Устройство для автоматического измерения статистических параметров точности преобразователей формы информации Советский патент 1979 года по МПК H03K13/02 

напряжение с которого поступает на исследуемый прибор.

Моменты преобразования задаются управляющим блоком. Выходной код исследуемого преобразователя поступает на цифровой элемент сравнения, на другие входы которой поступает код, записанный в ЦЛП. На выходе Цифрового элемента сравнения иг-туль образуется лишь в том случае, когда значение кода, записанного в ЦАП, больше значения выходного кода исследуемого прибора. После установленного числа измерений с управляющего блока на счетный вход образцового ЦАП поступает импульс и в нем записывается новое число, которому соответствует новое значение напряжения на выходе образцового преобразователя, а результат измерений поступает в арифметическое устройство и регистрируется регистратором

К недостаткам известного решения следует отнести ограниченные функцинальные возможности. Возможности известного решения ограничены измерением только интегральной функции распределения случайньсс погрешностей и только аналого-цифровых преобразователей. Как известно, эта характеристика не является исчерпывающей и не позволяет оценить точность работы АЦП.

Кроме того, не учтены особенност исследуемого прибора при работе с реальными, подвергающимися преобразованию, сигналами, и измерения должны проводиться в специально отведенное для этих целей время, чт не позволяет контролировать преобразователь в реальных условиях (оперативный контроль).

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для автоматического измерения статистических параметров точности преобразователей формы информации, содержащее подключаемый к исследуемому прибору цифровой элемент сравнения, другие входы которого соединены с образцовым цифроаналоговым преобразователем, а выход цифрового элемента сравнения подключен к арифметическому устройству, введены второй образцовый цифроаналоговый преобразователь, генератор импульсов дискретизации, элемент запрета и два аналоговых элемента сравнения, первые входы которых соединяют с исследуемым прибором, вторые входы связаны с выходами обоих цифроаналоговых преобразователей, а выходы подключены через элемент запрета с цифровым элементом сравнения и арифметическим устройством, к которому подключены выход первого образцового

цифроаналогового преобразователя, счетные входы цифроаналоговых преобразователей и выход генератора импульсов дискретизации, который соединяют с исследуемым прибором. На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства .

Исследуемый прибор 1 соединяют с одними из входов аналоговых элементов 2 и 3 сравнения, другие

0 входы которых соединены с выходами образцовых цифроаналоговых преобразователей 4 и 5.. Выходы элементов 2 и 3 сравнения соединены с элементом б запрета, выход которого подключен к цифровому элементу 7 сравнения и арифметическому устройству 8. Одни из входов элемента 7 сравнения соединяют с исследуемым прибором 1, другие входы связаны с соответствуюQ щими старшими разрядами одного из образцовых преобразователей, например 5, и, с арифметическим устройством 8, к которому подключен элемент 7 сравнения. Арифметическое устрой5 ство О соединено с генератором 9 импульсов дискретизации, подключаемым к исследуемому прибору 1. Один из выходов арифметического устройства 8 соединен со счетными входами образцовых преобразцовых преобразователей 4 и 5, раздельные входы: которых подключены к шине 10 Сброс.

Перед началом измерений по шине 10 Сброс устанавливается любое

5 желаемое состояние образцовых преобразователей 4 и 5. Число разрядов преобразователей 4 и 5 выбирают одинаковым и превыиающим число разрядов исследуемого прибора 1.

0 Оно зависит от требуемой точности измерений. В любой точке шкалы напряжение на выходе преобразователя 4 всегда больше выходного напряжения преобразователя 5 на величину

5 одного шага квантования этих преобразователей .

Поскольку предлагаемое устройство позволяет измерять точностные параметры как АЦП, так и ЦАП, рассмот0 РИМ пЕЮцесс измерения точности параметров, например, АЦП. В этом случае исследуемым преобразователем является АЩ1.

На вход исследуемого прибора 1

е поступает реальный, подвергаемый аналого-цифровому преобразованию, сигнал. Этот же сигнаип поступает на первые входы аналоговых элементов 2 и 3 сравнения.

Точку шкалы исследуемого прибора 1, в которой измеряют величину погрешности преобразования, выбирают с помощью образцового преобразователя 5. Для этого в регистры преобразователей 4 и 5 записывают

