Устройство для измерения динамических характеристик аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1979 года по МПК H03K13/00 

1

Изобретение относится к области цифровойэлектроиз.мерительнойтехники Н иредпазиачено для измерения характеристик пог,реш«ости аяалого-ИИфро:вых П1рво,бр:азо1вателей (АЦП) в динамике.

При использовании АЦП для кодирования из меняющ«хся процессов необходимо знание их динамических характерист ик (быстродействия, статистических характеристик ди|на М«1ческой погрешности в зависимости от закона распределения, частотного апвкт,ра « вида корреляционной функции входного воздействия и др.).

Известно устройство для иоверки АЦП в д.ина1М1Ике, содержащее аналоговый генератор об|разцового синусоидального сигнала, проверяемый АЦП, cxeaiy управления, об|разцовый прибор для измерения дейст1Буюш,его значения вх-одного синусоидального сигнала, избирательный усилитель, фазовращатель, индикаторное устройство, низкочастотный формирователь, каскад совпадений, умно1Ж/итель ча стоты. Оно позволяет измерять мгновенные значения си1нусоидалвного сигаала заданной частоты в дискретные моменты времени 1.

Такое устройство имеет сложную структ уру, содержит в своем составе в основном узлы аналогового типа, которые существенно ограничивают его метрологические

возможности, имеет низкое бысгроде {ствие. требует ручной устанозк; фазы, амплитуды и частоты генерируемого сигнала, а налоговый принцип генерирования сигнаа не позволяет автоматизировать процесс поверки. Кроме того, основным недостатком этого устройства является то. что поверка динамических характерист1 к АЦП в них прО1ВОдится только на синусоидальном

образцовом входном сигнале, в то время как характеристики ди1на1мической погрещности АЦП существенно зависят от закона распределения и корреляционной функции входного сигнала.

Следует отметить, что это устройство позволяет оценить лищь сум марную порещность АЦП (оумму статической и д 1на1мическ10й погрешности).

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство, содержащее датчик псевдослучайной кодовой последовательности, регистр, цифро-аналоговый преобразователь, поверяемый АЦП, цифровой вычитатель, блоки

управления и обработшт, а также генератор импульсов и аналоговый сумматор. Такое устройство позволяет а;втоматичеСК)И определять статическую логрешиость и время установления АЦП при подаче импульсного входн-ого сигнала с выхода цифроаиалогового преобразователя, управляемого датчиком псевдослучайной кодовой последователыности 2.

Это устройство, хотя и является более «|И:версалыным, чем раосмотренное ;paiHee, так .как снабжено датчикам случайных чисел, одиа.ко не позволяет оценивать статическне характер.истики динамической погрешнсюти АЦП.

С целью измерения характеристик динамической погрешности АЦП при воздействии псевдос.лучайных входных сигналов с зада1Н1НЫМ законом распределения и заданной «01р:МИ1ров1аНиой а1втокор1реляц«опной функцией, в устройство, содержащее последовательно соединевные датчик псевдослучайных значений уровней, регистр уровней и цифроаналоговый преобразователь уровней, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора, выход коTOiporo соединен с 1измеритель:ным входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, выход «конец преобразования последнего соед1И1не Н с первым входО|М блока управления, второй вход которого соединен с выходО|М генератора импульсов, а первый выход - с первым входом первого блока вычитания, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом регистра уровней и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, а выход - с первым входо,м блока обработки, второй выход блока управления собди1нан .со входом датчика псевдослучайных значений уровней, вход генератора ИМ П|ульсо1В соедииен с шиной «пуск, дополнительно введены датчик псевдослучайных значений скоростей, цифровой управляемый мульт1И1Виб|ратор, ключ, реверсивный счетчик, цифроан.ало го1вый преобразов атель скоростей, регистр запоми1нания выходного кода, второй блок вычитания, блок задержки врамвни и элемент ИЛИ, причем цретий выход блока упр.авления соединен с nepiBbiM входом элемента ИЛИ, а через блок задержки времени - со вторым входо;м элемента ИЛИ, выход которого соединен с з ануокающим входом поверяемого аналого-циф.рового Н1ре0|бразователя, четвертый выход блока управления соединен с первыми входами регистра запоминания выходного кода и ключа, пятый выход - с первым входом второго блока вычитана, выход KOTOiporo соединен со вторым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со вх1одом датчика псевдослучайных значений скоростей, первый выход которого через последовательно соединенные реве(роиеный счетчик и цифроаналоговый преобразователь скорости соединен со вторым входом аналогового сумматора, второй выход датчика псевдослучайных значений скорости через цифровой управляемый мульти1виб;ратор соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен со входом реверсивного счетчика, выход носледнего соединен с четвертым входом первого блока вычитания, выход регистра заноминаиия выходного кода соединен со вторым входом второго блока вычитания, третий вход которого соединен со вторым входом .регистра запоминания выходного кода и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя. Па фиг. 1 приставлена блок-схема предлагаемого устройства; «а фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

