Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1992 года по МПК H03M1/10 

ся

XI

о о

Изобретение относится к аналого-цифровой и информационно-измерительной технике. Устройство может быть использовано для исследования и настройки образцов аналого-цифровых преобразователей при изготовлении, а также при выходном и входном контроле изготовителями и потребителями АЦП, На тактовый вход 25 исследуемого АЦП 23, соединенный с входом счетчика 9, поступают импульсы с выхода генератора 13 тактовых импульсов. На аналоговый вход 24 АЦП 17 подается сигнал сумматора б, на первый вход которого подается постоянное напряжение с выхода делителя 8 напряжения. На вход делителя 8 напряжения сигнал поступает с первого выхода генератора 3 пилообразного напряжения, с второго выхода которого сигнал поступает на вход У (вертикальный развертки) осциллографа 4..Выходной параллельный код преобразуется с помощью

Фие.1

ю

выходного сигнала счетчика 9 на преобразователе 1 кода в последовательный код, начало которого в синхронизаторе 11 выравнивается г начален си-нала с формирователя 10 импупьсэ запуска, па вход которою поступают сигналы с выхода счетчика 9 Импульсный сигнал с первого выхода синхронизатора запускает горизонтальную рзззертку осциллографа Сигнал с второго выхода синхронизатора 11 усиливается в прооб разователе 12 напряжений и подается на вход Z подсвета осцилтографа 4 ИзобраИзобретение относится к аналого-циф ровой и информационно-измерительной технике и являегсч усовершенствованием устройства по авт си №1631725

Устройство может быть использовано для исследования и настройки образцов аналого-цифровых преобразоватолсй (ЛЦП) при изготовлении, а также при выходно и входном контроле изготовителями и потребителями ЛЦП

Известно устройство контроля аналоге цифровых преобразователей содержащее преобразователь параллельного кода в последовательный, первые входы юторого являются первыми входами устройствами, генератор пилообразного напряжения, первый выход которого подключен к первому входу осциллографа, источник напряжения, выход которого подключен к первому входу Сумматора, выход которого является первым выходом устройства, делитель напряжения, счетчик, формирователь импульса запуска, синхронизатор, преобразователь напряжений и генератор тактовь;х импульсов, выход которого соединен с вторым выходом устройства, с первым входом синхронизатора и входом счетчика, выходы которого подключены к вторым входам преобразователя параллельного кода в последовательный и входам формирователя импульса запуска, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора, третий вход которого подключен к выходу преобразователя параллельного кода а последовательный, первый выход - к второму входу осциллографа, второй выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом делителя напряжения, второй вход которого является вторым входом устройства, а выход подключен к второму аходу сумматора, третий вход уст роист в а соединен с входом источника напряжения.

жение на экране осциллографа 4 представляет собой растровое изображение, в котором одновременно содержится информация как о разрешающей способности АЦП при нескольких соседних кодовых комбинациях, гак и о значениях атих комбинаций Отдельный контрольный разряд, образующийся на экране осциллографа А с помощью блока 0 масштабирования, компаратора 17, коммутатора 18 и мультиплексора 19, потголяет постоянно контропировать работоспособность устройства 2 ил

Недостатком известного устройства япп) стся низкая досювернось из за отсутствия сигнала о исправности самого ус- тройсгвя, те. при получении на выходе

исследуемого АЦП сигналов не соответствующих правильным, возникает вопрос о исправности самого устройства контроля (например, отсутствии сбоев в цифровых узла , а также о уровне собственных шумов

устройства)

Целью изобретения является повышение достоверности и точности

Пооавлемная цель достигается тем, что в устройство введены компаратор, коммута

тор, мультиплексор и блок масштабирования, вход которого соединен с выходом источника напряжения, а выход - с первым входом компаратора второй вход которого является общей ниной, выход компарагора соединен с информационным входом коммутатора, первые выходы которого со единены с соответствующими первыми информационными входами мультиплексора, вторые информационные входы которого

явлпются соответствующими первыми вход ными и инами, выходы мультиплексора соединены с соответствующими первыми входами преобразователя параллельного кода в последовательный, третий вход которого подключен к второму входу комму гато рз, управляющие входы которого являются соответствующими чешертыми входными шиичми, управляющий вход мультиплексора является пятой входной шиной

На фмг 1 приведена функциональная схема предложенного устройства; на фиг 2 - теневое изображение выходного тока АЦП и контрольного разряда на экране осциллографа, иллюстрирующее принцип

построения изображения с использованием модуляции луча по яркости

Устройство контроля аналого-цифровых преобразователем содержит преобразователь 1 параллельного кода в последовательный (ПК), входы 2 являются первыми входами устройства, генератор 3 пилообразного напряжения, осциллограф 4, источник 5 напряжения, сумматор б, выход которого является первым выходом 7 устройства, делитель 8 напряжения, счетчик 9, формирователь 10 импульса запуска, синхронизатор 11, преобразователь 12 напряжений (ПН) и генератор 13 тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым выходом 14 устройства, с первым входом синхронизатора 11 и входом счетчика 9.