5 соответствующий этой точке код. Аналоговьлй эквивалент этого кода с образцового преобразователя 5 посту пает на вторюП вход аналогового элемента 3 сравнения. Выходное напряжение образцового преобразователя 4 поступает на второй вход ана1ЛОВОГО элемента 2 сравнения. Всякий )раз, когда значения входного сигнала превыиают напряжение на втором входе аналогового элемента 3 сравнения, но не превышают напряжения на втором входе аналогового элемента 2 сравнения, т.е. попадают в зон вблизи выбранной точки, ограниченной одним шагом квантования, на выходе элемента 6 запрета образуются импульсы, управляющие цифровым элементом 7 сравнения. Отсчет результатов измерений начинается в лпбой выбранный момент времени. С этого момента арифметическое устрой ство 8 отсчитывает общее число выпо ненных преобразований, количество которых устанавливают исходя из требуемой точности результатов изм рений и таковым, чтобы за это врем проявились статистические особеннос ти преобразуемого сигнала. При попадании входного сигнала в выбранную зонуна выходе элемента 6 запрета образуется импульс, посту пающий на цифровой элемент 7 сравнения и разрешающий сравнение с эта лонным кодом, поступающим от соответствующих разрядов образцового преобразователя 5. Арифметическое устройство 8 подсчитывает эти импул сы для определения количества попад ний входного сигнала в выбранную зону. Если результат преобразования оказывается ошибочным, на выходе цифрового элемента 7 сравнения обр зуется импульс, поступающий на ари метическое устройство 8, которое подсчитывает число ошибочных преоб зований входного сигнала в рассмат риваемой точке. Величина погрешности представляет собой разность между номером (кодом) зоны и номером (кодом) анализируемого порога квантования. После отсчета заданного количес ва преобразований результаты измерений перезаписываются в регистрирующее или вычислительное устройст во, и регистры преобразователей 4 и 5 переводятся в новое состояние. Новому состоянию соответствуют новые значения напряжений на выход образцовых преобразователей 4 и 5, которые определяют следующую точку шкалы исследуемого прибора 1, отстоящую от предыдущей на величин шага квантования образцовых преобр зова гелей 4 и 5. После этого процесс измерений повторяется для последующей точки шкалы исследуемого прибора 1. Таки 46 образом, в арифметическом устройстве 8 происходят сбор и предварительная обработка результатов измерений, характеризующих погрешности преобразования в выбранной точке шкалы, до вида, .удобного для регистрации или дальнейшей обработки. Результаты измеренс.й позволяют определить следующие статистические характеристики исследуемого прибора: ; 1)Дифференциальную функцию распределения погрешностей преобразования (отклонений порога квантования) для любого уровня Квантования. Аргументом здесь является величина погрешности, а функцией - отношение числа ошибочных преобразований к числу появлений сигнала в выбранной зоне. Функция распределения является условной (она измеряется при попадании преобразуемого сигнала в рассматриваемую зону). По известной дифференциальной функции распределения нетрудно определить интегральную условную Функцию распределения порога квантования. Определение этой характеристики, очень важно для моделирования. 2)Математическое ожидание порога квантования. Знание этой характеристики позволяет определить положение порога квантования при преобразовании реального сигнала, т.е. с учетом всех особенностей условий работы исследуемого прибора;имеет большое значение при расчете искажений преобразуемых сигналов.Этот параметр необходим при построении квантующей харак теристики. Определяется как сумма произведений значений отклонений порогов кодирования и условных вероятностей их появления. Число членов суммы равно ближайшему целому От отношения шагов квантования исследуемого и образцового преобразователей . 3)Дисперсию порога квантования, которая пропорциональна мощности шумов (в данном случае - кодирования). Определяется как сумма произведений квадрата значений отклонений порогов кодирования и условных вероятностей их появления. Кроме этого возможно определение моментов более высокого порядка. 4)Определение реальной квантующей хаоактеристки при преоб{-азовании реального входного сигнала. Зная величину шага квантования исследуемого прибора и используя результаты п.2, можно легко решить поставленную задачу. Кроме того, устройство позволяет измерять интегральную функцию распределения случайных погре1лностей и систематические погреишости. При измерении интегральной функции распределения случайных погрешностей достаточно выход образцовог преобразователя, например 5, подкл чить непосредственно ко входу иссл дуемого прибора 1, а элемент 6 запрета отключить от цифрового элеме та 7 сравнения. Измерения в этом случае происхо дят как в известном приборе. Интегральная функция распределе ния случайных погрешностей, в кото рой учитываются статистические осо бенности пг еобразуемого сигнала, измеряется следующим образом. Выход элемента 6 запрета отключается, а выход аналогового элемен та 3 сравнения подключается к цифр вому элементу 7 сравнения и арифме тическому устройству 8. При этом в арифметическое устройство поступает измерительная информация, когда значения входного сигнала не превыиают уровня с выхода образцов цифроаналогового преобразователя 5. Систематические погрешности мож измерять несколькими путями. 1)Выход образцового преобразователя 5 подключается непосредстве но ко входу исследуемого прибора 1 а элемент 6 запрета отключается от Цифрового элемента 7 сравнения. Состояния преобразователя 5 последовательно изменяются импульсами с арифметического устройства 8. Ко да знак ошибки отрицательный, что соответствует отклонению порога кодирования в меньшую сторону, в арифметическом устройстве 8 фиксируется то значение, которюе в нем е5ыло записано в момент начала прихода импульсов с цифрового элемента 7 сравнения. Когда знак ошибки положительный, фиксируется значение, которое в нем записано в момент окончания прихода импульсов с цифрового элемента 7 сравнения. Такой режим отсчета результатов обусловлен тем, что сшибка преобра зователя может составлять несколько шагов квантования образцового преобразователя 5. Поэтому на выходе цифрового элемента 7 сравнения импульсы появляются при каикдом измерении до тех пор, пока значения сигналов на ее входах не сравняются. Поскольку напряжение на входе исследуемого прибора изменяется, например, в сторону повынения и достаточно иметь значение максимальной ошибки кодирования, при отри1 ательном ее знаке максимальное значение фиксируется в момент появления первого импульса, а при положительном знаке - в момент появления последнего импульса с цифрового элемента 7 сравнения, 2)На исследуемый прибор 1 и аналоговые элементы 2 и 3 сравнения поступает медленно изменяющееся напряжение, и измерения происходят как при измерении статистических параметров точности. Различие состоит в том, что измерения происходят лишь при одном попадании сигнала в выбранную зону характеристики исследуемого прибора. Статистические параметры точности ЦАП измеряются аналогично описанному. Входной цифровой сигнал подвергаемый цифроаналоговому преобразованию, поступает на исследуемый прибор 1 (в данном случае ЦАП) и на цифровой элемент 7 сравнения. Аналоговый выходной сигнал, являющийся результатом преобразования, поступает на первые входы аналоговых элементов 2 и 3 сравнения. Систематические погрешности определяются как и для АЦП, В этом случае на исследуемый прибор поступает цифровой сигнал, эквивалентный медленно изменяющемуся напряжению. Интегральная функция распределения случайных погрешностей ЦАП измеряется следующим образом. Аналоговый элемент 2 сравнения и элемент 6 запрета отключают, а выход аналогового элемента 3 сравнения подключают непосредственно к арифметическому устройству 8, Цифровой элемент 7 сравнения может быть отключен, так как он не участвует в процессе измерения этого параметра. Выходы преобразователя 5 подключают ко входу исследуемого прибора. Цифровой сигнал с преобразователя 5 поступает на исследуемь1й прибор 1, сигнал с которого поступает на первый вход аналогового элемента 3 сравнения. На второй вход этого элемента приходит постоянное напряжение с образцового преобразователя 5, На выходе аналогового элемента 3 сравнения импульс появляется лишь в том случае, когда напряжение на выходе исследуемого прибора 1 меньше напряжения на выходе образцового преобразователя 5, Арифметическое устройство 8 отсчитывает установленное число преобразований и число импульсов с аналогового элемента 3 сравнения . После заданного числа преобразований результаты измерений перезаписываются в регистратор или вычислительное устройство, и преобразователь 5 переводится в новое состояние, соответствующее большему напряжению на его выходе. Производится новый цикл измерений, результаты крторого вновь фиксируются в арифметическом устройстве 8, Количество циклов и количество преобразований в каждом цикле выбирают исходя из требуемой точности измерения интегральной функции распределения случайных погрешностей исследуемого

