Способ калибровки параметров цифроаналогового преобразователя Советский патент 1988 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к автоматик и измерительной технике и может быть использовано при разработке точных многоразрядных цифроаналоговых преоб разователей.

Цель изобретения - повышение точности калибровки Щ1фроаналоговьгх преобразователей .

На чертеже представлена функцио- нальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит двухпозицион- ные аналоговые ключи 1 и 2, аналоговую меру 3, повторитель 4 напряжения аналоговый сумматор 5, источник 6 опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) V, цифро- аналоговый преобразователь (ЦАП) 8, вычислительный блок 9 и запоминающее устройство 10.

Сущность способа состоит в том, что измеряют опорное напряжение ЦАП и его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры, затем измеряют напряжения i-ro и -го разрядов ЦАП и суммы напряжения каждого i-ro и j-ro разрядов ЦАП с образцовым напряжением аналоговой меры с последующим вычислением результата измерения по формуле

„ Nun -No . и

ui) (N,-N;)-(NpN j) J

где и.,.. - калиброванное значение .напряжения i-ro (j-го)

разряда ЦАП;

N , N, N; --результаты измерения соответственно опорного напряжения, напряжений i-ro и j-ro разрядов ЦАП; N N , N . -результаты измерения суммы образцового напряжения аналоговой меры соответственно с опорным напряжением i-ro и j-ro раз рядов ЦАП;

и - напряжение аналоговой меры;

i, j 1,2n, i j (n- число

калибруемых разрядов (ЦАП) ,

Суть процесса калибровки заключается в нахождении реальных значений выходного напряжения при задании на управляющих входах ЦАП уровня 1, последовательно в каждом разряде и О на остальных. Калибровке одновременно подвергаются два любых разряда.

Реальную функцию преобразования ЦАП, для которых справедлив принцип суперпозиции, можно представить в виде

Un,,p и„„р I + и,,„ ,

(2)

где Uj,p- реальное значение выходного напряжения ЦАП; U(j р - реальное значение опорного напряжения ЦАП;

К,-р - реальное значение коэАЛи- циентов преобразования

ЦАП;- О или 1 , в зависимости от

включенных весов ЦАП; о ц дп - напряжения аддитивного смещения ЦАП.

Реальную функцию преобразования АЦП, имеющего непрерывную функцию преобразования, можно аппроксимировать многочленом

25

N а(и , + и

о АЦП

).

30

35

40

45

где а - реальный коэффициент преобразования АЦП;

Uo д - напряжение аддитивного смещения АЦП.

К такому типу относится, например, АЦП время-импульсного преобразования.

Процесс калибровки осуществляется следующим образом.

Первоначально аналоговый ключ 1 находится в положении, показанном на чертеже, и вход повторителя 4 скоммутиройан с шиной нулевого потенциала устройства. Аналоговый ключ 2 находится в положении, показанном на чертеже, и на вход АЦП 7 поступает опорное напряжение ЦАП 8.

При этом, в результате первого аналого-цифрового преобразования получаем код

а(и.п

и

о илп

+ d), (3)

где и on - значение напряжения опорного источника 6 ЦАП; и - Напряжение смещения повторителя 4 и аналогового сумматора 5.

Во втором такте калибровки ключ 1 переключается во второе положение, и на вход повторителя 4 подключается образцовое напряжение аналоговой меры 3.

31381700

Результат преобразованияРеальное значение опорного напряжения ЦАП N: а(и„,-ь и„ и,,„ + 4). (4),N -N.

,,5 on - ((N; 0 -

Во всех последующих тактах калиб-I J

ровки ключ 2 находится во втором по- Реальное значение напряжения смеложении, противоположном первоначаль-.щения ЦАП

ному, и коммутирует выход ЦАП 8 соГ N.-N, N -Nj

входом АЦП 7.. 10и,,,„ ---- - -----L - к

В третьем такте, установив на вхо- м -м

де i-ro разряда ЦАП 8 уровень 1, а,. ( L ,| „/,.-,

в остальных О, включают один из - J ui;

.калибруемых разрядных весов ЦАП 8 . , . - -. Реальные значения коэффициентов

,, 4 преобразования калибруемых разрядов

Ключ 1 переключается в первона- „.„

ПАП чальиое положение, и в результатем -N N -N

третьего такта калибровки имеем на к - - к - 17

выходе АЦП 7 , . J

N. (Up + Л )+U,„+U(,y,цn J. (5) 20 откалиброванные выходные напряжения,

получим, подставляя в (2) значения Переключая ключ 1 во второе поло- (10)-(12) жение, в результате четвертого такта преобразованияf i o 1

