Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1986 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, может использоваться для экспериментальных исследований и контроля погрешности аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых вольтметров-и яв ляется усовершенствованием устройства по авт.св. № 683015.

Целью изобретения является расширение области применения устройства путем обеспечения возможности оценки дисперсии случайной погрешности,

На чертеже представлена структурная схема устройства. ,

Устройство содержит источник 1 калиброванных напряжений (ИКН), блок 2 суммирования напряжений,преобразователь 3 код-напряжение (ПКН) элемент 4 сравнения кодов, реверсивный счетчик 5, первый сумматор 6, управляемый генератор 7 импуль- сов, счетчик 8, пересчетньй блок.9, блок 10 памяти, первый коммутатор 11 и арифметический блок 12, контролируемый АЦП-13. Арифметический блок содержит блок 14 элементов НЕ-, инвертор 15, второй коммутатор 16, второй сумматор 17, регистр 18 и элемент 19 задержки.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии на выходе источника 1 присутствует образцовое напряжение UQ гц (N+0,5),равное номинальному значению границы N, (N-J-I)-M квантами контролируемого АЦП 13 ( - номинальный размер кванта). На второй вход элемента 4 сравнения кодов с соответствующей клеммы подается опорньш код (N+1), импульсы с выхода генератора 7 не поступают, счетчики сброшены в нулевое состояние. По сигналу Пуск на выходе генератора 7 появляются импульсы, периодически запускающие контролируемый АЦП 13 и формирующие йа выходе счетчика 8 изменяющийся во времени код N, преобразуемый ПКН 3 в ступенчато изменякнце- еся вспомогательное воздействие V. Это воздействие распределяется в пределах 1-2 qц и центрируется относительно образцового напряжения, совместно с которым оно подается на вход АЦП 13.

Формирование кода оценки систематической составляющей инструментальной погрешности АЦП. 13 на выходе реверсивного счетчика 5 осуще,- ствляется аналогично алгоритму в известном устройстве.

Появление на вькоде элемента 4 сигнала h N, соответствующего событию, когда погрешность АЦП 13 и меньше оценки й систематической погрешности, кодовый эквивалент которой формируется реверсивным счетчиком, вызывает увеличение его содержимого на 1, Таким образом, с помощью обратной связи через блок 4, реверсивный счетчик 5, сумматор 6,

ПКН 3, .блок 2 суммирования напряжений и АЦП 13 устройство добивается равновесия, т.е. равенство вероятностей появления событий h $ N и h N. При этом автоматически обеспечивается равенство оценки uj не- тинному значению, т.е. инструментальная погрешность дАЦП 13 центрируется. В соответствующих ячейках блока 10.памяти накапливаются при

этом сигналы h N, характеризующие знак разности (Aj -V, ) . Тем самым в ячейках блока 10 подсчитьюаются значения ординат интегральной функции распределения FU(VJ) погрешности

АЦП, Управление процессом занесения сигналов h N в ячейки блока 10 осуществляется кодом с выхода счетчика 8. Оценка дисперсии формируется арифметическим блоком 12, реализующим алгоритм

А-ь, NV. sgn (Sj-Vj yj

где

J4 А Q

sgn(uj-Vp

ра.змах сигнала равномерно распределенного вспомогательного воздействия; объем набираемой при обработке статистики знаковая функция, отражающая соотно-. ше;ния значений инструментальной погрешности и вспомогательного воздействия в j-й момент времени

sgn (uj -Vj ) ,

1 при i N

J

-1 при g Nj .

Рассматриваемый алгоритм реализуется с помощью имеющихся в предлагаемом устройстве сигналов

А2 +

одГ « , sgn(ti

Q i J

;-N),

где

sgn (hj-N)

,

при hj

N или uj V при hj i N или uj 6

путем накопления результатов перемножения значения Ny формируемых счетчиком 6, и значений sgn (h-N), формируемых элементом 4 сравнения кодов.

Операцию формирования значения произведения осуществляют в арифметическом блоке 12 второй коммутаЕтор 16 совместно с блоком 14 элементов НЕ. При этом блок 14 формирует инверсные значения вспомогательного воздействия, а второй коммутатор 16 передает на первый вход второго сумматора 17 либо прямые, либо инверсные значения воздействия Ny в зависимости от результата сравнения кодов h и (N-t-1) в элементе 4. Таким образом, на вход накапливающего сумматора, состоящего из комбинационного сумматора 17 и регистра 18,поступает код произведения Ny: sgn(hj -N), Для обеспечения правильного вьгчита- тания на накапливающий сумматор в случае sgn (h-N) -1 подается дополнительный обратный код. Операция дополнения организуется за счет использования третьего входа (переноса CI) сумматора 17. Накапливающее суммирование организуется с помощью регистра 18, хранящего текущий код суммы, и обратной связи на второй вход сумматора 17. Тактирование работы регистра 18 должно осуществляться по цепи с выхода генератора 7 через элемент 19 задержки.

