Устройство для контроля динамических параметров аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1989 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к приборостроению измерительной техники и может быть применено для контроля дифференциальной нелинейности при высокой частоте входного сигнала быст- родействуюиях аналого-цифровых преобразователей (АЦП) параллельного типа, а также для проведения контроля при их серийном производстве.

Цель изобретения - повышение производительности контроля и расширение области применения.

На фиг.1 приведена функциональная схе,ма устройства, на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит генератор 1 синусоидального напряжения, поверяемый АЦП 2, формирователь 3 импульсов, переключатель 4, регистр 5, генератор 6 тактовых импульсов, делитель 7 частоты, цифровой компаратор 8, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 9, RS-триггер 10, фазовый компаратор 11, блок 12 опорного кода, формирователь 13 импульса совпадения, генератор 14 единичных импульсов, счетчик 15 кодов, первый 16 н второй 17 источники опорного . напряжения, первый 18 и второй 19 компараторы, первый 20 и второй 21 ключи, первый 22 и второй 23 интеграторы, элемент 24 задержки.

Устройство работает следующим образом.

1

Перед началом работы первую и вторую выходные шины соединяют с соответствующими входами АЦП 2, выходы которого соединяют с входной шиной.

Генератор 1 (фиг,1) вырабатывает переменное напряжение U3 синусоидальной формы частотой f-. (фиг.2), которое поступает на первый вход поверяемого АЦП 2. На второй вход через формирователь 3 импульсов поступают импульсы частотой fc от генератора 6 тактовых импульсов. Цифровые коды с выхода АЦП 2 поступают на входы регистра 5. Регистр 5 тактируется импульсами синхронизации и53м, которые поступают от генератора $ тактовых импульсов через делитель 7 частоты на его второй вход. Частота следования тактовых импульсов Је f-,k + if, где k - целое число, Af - малая величина по сравнению с f« и выбирается из условия bf « f., где N - разрядность АЦП 2, h 20-100.

Делитель 7 частоты предназначен для согласования скорости обрабатывания данных цифровым компаратором с 8 и ЦАП 9 со скоростью выдачи кодов АЦП 2. Коэффициент деления равен 1 kn, где п - любое число. На первом входе АЦП 2 во время каждого 1-го тактового импульса моментное значение входного напряжения Uj меняется по синусоидальному закону с частотой kf« Для раздельного измерения на нарастающей и падающей частях синусоиды введены RS-триггер

5 Ю и фазовый компаратор 11, который запрещает выдачу тактовых импульсов на АЦП 2 на нарастающей или падающей частях синусоиды. Во время каждого 1-го тактового импульса момент0 ное значение входного напряжения меняется монотонно - в зависимости от (состояния переключателя 4 увеличива- ется или уменьшается. На первые входы регистра 5 поступают цифровые ко5 Ды от АЦП 2.

Таким образом, на выходе регистра 5 при измерении АЦП 2 выдаются последовательно изменяющиеся цифровые коды. Количество появления каж0 дого кода пропорционально дифференциальной нелинейности и функции плотности данной формы входного напряжения АЦП. Для треугольной формы эта функция равна единице. КоличестЕ во появления каждого кода проверяется логическим устройством, состоящим из цифрового компаратора 8,блока 12 опорного кода, формирователя 13 импульса совпадения, генератора

0 14 единичных импульсов и счетчика 15 кодов. Цифровые коды от регистра 5 поступают на первые входы цифрового компаратора 8, а на вторые подается код от блока 12 опорного кода.

с В качестве блока 12 опорного кода может служить, например, счетчик импульсов, который считает импульсы совпадения. Если коды совпадают,цифровой компаратор 8 выдает уровень, который поступает на первый вход фор- мирователя 13 импульса совпадения. Для синхронизации на второй вход формирователя 13 поступают синхроимпульсы от выхода элемента 24 задержки. Число раз совпадений задается по введенной функции от каждого значения. Для этого может служить счетчик импульсов с установкой начального числа, которое определяет число раз

5

314

совпадения. Это число можно заносить из памяти, адрес которого равен опорному коду. При появлении заданного числа раз уровня совпадения на выходе цифрового компаратора 8 формирователь импульса совпадения 13 выдает импульс, который меняет на единицу код блока 12 опорного кода. При отсутствии заданного числа раз совпадения генератор 14 единичных импульсов выдает импульс, который через формирователь 13 импульса совпадения меняет код блока 12 опорного кода на единицу. Счетчик 15 кодов

считывает импульсы генератора 14 единичных импульсов.