прибора, которая строится по точкам получаемым в каждом цикле измерений Аргументом этой функции являются значения величины отклонений уровней декодирования, а собственно функцией - условная вероятность появления этих значений. Производя измерения во всэм диапазоне шкалы исследуемого прибора по результатам измерений строят интегральную функцию распределения случайных Гюгрешностей исследуемого цифро налогового преобразователя.

Использование статистического метода приводит к некоторому увеличению времени измерений. Однако при контроле быстродействующих преобразователей, для которых большое значение имеют измерения при реальном в.чОдном сигнале, это время не превысит нескольких минут, поскольку они выполняют десятки миллионов преобразований в секунду. Количество преобразований сигнала в цикле измерений выбирают либо на основе неравенства Чебышева, либо на основе центральной предельной теоремы, либо на основе неравенства Бернштейна.

Формула изобретения

Устройство для автоматического измерения статистических параметров

точности преобразователей формы информации, содержащее подключаемый к исследуемому прибору цифровой элемент сравнения, другие входы которого соединены с образцовым цифроаналоговым преобразователем, а выход подключен к арифметическому устройству, отличаю Щли и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй образцовый цифроаналоговый преобразователь, генератор импульсов

0 дискретизации, элемент запрета и два аналоговых элемента сравнения, первые входы которых соединяют с исследуемым прибором,, вторые входы связаны с выходами цифроаналоговых 5преобразователей, а выходы подключены через элемент запрета с цифровым элементом сравнения и арифметическим устройством, к которому подключены выход первого образцового циФ0роанашогового преобразователя, счетные входы цифроаналоговых преобразователей и выход генератора импульсов дискретизации, который соединяют с исследуемым прибором.

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании №1324928, кл. Н 03 К 13/32, 19.02.1972.

2.Авторское свидетельство СССР

0 W319065, кл, Н 03 К 13/02, 08.06.1970 (прототип).