Измеритель характеристик аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и предназначено для экспериментальных исследований технологического и выходного контроля аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и цифровых вольтметров (ЦБ) .

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет дополнительного определения размера реальной величины кванта, дифференциальной нелинейности и смещения уровней квантования.

На фиг. 1 представлена функционалная схема предлагаемого измерителя; на фиг. 2 - диаграмма, поясняющая принцип его действия; на фиг. 3 - пр мер реализации арифметического блока

Измеритель характеристик АЦП содержит источник 1 образцового.напряж Пня, блок 2 суммирования напряжений, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, счетчик 4, генератор 5 импульсов, реверсивные счетчики 6 и 7, блоки 8-10 сравнения кодов, сумматор 11, коммутаторы 12 и 13, арифметический блок 14, первую выходную шину 15, вторую выходную шину 16 и входную шину 17, контролируемый АЦП 18.

Арифметический блок 14 (фиг. 3)

4

содержит первый 19 и второй 20 блоки инверторов, первый 21, пятый 22, третий 23, второй 24 и четвертый 25 сумматоры.

На фиг. 2 представлен график участка шкалы контролируемого преобразователя 18, где приняты следующие обо значения:

5с - входная величина (напряжение)

АЦП 18;

h - выходной код АЦП 18; а - опорный код, соответствующий точке шкалы АЦП 18, около которой осуществляется измерение характеристик; зависимость вероятности появления некоторого кода от пряжений на входе АЦП 18; номинальный разгер кванта АЦП 18; .

номинальное значение уровня, соответствующего центру, а q(a-0,5) и q(a+0,5) - границам а-го кваита; тй - реальное среднее значение центра, а т - и границ а-го кванта АЦП 18.

Р,(х)

Ч И

а

5

0

5

0

5

0

0

5

Перед началом контроля соответствующие выводы АЦП 18 объединяются с шинами 15 - 17, причем с выхода источника 1 на вход контролируемого преобразователя 18 подается образцовое напряжение U|.,, импульсы с выхода гене ратора 5 импульсов не поступают. Счетчики 4, 6 и 7 установлены в нулевое состояние по цепям сброса, не существенным для пояснения принципа действия предлагаемого измерителя и, поэтому, не показанным на фиг. 1. На соответствующие входы блока 8 и арифметического блока 14 подаются опорные коды а и Q, Так как предлагаемый измеритель работает в следящем режиме, то начало контроля не определено относительно момента съема оценки.

В рабочем режиме генератор 5 формирует импульсную последовательность, скважность которой зависит от соотношения времен преобразования ЦАП 3 и АЦП 18. По переднему фронту импульсов, генерируемых генератором 5 импульсов, в счетчике 4 формируется изменяющийся код N , преобразуемый ЦАП 3 в сканирующее вспомогательное воздействие, размах которого пере- крьшает размах суммарной погрешности АЦП 18.

По заднему фронту этого импульса осуществляется запуск АЦП 18. По окон- чании процесса преобразования в АЦП 18 блок 8 анализирует соотношение кодов h и а.° .

Измеритель состоит из двух близких по построению независимых каналов, отлич.анщихся поступающими на них управляющими сигналами с блока 8.

Каждый канал представляет следящую систему, содержащую цепь местной обратной связи. Рассмотрим работу одного из каналов (первого). Блок 9 управляет коммутатором 12 таречь

КИМ образом, что при N .N подтверждение соотношения поступает

Речь на вычитающий, а при N .N , подIj 1 oD X

тверждение h а поступает на суммирующий вход.

Таким образом, на выходе послед- н.его формируется код, при котором появление исходов h- 4 а и h . а на соответствующих выходах коммутатора 12 в течение некоторых периодов запуска АЦП 18 равномерно. Этот код является

оценкой смещения реального уровня квантования между а и я+1 квантами относительно номинального центра а-го кванта

ечС

a/d V I

Vr N( -ч„-)Алгоритм работы первого канала опик

г f л

/О

ывается выражением

к

1 )

Y(N .N

Ы вь1Х

Z(h.a).y(N xN ;j,

);

) IIz(h.:ah

irf

Z(h.a)

1 при h. a;

0 при h; a,

Г 1 при h ()Z() -(

0 при h ,

f1 r,, Речь

(N ,Pe4f

, X N br ebix

,a;

1 при N . N ,

Ы 6ЫХ

РеУ),

(NbV7 NSWX

.0 при Nbi . N;

1 при N. N

-Bb x

Ы

Реч5

, 0 при N|

Реч5

Аналогично, для второго канала

N(m

d-1/сд

-q. а).

Равновесие во втором канале наступает при

z(h,a).Y(N.N;:;;

Ре (/7ч

f. Z() Y(Nt 7 NBWAT ).