Устройство содержит датчик псевдослучайных значений уроеней 1, регистр уровней 2, ци|фроаналого1вый нреобразователь уровней 3, датчик псевдослучайных значений скоростей 4, реверсивный счетчик 5, цифроаналоговый преобразователь скоростей 6, аналоговый сумматор 7, цифровой

управляемый мультивибратор 8, ключ 9, регистр запоми1нания выходного кода 10, поверяемый аналого-цифровой преобразователь 11, блок обработки 12, первый блок вычитания 13, второй блок вычитания 14,

генератор имиульсов 15, блок управления 16, блок времени 17 и логический элемент ИЛИ 18.

Работа устройства осуществляется следу ощим образом.

По сигналу «нуск с генератора импульсов 15 начинают поступать сигналы в 6vTOK управления. При этом, по команде блока управления 16 ироизводится сб(рос регистров 2 и 10, счетчика 5 и блоков вычитания 13 и 14 в исходное состояние, а каждый из датчиков псевдосл-учайных последовательностей 1 и 4 генерирует одно из Ч1И1сел псевдосл1учайной последовательности. Случайное число с выхода датчика 1

записывается в регистр урО1В ней 2 и преобразуется в эквивалентное значение напряжения с помощью циф1роаналогового преобразователя уровней 3, которое подается на первый вход аналогового сумматора 7.

Случайное число с выхода датчика 4 поступает на вход цифрового -.управляемого ультивибратора 8, который начинает генерировать импульсы с частотой, пропорциональной значению числа, поступившего

на его вход. Импульсы соответствующей частоты через ключ 9 поступают на вход реверсивного счетчика 5, управляющего ЦАП скоростей 6, причем при ,п;оступлвнич каждого импульса на вход реверсивного

считчика 5 выходное напряжение ЦАП 6 изменяется на величину кванта U (Af/o выбирается значительно меньще величины младшего разряда поверяемого АЦП), коорая поступает на второй вход аналогового сумматора 7.

Таким образом на измерительный вход оверяемого АЦП 11 поступает образцоое напряжения (/„х.оор. ), являющееся алгебраической суммой постоянного напряения с выхода ЦАП 3 (t/oi) и ступенчато-изменяющегося напряжения с выхода ЦАП 6 (t/02) (фиг. 2).

t/02 At/0-f ,(1)

где пум - частота выходиых имлульсов ЦИфрОвого у1П;равляе1Мого мультивибратора 8;

/пр - врамя преОб1разо1Ва№ия поверяемого АЦП 11.

f/Bx.o6p t/Ol + f/02.(2)

Од1на&рвмвн1но с подачей нашряжелия и вх.обр на измepиteльный вход поверяемого АЦП 11, 31начения образцовых кодов регист|ра уровней 2 (Лур.) и реверсивного очетч.и1Ка 5 (. ) сум.м1 руют1Ся в первом блоке 1выч;ита.н1ия 13.

N ВХ.ВЫЧ.1 Nyp+ NC;(3)

По команде запуска АЦП 11 с блока упр.авлевия 16 произ-вод ится первое преобразова1Н:ие, а через блок задержки BpeiMewH 17 f Зал fnp. вгорое преобравОВание обр азцового юиг.н а л а.

После окончания первого преобразования в MoaieHT времени Гк, «:канец преобразо1Ва1Н1ия с выхода поверяемого АЦП 11 поступает на первый вход блока упр.а вления 16, который выдает сипнал на закрывйиме ключа 9, прекращая поступление им пульсов на вход реверсивного счетчика 5.

Таким образом, в конце первого преобразования имеем

f/вх.обр (fh-,) Ufj + С/02 (,) .V,«.Bbi4., (t к,)

Выходной код из поверяемого АЦП 11 ЛГ вых. Aun в момент времени t к, после первого преобразования заиисывается в регистр за1Пом1И1на1Н:ия выходных кодов 10, кроме того, в иервом блоке вычитания 13 П1р01ИзвоДИ1ТСЯ вычитание этого кода из кода V „х.пыч., (к, ). Разность

А АЦП.поли .выч., (t Ki ) - ЛвыхАЦП, (5)

является суммарной погрешностью преобразова(ния .изменяющегося входного сигнала, включающей в себя статическую и динам1ическ ую составляющие:

А ..ЦПпо.1Н А АЦП.ст + А АЦП.днн(6)

Второе преобразование поверяемый АЦП И производит при постоянном образuoiBOM .входном сигнале С/вх,обр (KI )После конца второго преобразования во втором блоке вычитания 14 вычисляется разность (Между выходными кодами поверяемого АЦП 11 после первого и второго преобразований, которая представляет собой собствен1но д,инамиче1скую ощибку АЦП

А .АЦП.дин N АЦП (t к, ) - N.u.n (t к,). (7)

Первый цикл преобразования заканчивается после того, как содержимое блоков вычитания 13 и 14 переписывается в блок обработки 12.

