Способ контроля аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

1

Изобретение относится к измерительной технике экспериментальной физики и может быть использовано для повьппения точности результатов спектрометрических измерений.

Цель изобретения - повышение точности контроля аналого-цифровых преобразователей при работе их с псевдо- случа йным входным сигналом с равномерной плотностью распределения.

На фиг, 1 изображена функциональная система устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - временные диаграммы; на фиг, 3 - блок-схема алгоритма контроля,

Устройство, реализующее способ, содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, формирователь 2 калибровочных сигналов, младший и старший цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 3 и 4, процессор 5, блок 6 памяти.

Калибровка АЦП 1 производится путем многократного измерения сигналов 25 № этого в младший ЦВП 3 записывают

максимальный код и производят набор спектра АЦП 1 при фиксированных кодах обоих ЦАП, Левая граница полученного спектра определяет верхнюю граформирователя 2 калибровочных сигналов. Формирователь 2 калибровочных сигналов осуществляет взвешенное суммирование сигналов, которые поступают с ЦАП 3 и 4, Считывание и обработ- gg ницу Nj i-ro поддиапазона (фиг, 2в) ,

ку результатов измерений АЦП и генерацию кодов АЦП, подачу информационных кодов в преобразователи 3 и 4 осуществляет процессор 5, Блок 6 памяти хранит измеряемую информацию.

Вклад преобразователей 3 и 4 в суммарный сигнал формирователя 2 различен. Вес единицы младшего разряда (ЕМР) младшего ЦАП 3 в суммарном сигнале во много раз меньше веса ЕМР старшего ЦАП 4, Младший ЦАП позволяет пройти небольшую часть диапазона измерения АЦП с мелким приращением, старший - весь диапазон, но большими шагами.

Процесс контроля состоит из серии циклов измерений, в каждом из которых калибруется строго определенная часть заданного диапазона измерения АЦП,

Для каждого цикла I определяют 3 параметра, которые остаются неизменными в течение всего цикла: нижнюю п. и верхнюю NP границы кодов АЦП (т,е, 2-й поддиапазон) и код Kg

35

40

45

50

После определения необходимых параметров производят 1-й цикл контроля в установленных границах, последовательно перебирая все коды младшего ЦАП 3, Причем в гистограмму включают лишь те коды АЦП, которые попадают в установленньш для данного- цикла поддиапазон п, Ng, На фиг, 2а схематично изображена гистограмма тех результатов многократных измерений калибровочных сигналов, которые попали в указанный поддиапазон в результате перебора всех кодов младшего ЦАП от О до максимального.

После завершения очередного цикла определяют новые параметры и производят следующий цикл измерений. Процесс продолжают до тех пор, пока верхняя граница очередного поддиапазона не становится равной или большей правой границы динамического диапазона АЦП 1. Верхней границей последнего поддиапазона измерений является правая граница всего указанного диапазона М ,

Произведенное указанным способом

старшего ЦАП 4, соответствующий ниж- тестирование каждого поддиапазона ней границе п. Производится это еле- п, N, а вместе с этим и всего дующим образом. За нижнюю границу п динамического диапазона измерения, нового поддиапазона I принимаю верх- АЦП является полным и однородным.

272892

нюю границу N. предыдущего 1-1-го поддиапазона, Б первом поддиапазоне в качестве нижней границы кодов п

принимаются левая граница М всего динамического диапазона контроля АЦП, При установленной нижней границе Пр определяют соответствующий ей код Кр старшего ЦАП-4, Дпя этого в младший

Q ЦАП 3 записывают нулевой код. При фиксированном нулевом коде младшего ЦАЦ 3 методом последовательных приближений (за нулевое приближение можно принять код Кп ) определяют такой

5 наибольший код старшего ЦАП 4, при котором спектр кодов АЦП не превосходит П, На фиг, 26 приведен спектр кодов АЦП при фиксированном нулевом коде младшего ЦАП 3 и коде К старшего

2Q ЦАП 4, равном К„+1,

Полученный код старшего ЦАП 4 оставляют неизменным в течение всего 1-го поддиапазона. Затем вслед за кодом К определяют верхнюю границу Ng,

g ницу Nj i-ro поддиапазона (фиг, 2в) ,

5

0

5

0

После определения необходимых параметров производят 1-й цикл контроля в установленных границах, последовательно перебирая все коды младшего ЦАП 3, Причем в гистограмму включают лишь те коды АЦП, которые попадают в установленньш для данного- цикла поддиапазон п, Ng, На фиг, 2а схематично изображена гистограмма тех результатов многократных измерений калибровочных сигналов, которые попали в указанный поддиапазон в результате перебора всех кодов младшего ЦАП от О до максимального.

После завершения очередного цикла определяют новые параметры и производят следующий цикл измерений. Процесс продолжают до тех пор, пока верхняя граница очередного поддиапазона не становится равной или большей правой границы динамического диапазона АЦП 1. Верхней границей последнего поддиапазона измерений является правая граница всего указанного диапазона М ,

Произведенное указанным способом

т.е. входной аналоговый сигнал в процессе своего изменения полностью покрывает его, а плотность покрытия постоянна для всех поддиапазонов.

