Устройство для измерения дифференциальной нелинейности быстродействующих аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при. измерении точностных параметров аналого-цифровых преобразователей.

Целью изобретения является повышение точности измерения дифференциальной нелинейности.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - эпюры напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство контроля дифференциальной нелинейности быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) содержит генератор 1 периодического напряжения, входную шину 2, дискриминатор 3 нуля, интегратор 4, сумматор 5, испытуемый АЦП 6,цифровой интегрирующий вольтметр 7,цифровой компаратор 8, переключатель 9, блок 10 задания кодов, выходную шину 11, блок 12 элементов И, источник 13 опорного напряжения, цирфоанало- говый преобразователь (ЦАП) 14, делитель 15 напряжения, делитель 16 частоты, триггер 17, одновибратор 18, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, элемент И 20.

На фиг.2 представлены эпюры напряжений:

а - статическая характеристика аналого-цифрового преобразования;

б - напряжение на выходе сумматора 1 1 ;

в - сигнал на выходе цифрового компаратора 8;

г - сигнал -на выходе генератора 1 периодического напряжения;

д - сигнал на выходе дискриминатора 3 нуля;

е - сигнал на выходе делителя 16 частоты; ж - сигнал на выходе триггера 17;

3 - сигнал на выходе одновибрато- ра 18;

и - сигнал на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19. I

Предлагаемое устройство работает

следующим образом.

Переключатель 9 устанавливают вначале в такое положение,что на управляющий вход блока 12 элементов И поступает сигнал логического нуля, а на младший разряд шины второго входа цифрового компаратора 8 - сигнал логической единицы.

Таким образом, на опорном входе цифрового компаратора 8 вначале устанавливают сигнал 00... .01 с единицей в младшем разряде. С выхода ЦАП 14

при этом снимается аналоговый сигнал нулевого напряжения. Поэтому на вход испытуемого АЦП 6 поступает пилообразный сигнал, симметричный относительно нулевой линии. На фиг. 2 а

в координатах NV представлена статическая характеристика преобразования. Так как уровни перехода определяются срабатыванием внутреннего компаратора (порогового элемента АЦП), то ха

рактеристика в зоне перехода должна

5

0

носить компараторный характер с зоной гистерезиса, размер которой зависит от разных факторов, в том числе и от уровня преобразуемого сигнала, 0 При определенном уровне медленно меняющегося во времени напряжения на входе АЦП на его выходе появляются преобразуемые коды. Так как вначале изменение напряжения на входе АЦП происходит на уровне нескольких квантов преобразования в начале координат NV, то каждый прямой и обратный ход пилы на выходе испытуемого АЦП определенное время поддерживают код 00...001, что в свою очередь соответствует удержанию на определенное время логической.единицы на выходе .цифрового компаратора 8, что графически показано на фиг.2 в (8) - 5 - 1 - 2 и 3 - 4.

Поэтому длительность импульсов на фиг.2 в (8), снимаемых с выхода цифрового компаратора 8, будет про- порц.иональна кванту преобразования.

0

а усредненное значение кванта

j

q.

ч,

2 I

(1)

где q. - i-й квант преобразования при нарастании напряжения

на входе АЦП; q - i-и квант преобразования

при уменьшении напряжения на входе АЦП:,

j - выборка значений q. и q. Сигнал с выхода цифрового компаратора 8 поступает на вход элемента И 20, сигнал с выхода которого посту- пает на управляющий вход интегратора 4.,

Таким образом, в интервале интегрирования (фиг,2 и) интегратор 4 производит интегрирование импульсов.

5

fU

f5

20

среднее вольт-секундное значение которых пропорционально. I

Режим работы интегратора 4 задается согласно временной диаграмме (фиг.2) элементами И 20, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, дискриминатором 3 нуля, делителем 16 частоты, триггером 17, одновибратором 18.

Запуск цифрового интегрирующего вольтметра 7 происходит отрицательным перепадом сигнала с выхода од- новибратора 18 в момент хранения сумматорного вольт-секундного значения ппощадей импульсов , поступивших на вход интегратора 4. Делитель 15 напряжения при этом настраивают таким образом, чтобы показания цифрового интегрирующего вольтметра 7 были равны нулю.

