Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

13256942

Изобретение относится к нзмери- последовательно, начиттая с самого тельной технике и может быть пр име- старшего, определяют погрешности

нено при создании прецизионных многоразрядных цифроаналоговых и аналого- цифровых преобразователей и контроле их производства.

Цель изобретения - повьпаение точности.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, иллюстрирущая применение способа.

Устройство содержит дополнительную аналоговую меру 1 , ана/гоговьй ключ 2, опорный цифроаналоговый преобразователь -(ПАП) 3, входную шину 4 опорного ЦАП 3, калибруемый ЦАП 5 и его входную шину 6, измеритель 7 разности и его выходную шину 8 и устройство 9 задания входных кодовых сигналов .

Ключ 2 обеспечивает подачу на первый вход измерителя 7 разности дополнительной аналоговой меры 1, базового потенциала устройства или сигнала 25 образом. На калибруемый ЦАП 5 подают

с выхода опорного ЦАП 3, На шины 4 и 6 подаются наборы входных сигналов, преобразуемые опорным ЦАП 3 и калибруемым ЦАП 5. С выхода 8 снимается сигнал измерения.

Способ осуществляют следующим образом.

Определяют величины взаимного влияния разрядов и погрешности разрядных весов калибруемого ЦАП 5, Процедура калибровки применима к любым двоичным ЦАП с разрядными весами, убывающими по степеням двойки. Так как выходной сигнал калибруемого ЦАП

набор входных сигналов, по которому включается только старший разрядный вес, выходной сигнал калибруемого

ЦАП 5 при этом равен а.. ла

В

30 опорном ЦАП 3 включают также N-й разрядный вес Ь , приблизительно равный а , и через аналоговый ключ 2 подают на вход измерителя 7. Последний измеряет разность сигналов а +Ла f и b , и результат vj +йа f - bf фиксируют.

Затем в калибруемом ЦАП 5 выключают старший разрядный вес и включают

35

все меньшие калибруемые веса: выход- 5.может быть разной природы (ток, сигнал калибруемого ЦАП 5 теперь ряжение), то i-й разрядный вес обозw-t равен сумме 21 (а.- + йа.)+2. .,, . f--f

Опорный ЦАП 3

начается через а

генерирует дополнительные аналоговые сигналы Ь, для уменьшения разности подаваемых на вход измерителя 7 сиг- Измеритель 7 измеряет разность между налов.указанной суммой и выходным сигналом

Калибровку начинают с измерения N опорного ЦАП 3, и полученный ре- разности V между дополнительной зультат аналоговой мерой 1 а и суммой N N-2 М-i

vj( Z(a,+da; ) + L -b: hi р:,ем

фиксируют.

старших разрядных весов калибруемого ЦАП 3, из результата которого вычи50

тают результат измерения дрейфа нуля

V.i :

Далее на калибруемый ЩШ 5 подают набор входных сигналов, по которому gg включаются старший разряднь й вес а и первый младший по отношению к нему разрядный вес а . , выходной сигнал калиСфуемого ЦАП 5 при зтом равен а|, + лац+а,.1+аам.,+(5 HN-I ,ц . В опорN 1 N+1 rt-1 fl

N -I(a

-t-Ла. ) HZ 4аг,р .

fr Pti

. Величина Vj, сохраняется для посдующих циклов калибровки. Затем

ла; (, N-1,..., 1) всех калибруемых разрядов и величины л а . (, i-2,...,1) взаимного влияния -разрядов калибруемого ПАП 5. Первым калибруют самый старший разрядный вес а f . Для определения его погрешности Аац и величин влияния ла f , N-2,..,, 1) остальных разрядов на старший необходимо измерить разность Vf между и суммой всех меньших

N-1

калибруемых разрядных весов Z1 а; и

i -i

все разности V между суммой а и к-го разрядного веса а и суммой а и всех младших по отношению к к-му

,

Каждую раз

разрядных весов 2 а

fr 1

ность определяют по результатам двух измерений, производимых следующим

набор входных сигналов, по которому включается только старший разрядный вес, выходной сигнал калибруемого

ЦАП 5 при этом равен а.. ла

В

30 опорном ЦАП 3 включают также N-й разрядный вес Ь , приблизительно равный а , и через аналоговый ключ 2 подают на вход измерителя 7. Последний измеряет разность сигналов а +Ла f и b , и результат vj +йа f - bf фиксируют.