Код Ny; с выхода счетчика 8 представляет собой фактически текущий номер ступени j квантования квантованного вспомогательлого.воздействия, изменяклцегося от 1 до k При этом само воздействие, как размерна величина, описьшается соотношением V (k+1)/k. Тогда выражение для оценки дисперсии погрешности АЦП 13 имеет вид

от9Д

А sgn(hpN)

X J si JJ

- IQ + 4Г i: (i/k) sgn(h.. -Ю,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

где ink

Q; и j - номер и число ступеней квантования вспомогательного воздействия; число и номер измерения произведенного АЦП 13 для каждого значения (обычно Q; 10); Q Qi . k. .

В метрологическом аспекте наибольшую ценность представляет информация, заключенная в сумме ZCi/k) sgn (h;; -N), поскольку именно она изменчива от изменения измеряемого параметра (дисперсии), остальные члены последнего выражения постоянные. Поэтому достаточно ограничиться рассмотрением вопросов аппаратурной реализации указанной суммы. При этом накопленная сумма пропорциональна искомому значению оценки дисперсии D й .

При аппаратурной реализации алгоритма измерения дисперсии объе.м выборки Q задается коэффициентом пересчета блока 9, деление результата суммирования на Q осуществляется за счет выбора емкости накапливакщего сумматора равным Q. Какоплейная сумма всегда меньЩе Q, так как (i/k)s1, поэтому результат измерения получаем в долях К. Учитывая, что член (i/k) выражен в долях К, удобно выбирать емкость сумматора 17,равной К, и нарастить его двоичным реверсивным счетчиком емкостыб Q (например, две микросхемы 564ИЕ11), подсчитывающим сигналы переполнения с сумматора 17. Направление счета в плюс или минус определяется сигналами с блока 4 сравнения кодов. При этом первое слагаемое в фи урньп: скобках можно учесть, постоянно включая при индикации 1 в целой части индицируемого результата (т.е. включив постоянно 1 в десятичном разряде). Умножение суммы на 4 можно осуществить, сдвинув вправо результат, полученный в двоичном счетчике с помощью регистра сдвига (две микросхемы 564ИР2).

Блок 14 и инвертор 15 могут быть реализованы с помощью интегральных

микросхем 155ЛН1 и 564ЛН2, второй коммутатор 16 может быть выполнен с помощью микросхемы 564ЛС2 (четыре элемента И-ИЛИ), второй сумматор ,17 и регистр 18, образующие 1 акап- ливающий сумматор, с помощью микросхем ЗбАИМ и 564ИР2 соответственно.

- -W

Таким образом, предлал аемое устройство позволяет расширить область его применения за счет возможности непосредственной оценки д1-5сперсии одной из наиболее важных случайной погрешности и закрепленных в нормативных документах характеристик АЦП.

Формула изобре т е н и я

Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей по авт„св. № 683015, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения путем обес печения возможности оценки диспер

сии случайной погрешности, в него введен арифметический блок, выполненный на блоке элементов НЕ, инверторе, втором коммутаторе, втором

сумматоре, регистре и элементе задержки, причем первый информационный вход второго коммутатора объединен с входом блока элементов НЕ и подключен к выходу счетчика, выход

блока элементов НЕ соединен с вторым информационным входом второго коммутатора, выход которого соеди- нен с первым входом второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу регистра, а выход - к первому входу регистра, второй ByioR которого через элемент задержки подключен к выходу управляемого генератора импульсов, третий вход второго сумматора объединен с первым управляющим входом, второго коммутатора и подключен к выходу инвертора, вход которого объединен с вторым управляющим входом второго коммутатора и подключен к инверсному выходу элемента сравнения кодов.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, может использоваться для экспериментальных исследований и контроля погрешности аналого-цифровьк преобразователей (АЦП) и цифровых вольтметров и является усовершенствованием известного устройства по авт.св. № 683015. Цель изобретения - расширение области применения устройства путем обеспечения возможности оценки дисперсии случайной погрешности - достигается тем, что в устройство, содержащее источник калиброванных напряжений, блок суммирования напряжений, преобразователь код - найряжение, элемент сравнения кодов, реверсивный счетчик, первый сумматор, управляемый генератор импульсов, счетчик, пересчетный блок, блок памяти,первый коммутатор,введен арифметический блок, выполненный на блоке элементов НЕ, инверторе, втором коммутаторе, втором сумматоре, регистре и элементе задержки. Оценка дисперсии формируется арифметическим блоком путем накопления результатов перемножения значений Nyj формируемых счетчиком, и значений sgn (h-N) формируемых элементом сравнения кодов. 1 ил. с

Редактор И, Шулла

Составитель В, Солодова

Техред Л .Кравчук : Корректоре. Черни

4836/57

Тираж 816Подписное

ВНШПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,4