Этим заканчивается настроеный ре- жим работы устройства, суть которого заключается в подстройке делителя 15 напряжения к величине младшего значащего разряда (МЗР) АЦП, Далее уста- 25 навливают переключатель 9 в противоположное положение. При этом на цифровой вход ЦАП 14 и на второй вход цифрового компаратора 8 будет поступать сигнал с выхода задатчнка 16 ко- дов согласно заранее заданной программе. Длительность -импульсов, снимаемых с выхода цифрового компаратора 8, будет уже пропорциональна кванту, определенному на шкале преобразова- 35 ния кодом А, поступающим на второй вход цифрового компаратора 8, Отли- чие среднего значения указднного кванта преобразования от значения МЗР будет пропорционально сигналу,снима- 40 мому с выхода делителя 15 напряжеия в моменты измерения интегрирущим вольтметром 7.

Скорость изменения периодического апряжения согласно эпюры (фиг.2 б).

LA

45

(11) ак

равна --,

q. можно определить

im-n

LA

Т

At.

(2)

где at. - длительность импульса,снимаемого с выхода цифрового компаратора 8. Сигнал с выхода инвертирующего

интегратора 4, равный t

и

- г,:; К- « Г. )

см

умнопоступает на вход делителя 15 напряжения и на его выход, умноженный на коэффициент деления К делителя 15. Сигнал же с выхода источника U, проходит на выход делителя 15, женный на величину (1 - Кд).

Таким образом, согласно (2) и (3) напряжение, измеряемое интегрирующим вольметром 7, будет равно

к 11

и

.. (1- . dt,(4)

f5

а окончательное выражение, измеренное цифровым интегрирующим вольметром, можно записать

,RC

Л„

dt

и и Г 1-К fiSi;- (:,) on I- 3 RC где R. С - элементы интегратора 4.

При К равном О,5,формула приобретает вид

Чс

нице

о

I t

RC Ь

at, dt)

(6)

нулю U ,„ достигается раdt. Величи253540

45

0

5

ны R,C - известны, а напряжение, измеряемое цифровым интегрирующим вольтметром 7, легко нормируется относительно кванта преобразования АЦП. Максимальное значение и,. будет пропорционально искомой величине дифференциальной нелинейности.

Формула изобретения

Устройство для измерения дифференциальной нелинейности быстродействующих аналого-цифровых преобразователей, содержащее цифровой компаратор, первый вход которого является входной щиной устройства, генератор периодического напряжения, выход которого подключен к входу дискриминатора нуля, интегратор, сумматор, выход которого является выходной шиной,переключатель, блок задания кодов,цифровой интегрирующий вольметр, отличающееся тем, что, с цел- лью повьшения точности, в устройство введены источник опорного напряжения, элемент И, элемент ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, блок элементов И, одновибратор,триггер, делитель частоты, цифроаналого- вый преобразователь, делитель напряжения, первый вход которого объединен с входом цифроаналогового преобразователя и соединен с выходом источника опорного напряжения, а через интегратор соединен с вторым входом делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом цифрового интегрирующего вольтметра,второй вход которого объединен с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента И и подключен к выходу одновибрато- ра, вход которого подключен через делитель частоты к выходу дискриминатора нуля и через триггер - к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом интегратора,третий вход которо

го соединен с выходом элемента И, второй вход которого,соединен с выходом цифрового компаратора, второй вход которого через переключатель соединен с выходом младшего разряда блока задания кодов, выходы остальных раврядов которого через блок элементов И соединен с группой входов цифроаналогового преобразователя и с группой входов цифрового компаратора, причем второй вход блока элементов И соединен с вторым выходом переключателя, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора периодического напряжения.

V

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при измерении точностных параметров аналого- цифровых преобразователей. Изобретение позволяет повысить точность измерения дифференциальной нелинейности устройства, содержащего цифровой компаратор 8, генератор 1- периодического напряжения, дискриминатор 3 нуля, интегратор 4, сумматор 5, переключатель 9, блок 10 задания кодов, цифровой ш тегрирующий вольтметр 7, за счет введения источника 13 опорного напряжения, элемента И 20, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ JiM 19, блока элементов И 1,2, одновибратора 18, триггера 17, делителя 16 частоты, цифроаналогового преобразователя S 14, делителя 15 напряжения. 2 ил. сл ND 00 hd со ю са

Редактор В.Данко

Составитель И.Романова

Техред Л.Олейкик Корректор В.Бутяга

Заказ 7285/57 Тираж 899Подписное

ВНИИШ 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

(pf/f.

Обнуаенуе У