Таким образом, считывается количество кодов, ширина ступени квантования которых меньше заданного.От регистра 5 цифровой код также поступает на вход ЦАЛ 9. Чтобы компенсировать задержку регистра 5, ЦАП 9 управляется синхроимпульсами через элемент 24 задержки. Таким образом, остается возможность следить за работой А1Щ 2, анализируя аналоговый сигнал, например, на экране осциллографа .

Для стабильности амплитуды и привязки уровней входного напряжения с опорным напряжением вводится автоподстройка амплитуды и смещения.Напряжение с выхода генератора 1 поступает на первый вход первого компаратора 18, на второй вход которого подается постоянное напряжение от первого источника опорного напряжения. Когда величина напряжения генератора 1 превышает величину заданную источником 16 опорного напряжения, срабатывает компаратор 18. Выдаваемый уровень компаратором 18 управляет ключом 20, выходное напряжение которого интегрируется интегратором 22, подается на второй вход генератора 1 и уменьшает амплитуду. При непревышении амплитудой опорного напряжения оно увеличивается. Таким образом, автоматически подстаивается амплитуда входного напряжения АЦП 2. Регулировка смещения входного напряжения АЦП 2 осуществляется аналогичной цепью, составленной из источника 17 опорного напряжения, компаратора 19, ключа 21, интегратора 23. В этом случае задается напряжение смещения, а исходными данными является сравне0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ние второго опорного напряжения с нижним уровнем входного напряжения.

На первый и второй входы RS-триг- гера 10 поступают выходные уровни от компаратора 18 и компаратора 19 соответственно. Выходные импульсы RS-триггера 10 привязаны по фазе к входному напряжению U-j. Они поступают на первый вход фазового компаратора 11, на второй вход которого поступают импульсы от делителя 7 . Таким образом, фазовый компаратор указывает фазу входного напряжения относительно тактовых импульсов ( на ра с тающая или убывающая части синусоиды). В качестве фазового компаратора может служить синхронный двойной D-триггер, на (С-вход которого подаются импульсы от делителя 7 частоты, а на D-вход - импульсы от RS-триггера 10.

Пуск устройства осуществляется установкой начального кода в блоке 12 опорного кода, допустим 00...00. Переключатель 4 в этом случае должен быть в положении, соответствующем измерению на нарастающей части синусоиды входного напряжения. Частоты генераторов 6 и 1 выбираются близкими к предельным, но чтобы удовлетворяли требованию fc f-jk + &f,причем Дf имеет знак, соответствующий увеличению кодов при измерении на нарастающей части синусоиды. В формирователе импульсов совпадения пусть будет задано число совпадений, равное п. При совпадении фазы импульсов от делителя 7 частоты с нарастающей частью синусоиды фазовый компаратор 11 открывает формирователь 3 и АЦП 2 начинает работу. Регистр записывает только выходные импульсы измеряемого АЦП 2, соответствующие 1-м тактовым импульсам. Так как стабильность генераторов позволяет выбрать дЈ очень малой величиной, то в регистре 5 код 00...00 должен записываться несколько раз и цифровой компаратор 8 должен выдавать несколько раз уровни совпадения. Если число раз совпадения не меньше га, то формирователь 13 импульса совпадения выдает импульс для сдвига кода в блоке 12 опорного кода. Тогда устанавливается следующий код 00...01 и тоже повторяется до последнего кода 11 ... 11.

b14

Если из-за большой дифференциальной нелинейности АЦП какой-то код появится на выходе регистра 5 менее m раз, то на выход формирователя 13 импульса совпадения не ndcтупит импульс, и блок 12 опорного кода остановится на этом коде. В этом случае импульс на блок 12 опорного кода поступит после окончания периода 1/&f через формирователь 13 импульса совпадения от генератора 14 единичных импульсов, который выдает короткие импульсы с частотой uf . При этом этот импульс поступит и на счетчик 15 кодов. После окончания поверки АЦП 2 счетчик покажет количество кодов, ступени квантования которых меньше нормы. Первый раз измеряется нижняя граница ступеней квантования, второй раз - верхняя. При этом первый раз на счетчике 15 кодов не должно быть зарегистрировано ни одного кода, а второй раз - все существующие для данного вида АЦП коды. Аналогично работает устройство на убывающей части синусоиды входного напряжения при других начальном и конечном кодах. Задавая любые начальные и конечные коды,мож- но проверить часть характеристики АЦП. При измерении АЦП с помощью ЦАП 9 измерительный прибор подключается к его выходу. В качестве измерительного прибора может быть использован, например, ос циллограф, вольтметр среднеквадратического значения с фильтрами или др. На экране об циллографа визуально можно наблюдать нелинейность характеристики АЦП. Вольтметром среднеквадратического значения с фильтрами можно измерять соотношение сигнал/шум.