Учитывая, что

.. - код, соответствующий номинальному размеру кванта АЦП 18, можно

записать

a-i/c)

m

q (а-0,5)

н

I W

Я„(а+0,5)+йс

a/q + 1

на основании оценок, полученных ходах реверсивных счетчиков 6 и

блок 14 осуществляет расчет христик АЦГТ 18:

смещение суммарной погрешн (реального центра а-го кванта

. „Реч7 ,° NjiU iNjlMX ;

реального размера а-го кванта

.

Вык 8

дифференциальной нелинейности

ч и

м i.-Q;

смещения уровней квантования

«- . 9.

л

-fl - Речб йК N

& е

N

Вых

2

опи

/О

:ah

20

25

ту

30

мино

35

40

вы

ле

- 2

15

45

50

55

Bbtx 2

Таким образом, предлаг-аемьп1 измеритель характеристик АЦП позволяет непрерывно отслеживать несколько характеристик АЦП (определяемых параллельно). Это достигается за счет возможности независимого и одновременного определения смещений двух соседних реальных уровней квантования относительно номинального значе-, ния центра контролируемого кванта.

Формула изобретения

1. Измеритель характеристик ана- лого-цифровьк преобразователей, содержащий счетчик, два реверсивных счетчика, источник образцового напряжения, вькод которого соединен с первым входом блока сум шрования напряжений, второй вход которого соединен с выходом цифооаналогового преобразователя, а выход является первой выходной шиной измерителя, второй выходной шиной которого является выход генератора импульсов, первые входы первого блока сравнения кодов являются входными щинами, а вторые входы являются шиной первого опорного кода, отличающий- с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет дополнительного определения роальной величины кванта, дифференциальной нелинейности и смещения уровней квантования, в измеритель введены второй и третий блоки сравнения кодов, сумматор, два коммутатора и арифметический блок, первые входы которого являются шиной второго опорного кода, а первые выходы являются третьей выходной шиной и соединены с соответствующими первыми входами сумматора, выходы которого соединены соответственно с входами цифроаналогового преобразователя, а вторые входы

I

объединены с первыми входами второго

и третьего блоков сравнения кодов и подключены к выходам счетчика, вторые входы третьего блока сравнения кодов объединены с вторыми входами арифметического блока и соединены с выходами первого реверсивного счетчика, первые и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами первого коммутатора, пер вый вход которого соединен

5К

.: :ых.одсж третьего Олока сравнения кпдог, а второй и третий вход - соот петствр.нно с первым и вторым выходами первого блока сравнения кодов, третий и четвертый выходы которого через второй коммутатор соединены с первым и вторым входами второго реверсивного счетчика, выходы которого соединены с вторымл входами второго блока сравнения кодов и третьими входами арифметического блока, вторые, третьи, четвертые и пятые выходы которого являются соответственно четвертой, пятой, шестой и седьмой выходными шинами, причем вход счетчика соединен с выходом генератора импульсов, а выход второго блока сравнения кодов соединен с третьим входом второго коммутатора. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что арифметический блок выполнен на пяти -сумматорах и двух блоках инверторов, входы первого блока инверторов объединены с первыми информационными входами первого и второго сумматоров и являются вторыми входами блока, первыми входами которого являются входы вто

0

/3

5

f5

20

2 i6

рого блока инвер-горов и вторые; информационные входы второго сумматора, выходг 1 BTopoi o блока инверторов соединены с первыми информационными входами третьего и четвертого сумматоров, вторые информационные входы последнего из которых являются третьими входами блока, управляющий вход объединен с управляющим входом третьего сумматора и является шиной логической единицы, выходы четвертого, второго и третьего сут- маторов являются соответственно пятыми, четвертыми и третьими выходами блок-а, вторыми выходами которого являются выходы пятого сумматора, соединенные с вторыми информационными входами третьего сумматора, первые информационные входы пятого сумматора соединены с выходами первого блока инверторов, вторые информационные входы объединены с вторыми информационными входами первого сумматора и являются третьими входами блока, управляющий вход пятого сумматора является |Шиной логической единицы, а выходы первого сумматора являются первыми выходами блока.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и предназначено для экспериментальных исследований, технологического и выходного контроля аналого-цифровых преобразователей и цифровых вольтметров. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности устройства, содержащего счетчик 4, дв а реверсивных счетчика 6 и 7, источник 1 образцового напряжения, блок 2 суммирования напряжений, цифро-аналоговый преобразователь 3, генератор 5 импульсов, первый блок 8 сравнения кодов, за счет введения в устройство второго 9 и третьего 10 блоков сравнения кодов, сумматора 11, первого 13 и второго 12 коммутаторов, арифметического блока 14. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л С to 00 кэ ОЭ го ий

И8. 2

qfj-ia-0,5} q„a

,5)

т

а

фи.3