Выходы счетчика 9 подключены к вторым входам преобразователя 10 импульса запуска, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора 11, Третий вход синхронизатора 11 подключен к выходу преобразователя 1 параллельного кода в последовательный. Первый выход синхронизатора 11 соединен с вторым входом осциллографа 4, а второй выход через преобразователь 12 напряжений с третьим входом осциллографа. Первый выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу осциллографа 4, второй - к первому входу делителя 8 напряжения, Второй вход делителя напряжения является вторым входом 15устройства, а выходдели- теля 8 напряжений подключен к второму входу сумматора 6. Третий вход 16 устройства соединен с входом источника 5 напряжений. Выход компаратора 17 подключен к информационному входу коммутатора 18, выходы которого подключены к первым информационным входам мультиплексора 19, вторые входы которого являются соответствующими первыми входными шинами 2 устройства, а выходы подключены к первым входам преобразователя 1 параллельного кода в последовательный. Третий вход преобразователя 1 подключен к второму выходу коммутатора 18.

Вход блока 20 масштабирования соединен с выходом источника напряжения, а выход - через компаратор 17 с входом коммутатора 18. Управляющие входы коммутатора 18 и мультиплексора 19 являются соответственно четвертым 1 и пятым 22 входами устройства.

Устройство работает следующим образом,

Исследуемый АЦП 23 подключается с помощью входной шины 24 аналогового сигнала к выходной шине 7 устройства, с помощью входной шины 25 тактовых импульсов - к выходной шине 14 устройства. Шины 26 выходного кода АЦП 23 соединяются с входными шинами 2 устройства.

Предложенное устройство работает в двух режимах1 Работа и Контроль.

В режиме Работа по сигналу с шины 22 мультиплексор 13 подключает входы 2 5 устройства к входам преобразователя 1 параллельного кода в последовательный.

Контроль и измерение параметров (разрешающей способности и дифференциальной нелинейности) АЦП 23 осуществляется

0 по растровому изображению на экране осциллографа 4. На экране осциллографа 4 с помощью специальной развертки и модуляции яркости луча создается растровое изображение, в котором одновременно со5 держится информация как о разрешающей способности АЦП 23 при нескольких соседних кодовых комбинациях, так и о значениях этих комбинаций. Измеряемая величина (разрешающая способность) отображается

0 геометрически - высотой определенного элемента изображения, что облегчает сравнение соседних элементов при определении дифференциальной нелинейности. На вход контролируемого АЦП 23 с вы5 хода аналогового сумматора 6 подается напряжение сложной формы, представляющее собой суммы постоянной регулируемой составляющей, образующейся на выходе источника 2 напряжения (ИН) и низкоча0 стотной переменной составляющей (симметричной пилообразной формы), формирующейся на выходе генератора 3 пилообразного напряжения (ГПН). Величина пилообразного напряжения на входе анало5 гового сумматора б определяется коэффициентом деления делителя 8 напряжения. Частота повторения циклов преобразователя (т.е. частота преобразования входного сигнала), задаваемая с помощью генерато0 ра 13 тактовых импульсов, во много роз пре-ю вышает частоту пилообразного напряжения на выходе ГПН 3, поэтому в течение любого одного цикла преобразования входное напряжение АЦП практически-не успевает су5 щественно измениться. Код с выхода АЦП 23, соответствующих этому напряжению, преобразуется в последовательную форму (фиг.2а) в преобразователе Т кода, а затем после привязки в синхронизаторе 11 выво0 дится на экране осциллографа 4 через третий вход (канал 2 управления яркостью

Развертка осциллографа 4 запускь-лся одновременно с началом выдачи последовательного кода, для чего в формирователе 10

5 из сигналов счетчика 9 вырабатывается импульс запуска, передний фронт которого перед поступлением на вход синхронизации осциллографа 4 выравнивается в синхронизаторе 11с передним фронтом первого разряда последовательного кода.

Последовательный код, поступая на вход Z, модулирует яркость луча при его движении вдоль линии развертки по горизонтали, поэтому любая кодовая комбинация отображается сочетанием светлых и темных отрезков горизонтальной линии. Эти линии периодически перемещаются по вертикали под действием пилообразного напряжения, посту лающего с выхода ГПН 3 на первый вход Y осциллографа 4. Поскольку вертикальные перемещения линий развертки производятся одновременно с изменением входного напряжения АЦП 17, которое вызывает соответствующее изменение кода на выходах 26 АЦП 23, ПК 1 и ПН 12, на экране осциллографа 4 получается растровое изображение, показывающее связь между входным напряжением и кодом на выходе АЦП 17 (фиг.2б).