25 и- (Г:й-)(

,(ио„-.и,+ )+и,,,,-ьи,,„, . (6) J J

N.-N, N,.-N. 1

Пятый и шестой такты калибровки i (1) осуществляются аналогично третьемуо о о j

и четвертому, но при этом включается 30 Цифровое выражение образцового второй из калибруемых разрядных ве- напряжения аналоговой меры в виде сов j-й, а первый i-й отключается. константы находится в запоминающем

Результат пятого такта преобразо- устройстве Ю. В -результате вычисле- ванияНИИ, выполняемых в вычислительном

ас блоке 9, согласно выражений (13) и N. . (Uon+ Л )+Uo n-bUg 1, (7) (U), получаем значения напряжения

для калибруемых i-ro и j-ro разрядов

и шестогос точностью обусловленной лишь точностью задания дополнительной анапо- N - . (Uj,+Ug +Л ) „. (В) 40 говой меры, которая весьма высока.

Затем переходим к калибровке следуюТаким образом, в результате шести щей пары разрядов, для чего повторяем аналого-цифровых преобразований, по- всю последовательность операций. Про- лучаем систему уравненийцесс продолжается до получения значе45 й напряжений всех разрядов, подле- Njj- a(Up + оАцп жащим калибровке.

NP a(U(jn -f-U у + /1 +U(,n);Формула изобретения

N- .( ) (9) 50 Способ калибровки параметров цифроаналогового преобразователя, закN (Up -fUg+J)+Up ; лючающийся в последовательном цифровом измерении опорного напряжения

NJ ())+иоцдп и(, ; цифроаналогового преобразователя и

напряжений соответствую1цих включенN . (U +Ua+4)+Uon/in- -UoA«,n ьк разрядов цифроаналогового преоб- Решая систему совместно, получаем разователя с последующей обработкой

выражения для калибруемых параметров результатов измерения для определеЦАП 8.ния калиброванного значения напряжения соответствующего разряда, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности калибровки, после Щ1фрового измерения опорного напряжения цифроаналогового преобразователя осуществляют цифровое измерение суммы последнего с образцовым напряжением аналоговой меры, а затем после цифрового измерения напряжений соответствующих i-ro и j-ro разрядов цифроаналогового преобразователя измеряют сумму напряжения соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя с образцовым напряжением аналоговой меры, а при обработке результатов измерения калиброванное значение напряжения соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя определяют по форьгуле

.

П IN;;-, (Ni-N ,)-(). где N, Np - результат цифрового из «мерения соответственно

0

5

0

N, N

опорного напряжения цифроаналогового преобразователя и его суммы

с образцовым напряжением аналоговой меры; - результат цифрового измерения соответственно напряжения i-ro разряда цифроаналогового преобразователя и его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры; результат цифрового измерения соответственно напряжения j-ro разряда цифроаналогового преобразователя и его сумм с образцовым Напряжением аналоговой меры; образцовое напряжение аналоговой меры; .,п, i/J (п - число калибруемых разрядов цифроаналогового 5 преобразователя).

N.-. N . J

J

и,

1,2,.

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при разработке точных многоразрядных цифроаналоговых преобразователей. Цель изобретения - повышение точности калибровки. Способ калибровки параметров цифроаналогово- го преобразователя заключается в фровом измерении опорного напряжения цифроаналогового преобразователя и его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры, напряжений i-го и j-ro разрядов цифроаналогового преобразователя и суммы напряжения каждого i-ro и j-ro разрядов цифроаналогового преобразователя с образцовым напряжением аналоговой меры с последующим вычислением результата калибровки. Приводится I пример выполнения устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит двухпо- зиционные аналоговые ключи 1 и 2, аналоговую меру 3, повторитель 4 напряжения, аналоговый сумматор 5, источник 6 опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 7, ци- фроаналоговыйч преобразователь 8, вычислительный блок 9 и запоминающее устройство 10. Введение операций цифрового измерения позволяет повысить точность калибровки за исключения операций измерения разностей двух сравнимых по величине напряжений. 1 ил. сл оо 00 О о Str ifaff