Затем в калибруемом ЦАП 5 выключают старший разрядный вес и включают

35

Далее на калибруемый ЩШ 5 подают набор входных сигналов, по которому gg включаются старший разряднь й вес а и первый младший по отношению к нему разрядный вес а . , выходной сигнал калиСфуемого ЦАП 5 при зтом равен а|, + лац+а,.1+аам.,+(5 HN-I ,ц . В опор313

ном ЦЛП 3 .включают также N-ii и (N-1)-A разрядный веса Ь., , суммарный вес которьи приблизительно равен весу |ij, , и выходной сигнал опорного ЦЛП 3 подают через ключ 2 на вход измерителя 7, Последний измеряет разность выходных сигналов ЦА11 3 и 5, и результат

V

N-1 , к

., +ла„., +da.,

- ь,-ь,.,

фиксируют. Затем в калибруемом ЦЛП выключают (N-O-й разрядньш вес, а включают все меньшие по отношению к нему, калибруеь-ые веса, выходной сигнал калибруемого ЦЛП 5 теперь равен сумме

N-1 . N-2 N.} N- 2

(а.) +L 1 л а ,,

i-1Р р-Г

Измеритель 7 измеряет разность между указанной суммой и выходным сигналом b +Ьц , опорного ЦЛП 3, и получениьш результат

н-г и-г

.1 н а, + (а,+да. ) Lua + Да -- (

P:1 ps:t

фиксируют.

Потом последовательно измеряют

разности V иУ|,1,2N ;для соотвествующих наборов входных сигналов, по которым в калибруемом ЦЛП 5 включены N-й и (М-2)-й разрядные веса и N-й и все младшие по отношению к (N-2)-My разрядные веса, в опорном ЦЛП 3 включены соответствщие разряды N-й и (М-2)-й с весами Ь и Ь(., , результаты измерений фиксируют, разности VJj., | и Vf, f и так.далее до измерения разности

1 1

У и V 1 и фиксирования результатов измерения. Этим заканчивают цикл измерений для N-ro старшего разрядного веса а, .

Далее для определения погрешности (N-l)-ro разряда Л а N.-I и величины взаимных влияний между (N-I)-M и остальными младшими по отношению к нему к разрядами (, .N-3,..., 1) необходимо измерить разность V,,., между а„., и сумм всех

меньших калибруемых разрядов i а и

I -

все разности V| между суммой и

к-го разрядного веса а ц и суммой а м-, и

всех мла.ттих по (отношению к к-му разЧ- 1

рядных весов Х- а; . Каждую, разность

результатам двух

также опред{ ляют П( измереня).

Па калибруем:,:; ПДП 5 подают набор входных слгнллоп, по которому включается только (Ы-)-й разрядный вес а, .В опорном ЦЛП 3 включается также (N-1)-й разрядный вес Ь f. , я измеритель 7 измеряет разность 2

V

5

H

.1 +ja,j., -bjj-i

0

5

0

и результат фиксируют. Затем в калибруемом ЦЛП 5 выключают (Н-1)-й и включают все меньшие (N-O-ro разрядные веса. Измеритель 7 измеряет разность

н-г N-3 и-г

VN-, L (а,-+аа.)+11 Ларр -Ь„,, ,

izi f-

и результат фиксируют. Далее на калибруемый ЦЛП 5 подают набор входных сигналов, по которому включается (Ы-1)-й разрядньй пес а и следующий младший по отношен1по к нему разрядный ве-с . В опорном ЦЛП 3 включают также (Н-1)-й и (М-2)-й разрядные веса h,,,, и Ь. 7 измеряет величину

Измеритель

V,

а

N-1 N-i Э-tt- i

N-a,N-i

35 И 1, н-г -Ьм., -Ьм-j , и результат фиксируют. Затем в калибруемом ЦЛП 5 выключают (Ы-2)-й разрядньй вес, а включают все меньшие по отношению к нему калибруемые веса. Измеритель 7

40 измеряет разность между указанной суммой и выходным сигналом Ь. Ь., опорного ЦЛП 3, и полученньп{ результат

N-Э

45 V;.

г. N-1

+(3,+ла,-) +

l-.