Формула изобретения 45

40

Устройство для контроля динамических параметров аналого-цифровых преобразователей, содержащее делитель частоты, регистр, элемент задержки, цифроаналоговый преобразователь, генератор тактовых импульсов и генератор синусоидального напряжения, выход которого является первой

выходной шиной устройства, входной пиной которого являются информационные входы регистра, выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя.

25

45

48396

второй вход которого соединен с выходом элемента задержки, вход которого объединен с управляющим входом регистра и подключен к выходу делителя частоты, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения произвоЮ дительности контроля и расширения области применения, введены формирователь импульсов, цифровой компаратор, RS-триггер, фазовый компаратор, блок опорного кода, формиро15 ватель импульса совпадения, генератор единичных импульсов, счетчик кодов, два компаратора, два источника опорного напряжения, два ключа, ,два интегратора, переключатель, упг

20 равляющий вход которого является шиной выбора режима, выход генератора синусоидального напряжения соединен с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединены с выходами первого и второго источников опорного напряжения

соответственно, выход первого компаратора соединен с первым входом RS-триггера и с входом первого ключа, выход которого соединен с входом первого интегратора, выход которого соединен с первым входом генератора синусоидального напряжения, выход второго компаратора соединен с вто35 рым входом RS-триггера и входом второго ключа, выход которого соединен с входом второго интегратора, выход которого соединен с вторым входом генератора синусоидального напряже40 ния, выход RS-триггера соединен с первым входом фазового компаратора, .второй вход которого соединен с выходом делителя частоты, а первый и второй выходы соединены с первым и вторым информационными входами переключателя, выход которого соединен с первым входом формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых

50 импульсов, а выход является второй выходной пиной, выходы регистра соединены с соответствующими первыми входами цифрового компаратора, вторые входы которого соединены с первыми выходами блока опорного кода,а выход соединен с первым входом фор,- мирователя импульсов совпадения,второй вход которого соединен с выхр30

55

дом элемента задержки, а выход сое-дом счетчика кодов и с третьим входинен с входом блока опорного кода,дом формирователя импульса совпадевторой выход которого соединен сния, выход цифроаналогового преобвходом генератора единичных импуль-5 разователя является третьей выходной сов, выход которого соединен с вхо-шиной.

Изобретение относится к приборостроению измерительной техники и может быть применено для контроля дифференциальной нелинейности при высокой частоте входного сигнала быстродействующих аналого-цифровых преобразователей, а также для проверки контроля при их серийном производстве. Изобретение позволяет повысить производительность контроля и расширить область применения за счет того, что в устройство, содержащее делитель частоты, регистр, элемент задержки, цифроаналоговый преобразователь, генератор тактовых импульсов, генератор синусоидального напряжения, введены формирователь импульсов, цифровой компаратор, RS - триггер, фазовый компаратор, блок опорного кода, формирователь импульса совпадения, генератор единичных импульсов, счетчик кодов, два компаратора и переключатель. При этом соотношение частоты генератора тактовой частоты 6 и частоты генератора синусоидального напряжения 1 F_C= F_JK + ΔF позволяет образовать стробоскопический эффект (биение). Стабильность частоты генераторов обеспечивается автоматической подстройкой частоты. Проверкой числа раз совпадений выходных кодов измеряемого АЦП 2 кодом блока опорных кодов 12 определяется дифференциальная нелинейность. Включение ЦАП 9 дает возможность проверять измеряемый АЦП 2 аналоговыми методами. 2 ил

Ut

, , .1 I I I I I I I I { ШЛ$л$кЬ

Шшшшш

Вь/х. 6 блока

Зьгх. прякои пбюка

Фие.2