Способ калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей Советский патент 1992 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) в процессе контроля точностных параметров.

Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности калибровки линейности одноквадрантных и двухквадрантных ЦАП.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего данный способ.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения, задатчик2 кода, инвертор 3, цифровой измерительный вольтметр 4, переключатель 5, делитель 6 напряжения, устройство 7сопряжения с ЭФВМ (контроллер), микроЭВМ 8, входная клемма 9, выходная клемма 10, выходная шина 11, калибруемый ЦАП 12.

Способ калибровки линейности ЦАП реализуется следующим образом.

Представим модель преобразования некоторых кодов в виде:

Ъ

О 0 f 000 U+Јa

Јэ Ј6

о о 001ч;+и + .

XI СЛ СЛ СО

ч|

CJ

или

ОСМООО-IOOCM н -U + Ј51

- t+u+64+e5 + 66j,

где V - идеальное значение выходного на- (А) значения кванта преобразования и теопряженмя, полученное от включения треть- ретического

его разряда шестиразрядного кода 0001000

(количество разрядов выбрано произволь- 5нз Р+ ез в4 Ј5 -

но),5

Јi - весовая абсолютная погрешность 1-го разряда калибруемого ЦАП; ЕЗ - ЕА - §з Јб(5)

q - номинальное (теоретическое) значение кванта преобразования.,По аналогии для остальных, полученных

Если часть модели (1) справа от стрелки 10 на основных кодах преобразования, запи- (знак преобразования) назвать аналоговым шем: эквивалентом преобразуемой кода, то разница таких аналоговых эквивалентов кодов, как 001000 и 000111 из (1) равна:

is Оц,Ј.-Ј гб9-Б4-е5-Јб;

(V+ Ј3)-(-q+V+ E4+ Ј5+ Ј6) Su -Ео-Е F F F

ОНг-С-2- L.3-t4-C.s- Сб ,

q+ез -Ј4 -Е5 -Јб(2)SHa Ј3-е4-Ј5-Јб ;

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности калибровки линейности одноквадрантных и двухквадрантных ЦАП, Цель изобретения достигается за счет того, что погрешность линейности определяется по п формуле ПЛ| Т а Ј|, где а 0,1, а i 1 Ј| д HI (1 -f 1) + + 2(п-1)- -д нп а значение дн находят из выражения дп 2, (A2j - AIJ )/m - qH 1 1 где AIJ - первая разность, измеренная при включении j-ro разряда ЦАП, Agj - вторая разность, измеренная при включении всех младших разрядов относительно j-ro, дн - номинальное значение кванта. 1 ил 1C

и представляет собой действительный (ре- 20Ј 6 Ј

Su, Се

альный) квант данной точки характеристики 5 5 6

преобразования между кодами 000111 и°мб °5

Модель частичной или полной компен-(Ј сации аналоговых эквивалентов кодов 25

001000 и 000111 дополнительным опорнымгде дн - погрешность дифференциальной

сигналом имеет вид:нелинейности в данной (основной или разрядной) точке преобразования.

Весовые абсолютные погрешности одооГооо U + Ј5 -Ь 1 30позначно определяются из следующей сисf-iЈ5C6, г сЛтемы уравнения;

ооо +

Ei- f+SMftt2... а разница таким образом скомпенсирован- 35 « л (n-il-i

ных аналоговых эквивалентов4 -4i; + H(Ut) f 2 °Hnj

(V+ Г3 - В H-q+V+ F4+ ft - В) -Бпн а . , ЈНп .

- q+rj-Ы-Ј5-fce(4)&h Н , прЧ H(m,i 0.

40

не зависит от напряжения компенсации (-В), /

высокая стабильность которого должна где п - количество разрядов поверяемого быть поддержана лишь на время получения ЦАП;

информации о значении указанных аналоге- 5 i - текущее значение поверяемого раз- вых эквивалентов.ряда.

Таким образом, если между двумя изме-Нелинейность и локальная погрешрениями аналоговых эквивалентов кодов ность линейности: 001000 и 0000111, компенсирующая величина-В сохраняет свою стабильность, то раз- 50 пп. -fr ность соседних аналоговых эквивалентов ( 1 Э| Ffl

можно измерить с высокой точностью путем снижения диапазона измеряемых аналоге-

вых величин (перевод измерителя в режим,ИН+ У е

например, микровольтметра) в область со- 55t 1

измеримую с квантом преобразования.