При последующих циклах преобразований (см. фиг. 2 (/02 - f к, ) и т. д.) по сигналам генератора импульсов 15 производится оценка ААЦП.ПОЛН и ААЦП.ДПИ в

соответствии с описанным ранее алгоритмом. Число циклов задается блоком уп;равлвния 16 и определяется требуемьим абъемо.м выборки для получения соответствуюЩ;их оценок, например статистических х-арактаристик погрешности в блоке обработки 12.

Если в одном нз Ш5«лов преобразования

-V 8Х.ВЫЧ.1 А .(1.ЦПма ,(8)

где ААцп,1г.ах - «од, соответствующий преде.Т1у измерения, то оценка погрешностей поверяемого АЦП 11 в этом не

произзодится.

Так как в обще случае динамическая пагрещность АЦП зависит от скорости изменения входного сигнала и от 31начания входного сигнал а в момент времени to вачала преобразования, то нопользован датЧ|И К псевдослучайных 31наче1ний уровней 1 с нормальным или ра.В1Н01мерны1М законом распределения и заданным математичес-ким ожиданием и дисперсией.

Таиим образоМ, устройство позволяет измерять характерИстики дннамической попрещности АЦП при воздействл; псевдослучайных входных сллналов с заданным saKOHOiM распределения и заданной аетокорреляцианной функшией путем подачи на вход поверяемого АЦП образцового си1пнала, ЯВляющегося cy, постоя1нного и ступенчато-иЗМеняющегося, с определенными скоростям. сигналов, без генерирования

самого заданного случайного входного процесса.

Ф о р м У л а изобретения Устройство для измерения ди,нам1ических характеристик аналого-цифровых преобразователей, содержащее последовательно соединенные датчик псевдослучайных 31начен,ий уровней, регистр уровней п цифроа1налоговый преобразователь уровней, вы.ход которого соединен с первым входом

аналогового сумматора, выход которого соединен с измерительным входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, выход «конец преобразовааня последнего соединен с первым входом блока управлеНИЯ-, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а первый выход - с первым входом первого блока вычитания, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом регистра уровней и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, а выход - с первым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со входом датчика псевдослучайных значений уровней,вход генератора импульсов соединен с шиной «пуск, отличающееся тем. что, с целью измерения характерист к динамической иогрешности аналого-цифрового преобразователя при

воздействии псевдослучайных входных сигналов с заданным законом распределения и зада1Н1ИОЙ нармированной автокоррелядиоиной фу1Н1Кцией, в «его дополяйтельно введены датчик псевдосл,у|4ай|ных аначаний окаростей, цифровой управляемый мультивибратор, ключ, ревераиЕиый счетчик, цифроаналоговый преобразователь скоростей, релиспр aaiooMiHiHiaiKHfl выходного кода, второй блок вычитаиия, блок задержки времени и элемент ИЛИ, пр,иче(М третий выход блока управления соединен с первым входом элемента ИЛИ, а через блок задержки времени - со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с запускающим входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, четвертый выход блока управления соединен с первыми входами регистра запомлнайия выходного кода .и ключа, пятый выход - с первым входом второго блока вычитания, выход которого ооедгинен со вторым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со входом датчика псевдослучайных значений скоростей первый выход которого через последовательно соединенные

ревар.оианый счетчик, цифроаналоговый преобразователь скорости соединен со вторым входом аналогового оуммлтора, второй выход датчика псевдослучайных значеичй

скоростей через цифр,овой управляемый М|уль-11И|ВибратО|р соединен со втарьим входом ключа, выход KOTOiporo соединен со входом реверсивного счетч1ика, выход последнего соединен с четвертым входом первого блока вычитания, выход регистра запоминания выходного кода соединен со вторЫМ входо;м второго блока вычитания, третий вход которого соединен со вторым входом регистра запоминания выходного

кода и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя.

Источники информации, /принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 223485, кл. Н ОЗК 13/02, 1967.

2.К. Губер, Тестер для поверки аналого- цифровых прео:бразователей, «Электроника (русский перевод), N° 13, 1972,

с. 61-62.