Устройство контроля параметров быстродействующих аналого-цифровых преобразователей Советский патент 1980 года по МПК H03K13/32 

(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ

БЫСТРОДЕЙСТВУадИХ АНАЛОГО-ЦИФРОШ Х ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Изобретение относится к импульсной технике. Известен измеритель динамических параметров аналого-цифровых преобразователей (АЦП), содержащий гене ратор периодического напряжения, схе му обработки цифровых сигналов, АЦП, делитель частоты, амплитудно-фазовый регулятор и элементы И р}. Недостатком данного устройства является недостаточное быстродействи и точность. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому явл:яется устройство, содержащее генератор гар монического калиброванного сигнала, выход которого подключен ко входу контролируемого АЦП, генератор кгшиб рованных сигналов дискретизации, кло запуска и индикатор 2j. Недостатком данного устройства яв ляется низкая точность измерения динамической погрешности. Цель изобретения - повьпиение точности контроля при граничных частотах спектра входного сигнала. Крсяле того, устройство позволяет измерять тсрставлякяцие динамической погрешности, АЦП, такие как апертурная погреш ность и погрешность недозаряда. Поставленная цель достигается тем, 4to в устройство контроля параметров быстродействующих АЦП, содержащее генератор гармонического калиброванного сигнала, выход которого соединен со входом контролируемого АЦП, генер тор ка1либрованных сигналов дискрв зации, ключ запуска и индикаторял, введены три элемента И, два RS-триггер, счетчик с дешифратором, регистры памяти и цифровой KOfciapaTop с згшатчкком кода, выхода которого соединены с первыми входами цифрового компаратора, BTOpiae аход которого соединены поразрядно с выходами АЦП и входами регистров памяти, выходы которых со единены со входами индикаторов, первые входы всех элементов И соединены с выходом генератора калиброванных сигналов дискретизации, вторые входы .первого и второго элементов И соединены с выходом первого RS-триггера :и выходом цифрового компаратора,второй вход третьего элемента И подключен к выходу второго RS-триггера первым входом дешифратора, входа которого соединены с выходами счетчика и С-входОм регистра памяти, причем jS-вход первого RS-триггера, R-вход второго RS-триггера счетчяка соединены с ключом запуска, С-вход счетчика подключен квыходу третьего элемента И, S-вход второго RS-триггера подключен к выходу второго элеМента И, выход первого элемента И Соединен со. входом дискретизации АЦП а С-входы второго и третьего регистров памяти подключены к выходам дешифратора. - . ,

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 и 3 - времен- 10 ныб диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит генератор 1. гармонического калиброванного сигнала, генератор 2 калиброванных сиг ал6вдискретизации, ключ 3 запуска, 15 цифровой компаратор 4, задатчик 5 кода, элементы И 6, 7, 8, RS-триггеры 9, 10, счетчик 11, дешифратор 12, регистры 13, 14, 15 памяти, индикаторы 16, 17, 18, контролируеьйлй АЦП 19 чл

Сущность работы устройства заключаётся в подаче на вход АЦП измерительного сигнала, регистрации и последующей обработке трех последовательных кодов nj 1 э выходе АЦП после совпадения заданного конт- 5 рольного кода п с кодом п на выходе АЦП (фиг. 2).Если частота следования импульсов дискретизации л н аналитическое описание для изме тельfiprp сигнала известны, то задав конт- 30 рольный код , равный коду п и имеющему место при некотором t-ом импульсе дискретизации, можно определить гипотетическое зиачеиив расчетного кода на выходе АЦП Ci 35 соответственно для 1+1, 1+2 и 1+3 импульсов дискретизации. Сравнение кода п|,, зарегистриройанного при эксперименте с гипо тетически рассчитанным кодом г1, позволяет количест- .j. венно, с точностьюШ|, где h - величина liiara квантования, оценить дШамическую погрешность АЦП dk для 6пределенного уровня квантргЪния. Использование зарегистрированных- кодцв Рассмотрено ниже. | 45

Для получения численного значения величины динамической погр1вшности необходимо перейти от кодов lif и п к соответствуннцим амплитудам входного сигнала. Абсолютное значение из- 50 меренной погрешности rfk (п опреяелится по формуле:

«1. (пГ., } - 1 Ant - Ant,| -() где Ar - величина измерительного

сигнала, вычисленная для jS зарегистрированного экспериментального значения расчетного кода п,, соотеетг ствукицего (1 + 1}-му импульсу дискретизации;

Ап, - величина измерительного сиг-бО

И1 нала, вычисле гная для теоретического значения расчетного кода ntrtf соответствующего (l+1)-Mfffift 3ibсу дискретизации;65

(гу) - статическая погрешность

АЦП, измеренная для уровня квантования, соответствующего теоретическому значению расчетного кода п.

При использовании гармонического измерительного сигнала, описываемого выражением X (t) Аs I п ( t +S) его нелинейность может привести к неоднозначности измерения расчетного кода, т.е. к снижению точности работы устройства. Величина неоднозначности изменяется в/зависимости от разрядности АЦП и соотношения частот измерительного сигнала и сигнала дискретизаций. Для устранения неоднозначности отсчетов и обеспечения заданной точности необходимо потребовать, чтобы частота дискретизации а при эксперименте определялась соотношением

9 ,х, где Hgiit - частота измерительного сигнала;

6х дополнительная составляющая, выбираемая из соотношения

А г /2 -1о;

N - разрядность проверяемого АЦП.

Для повышения достоверности резуль татов измерения путем устранения влияния случайных высокочастотных составляющих на измерительный сигнал предлагается регистрировать коды на выходе АЦП. При соотношении частот Ч и е, выбранном в соответствии с вышеуказанньм выражением, и отсутствии методической погрешности эксперимента, обусловленной случайными факторами, коды п и п а также , п; должны быть соответственио равны между собой.