Если отношение частот горизонтальной развертки и пилообразного напряжения достаточно велико, отдельные линии растра сливаются и перестают различаться. Полученное изображение можно представить состоящим из ряда горизонтальных полос, отображающих ряд кодовых комбинаций. Высота какой-либо полосы пропорциональна величине шага квантования, соответствующего отображаемой комбинации, т.е. высота полосы геометрически отображает разрешающую способность АЦП 23 при определенном коде на выходе. Количество одновременно наблюдаемых на экране полос зависит от размаха пилообразной составляющей напряжения на входе АЦП 22 и может быть выбрано любым (по усмотрению оператора) с помощью изменения коэффициента передачи делителя 8 напряжения, посылая соответствующий сигнал по шине 15. При изменении величины разрешающей способности количество полос обычно выбираются не более 6. В любом случае порядок отображения отдельных разрядов кода сохраняется неизменным, поэтому в изображении можно также выделить столбцы, которые соответствуют разрядам и сохраняют свое расположение при любых изменениях входного напряжения АЦП 23.

Приведенное на фиг.26 изображение соответствует лишь небольшому участку статической характеристики. Возможность контроля любых участков характеристики обеспечивается плавной регулировкой постоянной составляющей входного напряжения АЦП 23.

Для регулировки постоянной составляющей оператор подает управляющий сигнал на шине 16, изменяющий сигнал источника 5 напряжения в нужную область напряжений. Поиск требуемого участка ха;

рактеристики АЦП 23 облегчается тем. что изображение представляет собой характерный узор из прямоугольников, закономерность построения которого обнаруживается

достаточно просто, а также тем, что величина отображаемого участка также регулируется оператором Любые нарушения закономерности построения узора, вызываемые нелинейностью характеристики, легко

отмечаются оператором и для их обнаружения не требуется обращаться к таблице или производить расчеты.

Подключение второго выхода коммутатора 18 к второму выходу преобразователя

параллельного кода в последовательный позволяет сформировать дополнительный контрольный разрез, который наравне с разрядами АЦП 23, проходя через блоки 1, 11, 12, отображается на экране осциллографа 4. Контрольный разряд отличается от остальных тем, что у него постоянный вид на экране (крайний слева на фиг. 26), а именно из-за того, что на первый вход компаратора не поступает пилообразное напряжение, а

второй Вход постоянно подключен к 0В. В зависимости от коэффициента масштабирования блока 20 уровень перехода свет-тень в контрольном разряде может быть разный (на фиг. 2 приведен случай К20 KG, т.е. когда

коэффициенты преобразования выходного напряжения блока 5 в блоках 20 и 6 одинаковы, переход свет-тень в контрольном разряде происходит в середине экрана осциллографа). Так как в формировании дополнительного разряда задействованы все блоки устройства кроме двух (делителя 8 напряжения сумматора б и частично преобразователя 1), то наличие дополнительного разряда на экране осциллографа дает возможность с определенной вероятностью судить о исправности устройства в целом.

В режиме Контроль по сигналу с шины 22 мультиплексор 13 подключает выходы коммутатора 18 к входам преобразователя

1, при этом по сигналам с шины 21 выход компаратора 17 через коммутатор 18 и мультиплексор 19 последовательно подключается ко всем первым входам преобразователя 1. Данная операция позволяет последовэтельно просматривать работоспособность устройства по всем входам преобразователя 1.

Кроме того, так как шумовые характеристики компаратора 17 известны, шум (характеризуемый шириной зоны перехода

свет-тень) в дополнительном разряде может служить эталоном для определения шума предложенного устройства, что позволяет определить шумы АЦП 23 по формуле

AUAUni Л 1ГАЦП1 - (А Окр - A UK),

где Л УАЦП - искомое шумовое напряжение в разрядах ВЦП 23;

Ли дцгл - измеренное по экрану осцил- лофафа 4 шумовое напряжение в разрядах АЦП 23;

Д 1)кр - шумовое напряжение в контрольном разряде;

AIJK - справочное (или измеренное специально) шумовое напряжение компаратора 17.

Определенное по формуле 1 шумовое напряжение Лидцщ является более точной характеристикой АЦП 23, чем измеренное Аидцп, использованное в известном устройство,

Использование изобретения позволит повысить точность измерения шумов АЦП и достоверность, получаемой с помощью устройства информации послужит быстрому определению момента выхода из строя устройства.

Формула изобретения

Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей по авт ев, № 1631725,

а)

«ggtiTO cq «счеи-WW PЪяаЮат

. // Ґ0 S 8 7 С S 3 г / О

РазряЛ/xatfcf--Swxve/ft/e

К w э г 7 6 & 4 $ 2

отличающееся тем, что, с целью повышения точности и достоверности, в него введены компаратор, коммутатор, мультиплексор и блок масштабирования, вход

которого соединен с выходом источника напряжения, а выход - с первым входом компяратора, второй вход которого является общей шиной, выход компаратора соединен с информационным входом

коммутатора, первые выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными в ходами мультиплексора, вторые информационные входы которого являются соответствующими

первыми входными шинами, выходы мультиплексора соединены с соответствующими первыми входами преобразователя параллельного кода в последовательный, третий вход которого подключен к второму выходу

коммутатора, управляющие входы которого являются соответствующими четвертыми входными шинами, управляющий вход мультиплексора является пятой входной шиной.

-Swxve/ft/e

Г Wftwfrtf/

//////////У 7 //////////27/

; ////////// QfMffffOtf QtfffffffOfO

QfWMfOOj