Устройство для измерения нелинейности цифро-аналоговых преобразователей Советский патент 1980 года по МПК G01R31/3167 H03M1/10 

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при поверке цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).

Известно устройство для оценки параметров аналого-цифровых преобразователей и ЦАП, которое содержит генератор импульсов, генератор пилообразных напряжений, генератор гармонических колебаний, устройство объединения и осциллограф 1.

Недостаток его - невозможность измерения нелинейности ЦАП.

Известно устройство для измерения нелинейности ЦАП, содержащее генератор импульсов, двоичный счетчик, образцовый цифроаналоговый преобразователь, вычитающий элемент и осциллограф 2.

Недостатком устройства является невозможность минимизации значения погрешности линейности ДА поверяемого ЦАП ввиду отсутствия регулировки параметров статической характеристики (начального смещения и угла наклона) образцового цифроаналогового преобразователя.

Цель изобретения - ровышение точности и автоматизации измерений. 9

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее генератор импульсов, выходом соединенного через двоичный счетчик с одним из входов устройства и с входом образцового цифроаналогового преобразователя 5 и дифференциальный усилитель, один из входов которого подключен к второму входу устройства, введены блок регулировки по крутизне, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, компаратор, инвертор, нуль-орган, ключ, и два пиковых детектора, при этом выход образцового цифроаналогового преобразователя через блок регулировки по крутизне подключен к второму входу дифференциального усилителя, выходом соединенного с входом ключа и с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с корпусом устройства, а выход нуль-органа подключен к управляющему входу ключа, первый выход которого через первый пиковый детектор соединен с одним из входов компаратора, а второй

20 выход ключа через последовательно соединенные второй пиковый детектор и инвертор подключен к другому входу компаратора, выходом соединенного с блоком управления, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами схемы регулировки по крутизне, а третий выход блока управления подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом второго пикового детектора. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 - выходная характеристика поверяемого ЦАП. Устройство содержит генератор 1 импульсов, двоичный счетчик 2, образцовый 3 ЦАПо, блок 4 регулировки характеристики ЦАП о по крутизне, включающий в себя регулятор наклона, сумматор и источник опорного напряжения, дифференциальный усилитель 5, нуль-орган 6, ключ 7, пиковые детекторы 8 и 9, инвертор 10, компаратор 11, АЦП 12, блок 13 управления, поверяемый 14 ЦАП, входы 15 и 16 устройства. Работа устройства состоит в следующем. Генератор 1 заполняет счетчик 2, выходной код которого подается на образцовый 3 и поверяемый 14 преобразователи. ЦАП имеет на 1 разряд меньше ЦАПх, однако обладает в 3-4 раза лучшей линейностью. Старший разряд счетчика остается все время включенным, так что код меняется в интервале ( NMAI )- При этом обе характеристики мЪделируются только в половине диапазона поверяемого преобразователя. Выходной сигнал ЦАП,, после регулировки наклона характеристики суммируется с постоянным напряжением (током)., определяющим центр симметрии характеристики ЦАПоВеличина напряжения равна Сигналы с ЦАП 14 и блока регулировки 4 поступают на дифференциальный усилитель 5. Усиленная разность сигналов Дд Ц{ - IJper поступает через ключ на один из пиковых детекторов (ПД), где периодически (с периодом заполнения счетчика 2) определяется максимальное значение ДА; причем ПД8 запоминает Длилх 0, а ПД9 АЛИИ ОУправление ключом осуществляет нуль-орган. Инвертор преобразует отрицательный сигнал на выходе ПД9 в положительный. Компаратор И сравнивает значения + Ддмлх и 1-Али«1 Блок 13 управляет периодической регулировкой характеристики ЦАП, вращая ее до тех пор, пока компаратор 11 не зафиксирует равенство + АЛМЛХ -Алмлх После этого блок 13 управления вырабатывает команду на АЦП 12, который измеряет минимизированное значение ААМЛИ . Характеристика образцового ЦАПо, от носительно которой определяется нелинейность ЦАПх, перемещается механизмом регулировки характеристики до тех пор, пока максимальная за период заполнения счетчика разность выходных сигналов ЦАПх и ЦАПо не примет свое минимально возможное значение. При оптимизации алгоритма перемещения характеристики ЦАПо используется известное свойство характеристики поверяемых преобразователей: для ЦАП двоичного кода, вследствие действия погрещностей отдельных эталонных резисторов, реальная характеристика симметрична относительно точки N (N - входной код), расположенной на идеальной характеристике, которая представляет собой прямую линию. Поэтому прямая линия, линеаризирующая реальную характеристику наилучшим образом, пройдет через ее центр симметри. Отсюда следует, что поиск такой прямой можно осуществить, построив произвольную прямую, проходящую через центр симметрии, и вращая ее вокруг этой точ-ки, добиться минимального значения Дд 1 + Л иАке l-AwNul- Контроль нелинейности достаточно вести только на половине характеристики, что снижает требования по точности к образцовому ЦАПо в два раза ввиду сокращения диапазона поверни. Формула изобретения Устройство для измерения нелинейности цифроаналоговых преобразователей, содержащее генератор импульсов, выходом соединенного через двоичный счетчик с одним из входов устройства и с входом образцового цифроаналогового преобразователя и дифференциальный усилитель, один из входов которого подключен к второму входу устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и автоматизации измерений, в него введены блок регулировки по крутизне, блок управления, аналого-цифровой преобразователь, компаратор, инвертор, нуль-орган, ключ и два пиковых детектора, при этом выход образцового цифроаналогового преобразователя через блок регулировки по крутизне подключен к второму входу дифференциального усилителя, выходом соединенного с входом ключа и с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с корпусом устройства, а выход нуль-органа подключен к управляющему входу ключа, первый выход которого через первый пиковый детектор соединен с одним из входом компаратора, а второй выход ключа через последовательно соединенные второй пиковый детектор и инвертор подключен к другому входу компаратора, выходом соединенного с блоком управления, первый и второй выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами блока регулировки по крутизне, а третий выход блока управления подключен к управляющему входу аналогоцифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом второго пикового детектора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вопросы радиоэлектроники, серия ТИС, вып. 1, 1975, с. 74. 2.Журнал «Electronic Design, 1974, № 7, vd 22,-p. 64. A. Berg «a/D and D/a convertor testing (прототип).