н-,ъ

+L- Л а Р--1

N4 N-

tn.

P:ft1

Q фиксируют,

Затем разности

последовательно

V

N3

измеряют

и V;,..., для кодов, по которым в калибруемом ЦЛП 5 включены (Ы-1)-й и (Ы-З)-й раз- 5 рядные веса и (Ы-1)-й и все младшие по отношению к (N-3)-My разрядные веса, а н опорном IIAU 3 включены соответствующие разряды (N-l)-l и (N-3)-ft с весами Ьц , иЬ., , результаты измерений фиксируют и так далее до измерения разности V ., и vj , н фиксирования результатов измерений.

Далее определяют и фиксируют результаты измерений

Vz V -i-VN- . VH-J, N-2 V|.-5, N-г -V w -w u H- H-l--- Vl,N--2 t,K-i 1,

N-1

ДЛЯ (N-2)-ro калибруемого разрядного виса и т.д.

По результатам п циклов измерений величины взаимных влияний разрядов определяются по формулам

1 / „ .v u k,. .m ,, ,-VKV...V;) ;

V -V -V +V + in-l,l Vm-i,m m-1,m M«-1 m-i

Ci

(2)

-aV,l . f.i

де лак,т величина взаимного влияния m-ro и к-го разрядов калибруемого ЦАП; ,N-1,...,2; , m-2,,. ., 1;

V - результат измерения раз- ности между суммой весов т-го и к-го разрядов калибруемого и опорного циф- роаналогового преобразователя;У„ - результат измерения разГ ГП

ности между суммой весов т-го и к-го разрядов опорного ЦАП и суммой га-го и всех младших по отношению к к-му разрядов калибруемого ЦАП;

результат измерения разности между к-ми разрядными весами калибруемого и опорного циф- роаналогового преобразователя;

V. - результат измерения разности между суммой всех калибруемых разрядных весов, меньших к-го разрядного веса калибруемого цифроаналогового преобразователя, и к-м разрядным весом опорного цифроаналогового преобразователя; N - общее число разрядов калибруемого ЦАП; j - номер итерации (,1 ,2 . . „) ;

fol ifi i пГ н одкое значение величины

взаимного влияния тп-го и (m-t)-ro разрядов калибруемого ЦАП,

а погрешности калибруемых разрядньк весов определяются по формуле

аа(ла.,-,,,,4v: -V -V.,+

1 , г

+V., -t-V„,.,,„ -VH,-i,m -2Ла.,„ ),

где а„ - погрешность m-го калибруемого разрядного неса;

N-1 результат измерения разности между аналоговой мерой и суммой п старших разрядов калибруемого IWI; Vfl результат измерения смеще- ния нуля характеристики калибруемого и опорного ЦАП, Таким образом, по сравнению с известным, данный способ обеспечивает оценку взаимных влияний разрядных весов и повышает точность калибровки ЦАП.

Формула изобретения

Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя, заключающийся в последовательном измерении разности между суммой п старших разрядных весов калибруемого цифроаналогового преобразователя и аналоговой мерой и. выполнении п циклов измерения разности между га-ми разрядными весами калибруемого и опорного циф- роаналоговых преобразователей и раз- ности между т-м разрядным весом опорного и суммой всех младших по отношению к т-му разрядных весов калибруемого цифроаналоговых преобразователей с последующей обработкой резуль- татов измерения разностей, о т л и - ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьппения точности, в каждом га-м цикле после измерения разности между га-ми разрядными весами калибруемого и опорного цифроаналогоБых преобразователей и разности между т-м разрядным весом опорного и суммой всех младших по отношению к нему разрядных весов калибруемого цифроаналоговых пре- образователей, измеряют разность меж- ду суммой т-го и каждого к-го из млад-, ших по отношению к тп-му разрядных весов калибруемого и суммой т-го и к-го разрядных весов опорного цифроанало

