7 и испытуемого АЦП 6 действует сумма выходного сигнала генератора 1 периодического сигнала с нулевым средним и выходного напряжения аналогового интегратора 4 напряжения, причем в моенты запуска АЦП 6 мгновенное значение .напряжения на его входе равно текущему значению напряжения на выходе аналогового интегратора 4 напряжения. Последнее представляет собой медленно изменяющееся пилообразное напряжение с размахом в пределах одного кванта шкалы испытываемого АЦП, формирующееся следующим образом. Пусть на вход цифровой схемы 8 сравнения с выхода блока 10 задания кодов подан код, соответствующий номеру измеряемой точки характеристики преобразования. . Если выходной код испытуемдго АЦП 6, полученньй в результате очередного цикла преобразования, не равен выходному коду блока 10 задания кодов (например, меньше его), соответствуюий выходной сигнал цифровой схемы 8 сравнения переключает биполярный коммутатор 9 напряжения так, что выходное напряжение аналогового интеграто-г ра 4 начинает возрастать. Когда оно остигает значения, при котором выходной код испытуемого АЦП 6 превышает код, установленный в блоке 10 задания кодов, выходной сигнал цифровой схемы 8 сравнения подключает с помощью биполярного коммутатора 9 напряжения на вход аналогового интегратора 4 напряжение противоположной полярности, и выходное напряжение аналогового интегратора начинает уменьшаться. Процесс циклически повторяется, при этом напряжение на выходе аналогового интегратора 4 напряжения пилообразно изменяется в пределах кванта с номером, соответствующим значению кода, установленного в блоке 10 задания кодов.

Среднее значение выходного напряения сумматора 5 напряжений, состоящего из периодического сигн&ла с нулевым средним и пилообразного 3 сигнала с выхода аналогового интегра тора 4 напряжения, измеряется цифров интегрирующим вольтметром 7 в течени большого числа циклов изменения пило образного напряжения. Таким образом, в результате измерения на табло цифр вого интегрирующего вольтметра индицируется напряжение, соответствующее середине выбранного кванта шкалы испытуемого АЦП. После регистрации результата измерения блок 10 задания кодов устанавливает код, соответству ющий номеру следующей измеряемой точ ки шкалы, и циклы измерения повторяются до получения полной информации о всех заданных точках характеристики преобразования испытуемого АЦП. Для управления биполярным коммутатором 9 напряжения используют сигнал Меньше с соответствующего выхода цифровой схемы 8 сравнения и комбинацию сигналов Больше или равно с выхода элемента ИЛИ 17. Изза этого размах пилообразного напряжения на выходе аналогового интегратора 4 напряжения существенно меньше величины кванта h , а среднее значение пилообразного напряжения и, следовательно, среднее, значение напряжения на входной шине 1-6 испытуемого АЦП 6 равно напряжению нижней границы i-ro кванта его шкалы. Таким образом, показаниями цифрового интегрирующего вольтметра 7 являются координаты U нижней границы кванта, что позволяет путем последовательной смены опорных кодов в блоке 10 задания кодов получить полную характерис тику преобразования исследуемого АЦП 6 либо в статическом, либо в динамическом режиме его работы. При соответствующем выборе скорости изменения выходного напряже-. -ния аналогового интегратора 4 (так, чтр . бы за время изменения пилообразного напряжения на величину кванта происходило не менее нескольких десятков запусков испытуемого АЦП 6J сигнал Больше на выходе цифровой схемы 8 сравнения не должен появляться вовс если сипытуемый АЦП 6 не обладает соответствующими шумами. Наличие собственного шума испытуемого АЦП 6, выражающегося в флуктуации положения межквантовых границ, приводит к еду364чайному сближению и. перекрытию верхней и нижней границы кванта, вследствие чего на выходе цифровой схемы 8 сравнения иногда появляется сигнал Больше. Очевидно, что относительная частота появления этого сигнала связана с уровнем шумов испытуемого АЦП 6. Поскольку собственньй шум АЦП принято считать распределенным по нормальному закону, для его количественной оценки можно использовать табулир1ованную функцию - интеграл вероятностиm-Sl где --г|- отношение величины кванта испытуемого АЦП h; к среднему квадратическому значению (j; собственного шума АЦП в i -и точке его шкалы. При достаточно большом числе запусков АЦП за время измерения вероятность превьш1аюших величину кванта шумовых выбросов, определяемую правой частью вьфажения (1), можно оценить как относительную частоту появления сигнала Больше на выходе цифровой схемы 8 сравнения. Для ее определения служат первьй 18 и второй 19 счетчики, осуществляющие подг счет результатов сравнения Больше и Меньше с соответствующих выходов цифровой схемы 8 сравнения за фиксированный промежуток времени, и блок 20 деления чисел. Результат деления с выхода блока 20поступает на адресный вход постоянного запоминающего устройства 21, в которое предварительно записана таблица значений интеграла вероятности F(2). По выбранному адресу производится цикл чтения, а на блок 22 иникации вьшодится среднее квадратическое значение шума АЦП в проверяемой точке о, , выраженное в долях ширины кванта h . Необходимую временную последовательность работы счетчиков 18 и 19, блока 20 деления чисел и постоянного запоминающего устройства 21обеспечивает схема 23 управления о соответствующим управляющим шинам.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ по авт. св. № 1058048, о т л и ч а ю щ е в с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены первый и второй счетчики, блок деления чисел, постоянное запоминающее устройство, блок индикации, блок управления, элемент ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом биполярного коммутатора напряжения, первьй вх-од - с вторым выходом блока сравнения кодов, а второй вход - с третьим выходом блока срав-.. нения.кодов и первым входом первого счетчика, второй вход которого объединен с первым входом второго счетчи-ка и подключен к первому выходу блока управления, второй выход которого соединен с первым входом блока деления чисел, второй и третий входа которого соединены с выходами первого § и второго счетчиков соответственно, второй вход второго счетчика соединен сл с с первым выходом блока сравнения кодов, третий выход блока управления соединен с первым входом постоянного запоминающего устройства,, второй вход которого соединен с выходом блока деления чисел, а выход - с входом блока индикации.