Полнота тестирования 1-го поддиапазона означает, что результат измерения любого входного аналогового сигнала, .находящегося вне интервала величин, который он пробегал при тес- тирЬвании 1-го поддиапазона, не попадает в интервал п р, N, Полнота обеспечивается выбором кода Кр старшего ЦАП 4 и установлением верхней границы NP. Действительно, указанный выбор кода Кр гарантирует фиксирование всех кодов АЦП, больших или равным п , а выбор,-верхней границы N - фиксирование всех кодов АЦП, меньших

«е

Однородность покрытия всех поддиапазонов обеспечивается тем, что они покрываются через одно и то же приращение - дискрет измерения аналогового сигнала младшего ЦАП.

Точность контроля определяется только дифференциальной линейностью младшего ЦАП и не зависит от линейности старшего. Дейс твительно, старший ЦАП задает только перемещение по диапазону большими шагами, а точность контроля не зависит от знания точного значения величины сигнала, с которого начинается очередной цик л контроля.

Коэффициент деления выходного сигнала младшего ЦАП по отношению к аналоговому сигналу старшего ЦАП выбирается из следующих соображений. Старший ЦАП 4 перекрывает весь динами- ческий диапазон АЦП, однако его разрядность не обязательно должна быть больше разрядности АЦП. Младший ЦАП 3 обеспечивает требуемую дискретность изменения аналогового сигнала и дол- жен перекрывать по меньшей мере 3-4 дискрета АЦП. Однако для получения высокой скорости контроля необходимо обеспечить перекрытие младшим ЦАП 8-ми или 16-ти каналов АЦП. Поэтому коэффициент деления должен быть таким, чтобы обеспечить перекрытие млашим ЦАП 3-4-х младших разрядов старшего ЦАП,

Формула изобретения

Способ контроля аналого-цифровых преобразователей, заключающийся в

g

0

25

on

40 45 50 55

многократном выполнении основной последовательности операций по формированию первого и второго опорных кодов в динамическом диапазоне контролируемого аналого-цифрового преобразователя, преобразованию их в соответствующие напряжения, суммированию и подаче суммарного напряжения на контролируемый аналого-цифровой преобразователь и его преобразованию в соответствующий суммарный код с последующим запоминанием его, а также в определении параметра контроля с учетом запомненных кодов, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности контроля аналого- цифровых преобразователей при работе их с псевдослучайным входным сигналом с равномерной плотностью распределения, в качестве динамического диапазона контролируемого аналого-цифро- вого преобразователя используют п поддиапазонов, нижняя граница первого из которых является нижней границей динамического диапазона, а нижней границей каждого последующего поддиапазона - верхняя граница предыдущего, при формировании первого и второго опорных кодов в каждом поддиапазоне на первом этапе в качестве второго опорного кода выбирают соответствующий минимальньй код, а в качестве первого - нулевой, после запоминания суммарного кода осуществляют сравнение последнего с кодом, соответствующим нижней границе данного поддиапазона, по результату которого осуществляют корректировку второго опорного кода таким образом, что в случае превышения кода нижней границы суммарным кодом второй опорный код данного поддиапазона уменьшают на величину, соответствующую единице млад-, шего разряда контролируемого преобразователя, в. случае превышения суммарного кода кодом нижней границы осуществлякл соответствующее увели- .чение второго опорного кода, при формировании первого и второго опорных кодов в каждом поддиапазоне на втором этапе в качестве первого опорного кода выбирают максимальный код, а в качестве второго - используют код, откорректированный на первом этапе после запоминания суммарного кода данного поддиапазона, после чего осуществляют дополнительное выполнение основной последовательности операций, запомненные дополнительные суммарные

51327289

коды которых используют при определении параметра контроля, которьш является дифференциальная нелинейнрсть, N; - определяемая по формуле: к

с - N(K2-K,-bl)/ 1 N,.,- , 5

где с/. - относительная величина i-ro К и К - шага квантования контроли(pui.j

ffe

Ж

Фи.

руемого аналого-цифрового преобразователя; число дополнительных суммарных одноименных кодов в текущем поддиапазоне; границы текущего поддиапазона.

кодАЦП

Нашпьнб/е значения

Обнуление младшего ЦАП

Измерения опредб ение ма/ссим(/ма резулдтат шх

Нет

Установка кода /с16 старшем ЦАП / а/сси- мального/ одабнладшем

±

Измерения, олредемнае Мининt/ма peзyлbШSfIюSf1IN

Гистограммиробание 8 интербам Mi,NiJ

ffjiOK 3

(/foa(ua

./ ni,

робани

ffjiOK 3

Выход I

Фиг. 5

Составитель И. Романова Редактор И. Касарда Техред Л.Сердюкова Корректор Л, Пилипенко

Заказ 3399/55 Тираж 901 Подписное ВНИИ1Ш 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

Изобретение относится к измерительной технике экспериментальной физики и может быть использовано для повышения точности результатов спектрометрических измерений. Целью изобретения является повышение точности контроля аналого-цифровых преобразователей при работе их с псевдослучайным входньп сигналом с равномерной плотностью распределения. Цель достигается за счет того, что при контроле АЦП путем многократного измерения выходного сигнала ЦАП, цифровой код которого принимает все значения от нуля до максимального, и суммирования аналоговых сигналов двух ЦАП, процесс контроля разбивают на несколько циклов, в каждом из которых контролируется часть динамического диапазона. В каждом цикле последовательного изменения кода младшего ЦАП устанавливают такое наибольшее значение аналогового сигнала старшего ЦАП при нулевом коде младшего, при котором любой результат измерения АЦП не превышает значения нижней границы текущего подди- апдзона. За верхнюю границу поддиапазона принимают минимальный результат измерений АЦП при установленном значении аналогового сигнала старшего ЦАП и максимальном коде младшего, 3 ил. с л (Л