71325694

гового преобразователей, после чего измеряют разность между суммой т-го и к-го разрядных весов опорного и суммой т-го и всех младших по отношению к к-му разрядных весов калиб- руемого цифроаналоговых преобразователей, а при обработке результатов измерений определяют погрешности разрядных весов калибруемого цифроанало- гового преобразователя по формуле (О

N+1

Нч

(da,,-v;,,+V,,+v; -v; - v;.,+V.,-bV;.,, -У;;,.,,„-2йа.,, ), 15

де л a I, - погрешность m-го калибруемого разрядного ве.са; результат измерения разнос- ти между аналоговой мерой 20 k и суммой п старших разрядных весов калибруемого циф- роаналогового преобразователя;Jвеличина смещения нуля ха- 25 V - рактеристики калибруемого и опорного цифроаналоговых преобразователей; да,., - погрешность аналоговой ме-

ры;30

V.,

т-1 п, .1/„ -VH,.2.m-vir,.i+vLi +

у c J

+ L-. погрешность т-го калибруе- - мого разряда за счет влия- 35 ния суммы (т-1)-го разряда;

СП 1 X. fD „1 k,.m -Vk+i,m

-V:.,,.v:,-V,-VV +V)

k + 1, m г

О

5

k,w

Vk,m5

0 k J 5 V -

0

0

- погрешность т-го калнбруе- MOi o разряда за счет влияния К-го разряда (га N,N-1,...2 : , т-2,.,., 1) ;

V., - результат измерения разности между суммой т-го и к-го разрядных весов калибруемого и опорного цифроаналого- вых преобразователей; результат измерения разности между суммой т-го и к-го разрядных весов опорного и

суммой т-го и всех младших по отношению к к-му разряд- нык весов калибруемого цифроаналоговых преобразователей;

результат измерения разности между к-ми разрядными весами калибруемого и опорного цифроаналоговых преобразователей;

результат измерения разности между суммой всех калибруемых разрядньк весов, меньших к-го, калибруемого и к-м разрядным весом опорного цифроаналоговых преобразователей;

общее число разрядов калибруемого цифроаналогового преобразователя; исходное значение величины взаимного влияния т-го и (т-1)-го разрядов калибруемого цифроаналогового преобразователя;j - номер итерации (,1,2, ...)...

N fo

m-f,m

Составитель Н.Капитанов

Редактор И.Николайчук Техред И.Попович Корректор Т.Колб

Т

Заказ 3124/55 Тираж 901Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва Ж-35, Раушская наб., д.А/3

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

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено при создании прецизионных цифроаналоговых ЦАП и аналого-цифровых преобрдзователей и контроле их производства. Цель изобретения - повышение точности. Калибровка ЦАП состоит в том, что измеряют разности между суммой п старших разрядных весов и аналоговой мерой и выполняют п.циклов измерений по числу разрядов калибруемого ЦАП. В каждом га-м цикле измерений, где тп - номер цикла, измеряют разности между т-ми разрядными весами калибруемого и опорного ЦАП, разности между т-м разрядным весом опорного и суммой всех младших по отношению к нему разрядных весов калибруемого ЦАП и последовательно измеряют разности между т-гр и каждого к-го из младших .по отношению к нему разрядных весов калибруемого и суммой т-го и к-го разрядных весов опорного ЦАП и разности между суммой т-го и к-го разрядных весов опорного и суммой т-го и всех младших по отношению к к-му разрядных весов калибруемого ЦАП. По результатам измерений определяют величины взаимного влияния разрядов и погрешности разрядньрс весов калибруемого :ЦАП. 1 ил. С/) с С/д ю ел О)