Выразим значения локальных погреш-ми -

ностей дифференциальной нелинейности Ј| (°

(ГОСТ 24736-81) как разницу реального (2) и

Любая техническая реализация стабильной дополнительной опорной меры на- пряжения (-В) имеет определенные ограничения, Так, например, стабилитроны, типа КС191, 2С108 низкочастотный дрейф со спектром менее 1 Гц и размахом в десятки микровольт. Такой дрейф не может быть полностью подавлен входными фильтрами измерительных приборов Поэтому с целью повышения точности измерения параметра (5н необходимо выполнить статическую обработку пл произвольно выбранных независимых измерений:

При этом, как следует из статической теории измерений, точность измерения параметра 5Н| можно повысить в Vm раз

Если согласно выражению (4) представленные в скобках разности выразить величинами Aii и Aai, то в качестве 5Н| можно выбрать более адекватную модель:

- m

(3Н|-2) (A2j -Ai, )/m -qH. (9)

где Aij - первая разность между соответствующим аналоговым эквивалентом кода и дополнительным опорным сигналом - В;

- вторая разность между соответствующим аналоговым эквивалентом смежного кода и дополнительным опорным сигналом -В;

m - количество измерений в 1-й точке преобразования.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

МикроЭВМ 8 через контролер 7 устанавливает переключатель 5 в положение, соответствующее формированию на выходе управляемого делителя 6 опорного сигнала с полярностью выходного сигнала калибруемого ЦАП 2 в основном квадранте преобразования. Далее, микроЭВМ 8 через задатчик 2 кодов, представляющий собой набор регистров, подает на ЦАП 12 единичные коды N, а через контролер 7 на управляемый делитель б напряжения код, вырабатывающий на выходе делителя 6 компенсирующий аналоговый эквивалент - В. Компенсирующий аналоговый эквивалент -В может отличаться по абсолютному значению от выходного сигнала калибруемого ЦАП, т.е. можно выполнять компенсацию не до полного уравновешивания, а с некоторой точностью укладывающейся в диапазон нижнего предела измерения вольтметра 4. Так, например, вольтметр Щ31 на пределе измерения 100 мВ имеет высокую разрешающую способность, равную 1 мкВ.

Недокомпенсэция путем регулировки опорного делителя 6 в 90 мВ позволяет измерить локальное значение дифференциальной нелинейности в диапазоне близком 10 мВ что

с допуском в пять и более раз, для ЦАП имеющих более 12 разрядов, превышает квант преобразования. Вольтметр 4 измеряет первую разность Аи и вырабатывает сигнал окончания измерения, который фиксируется контроллером 7. ЭВМ 8 опрашивает контроллер 7 и после поступления в него сигнала окончание измерения записывает в память значение Аи, После этого, ЭВМ8 подает через задатчик 2 кода смежный код

(-1), вольтметр 4 измеряет вторую разность AZI После поступления второго сигнала окончание измерения на контроллер 7, происходит перепись в ЭВМЗвторой разности А2), Далее, микроЭВМ 8 вычисляет согласно выражению (9) значения дн находит абсолютные весовые погрешности EI из (7) и вычисляет из (8) значения нелинейности

Градуировка характеристики преобразования согласно значений ПЛ (8) отражает

поставленную цель калибровки нелинейности ЦАП по шкале преобразования.

Предложенный способ позволяет исключить из результата измерения погрешность смещения нуля контролируемого

ЦАП, так как величина смещения нуля преобразователя войдет в параметр -В согласно уравнения (4) и в дальнейшем исключается при вычислении согласно (9) Согласно предложенному способу можно

осуществлять калибровку линейности одно и двухквадратных ЦАП, а также умножающих прецизионных серии 427.

Формула изобретения Способ калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей, зэключаю- щи#ся в последовательном для ЁСВХ его п разрядов измерении первой разности между выходным сигналом калибруемого циф- роаналогового преобразователя при подаче

на его вход соответствующего единичного кода и соответствующим дополнительным сигналом и измерении afopon разности между выходным сигналом калибруемого цифроаналогового преобразователя при подаче на его вход соответствующего кода и тем же дополнительным сигналом, формировании третьей разности, запоминании полученных значений первой, второй и третьей разностей, определении весовых

погрешностей разрядов Е калибруемого цифроаналогового преобразователя и определении результатов калибровки по формулам

ПЛ| $ aiFT

I

1

ИН

-,|,

где ПЛ| - погрешность линейности в 1-й точке характеристики преобразования;

а, о,1 - значения соответствующего разряда для соответствующего кода;

ИН. ИН -положительные (отрицатель; ные) значения интегральной нелинейности, при этом полярность дополнительного сигнала устанавливают соответствующей полярности основного квадранта преобразования калибруемого цифроаналогового преобразователя, отличающий- с я тем, что, с целью расширения области применения путем калибровки линейности одноквдрантных, двух квадрантных цифроа- налоговых преобразователей при последовательном измерении первой и второй разностей, осуществляют (т-1)-е дополнительное измерение первой и второй разностей для всех п разрядов калибруемого

цифроаналогового преобразователя с последующим их запоминанием, третью разность 5Н| формируют как

т

(5H| S (A2J -Ai )/m -qH,

где Aij и Д) - первая и вторая разности соответственно;

qH - номинальное значение кванта, а весовые погрешности разрядов калибруемого цифроаналогового преобразователя определяют из системы уравнений

15

20 ;

e,V2V4K+ -.+ er-V4u,)(

Јh-t Hl«-n H 6« Ј,

при этом соответствующий код при измерении второй разности выбирают как единичный во всех младших разрядах относительно 1-го.