Для определения апертурной погрешности эадавае1иШ1й контрольный код должен соответствовать уровнюквантования, при котором крутизна измерительного сигнала максимальна, а величина иэ 4eнeния измерительного сигнала между 1 и {1 + 1 ) импульсами дискретизации минимальна. Для определения погрешности недозаряда задаваемый контрольньй код должен соответствовать максимуму (минимуму) динамического диапазона проверяемого преобразователя и минимальной крутизне измерительного сигнала.

Устройство работает следующим об-. раэся«{.

Задатчиком кода 5 выставляется заданный контрольный код п (фиг.2). На генераторе 1 выставляются требуеbCiiei частота и пиковое значение сигнала, с6ответствую1цее граничной частоте рабочего спектра входного сигна}р АЦП и половине его динамического диапазона. На генераторе 2 выставляется частота Р, определяемая из соотношения, приведенного выше. При нажатии ключа1 3 происходит установка триггера 9 в единичное состояние,. триггера 10 в нулевое, и обнуление Ьчетчика 11. Импульсы от генератора начинают поступать через элемент. И б на вход дискретизации АЦП19. При наличии импульсов дискретизации АЦП 19 начинает обработку измерительного сигнала. Код на выходе АЦП 19 поступает на вход компаратора 4 и на входы регист ров 13, 14, 15. Однако запись кода в регистры в виду отсутствия импульсов синхронизации не происходит.Пуст в момент времени t (фиг.З) на входе АЦП появляется измерительный сигнал, величина которого равна (с точностью ) заданному контрольному коду п. Через время Т, определявмое в зависимости от типа исследуеммого АЦП, код, равный контрольному, появляется на выходе АЦП 19. При совпадении кода на выходе АЦП и на выходе задатчика кода 5 на выходе компаратора 4 появился сигнал, разрешающий прохождение импульса .через элемент И 7 на 5-вход триггера 1 обеспечивая его установку в единично состояние. Сигнал с выхода триггера 10, поступая на вход элемента И 8, разрешает прохождение импульсов диск ретизации на счетный вход счетчика 1 Двоичные коды на выходе счетчика 11 преобразуются дешифратором 12 в посл .довательность импульсоз, стробирующую регистры 13, 14, 15. Запись информации в регистр осуществляется при изменении сигнала на выходе дешифратора с логического О на 1. Таким образом, в регистрах оказываются зафиксированными коды, соответствующие (i+1), (i+2) и (i+3) импульсам дискретизации. Индикаторы 16, 17, 18 обеспечивают виэуальный вывод зарегистрированных кодов. Значения динамической погрешности и ее составляющих могут быть получены при обработке зафиксированных результатов в соответствии с алгоритмом, приведенным вькае. Если не выполняется условие равенства п П;, iw it, указывающее на методическую погрешность эксперимента, эксперимент необходимо повто1 ить. Таким образом, устройство позволяет с высокой точностью оценить сра нительно простыми средствами значение суммарной динамической погрешнос ти и ее составляющих при преобразова нии АЦП сигнала, имеющего частоту рабочего спектра входного сигнала ис следуемого АЦП, а также при частоте следования импульсов дискретизации, равной или меньше, чем максимальная частота дискретизации исследуемого АЦП. Кроме того, измерение погрешности недоэаряда и апертурной погрешности дает возможность при исследований АЦП оптимизировать параметры импуль ita дискретизации и накопительного онденсатора. Устройство позволит исключить субъективный фактор, вызванный утом- ляемостью оператора и неоднозначностью отсчетов одного и того же значения различными операторами, вьтолнять дистанционное автоматическое задание контрольных кодов и дистанционный съем зарегистрй| ованной величины динамической погрешности и ее составляющих, что в свою очередь, позволит создать автоматизированную систему измерения динамической погрешности АЦП, которая по характеристикам для отдельных точек шкалы будет определять, характеристики погрешности для шкалы АЦП в целом, например, плотность распределения вероятности динамической погрешности. Формула изобретения Устройство контроля параметров быстродействукядих аналого-цифровых преобразователей, содержащее генератор гармонического калиброванного сигнала, выход которого подключен ко входу контролируемого аналого-цифрового преобразователя, генератор калиброванных сигнашов дискретизации, ключ запуска и индикаторы, отличающееся тем, что, с целью повьвиения точности контроля, в него введены три элемента И, два RS-триггера, счетчик с дешифратором, три регистра памяти и цифровой компаратор с задатчиком кода, выходы которого соединены с первьини входами цифрового компаратора, вторые входы которого соединены поразрядно с выходами аналого-цифрового преобразователя и входами регистров памяти, выходы которых соединены со входами индикаторов, первые входы всех элементов И соединены с выходом генератора калиброванных сигналов дискретизации, вторые входы первого и второго элементов И соединены соответственно с выходом первого RS-триггера и выходом цифрового компаратора, второй вход третьего элемента И подключен к выходу второго RS-триггера, а его третий вход с R-входом первого RS-триггвра, первым выходом дешифратора, входы которого соединены с выходами счетчика, и С-входом регистра памяти, причем S-вход первого RSтриггера, R-вход второго RS-триггера и R-вход счетчика соединены с ключом запуска, С-вход счетчика подключен к выходу третьего элемента, Sвход второго RS-триггера подключен к выходу второго элемента И, выход первого элемента И соединен со входом дискретизации аналого-цифрового . рреобразователя, а С-входы второго .,

Vi третьего регистров-памяти подключены к выходам дешифратора.

. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 472454, кл. Н 03 К 13/17, 25,05,71.

2.Автометрия, 1976, № 5, с. 83.