Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования Советский патент 1982 года по МПК H03K13/02 

54

СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для метрологического обеспечения прецизионных цифровых информационно-измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов/ использующих способы преобразования аналоговых сигналов в цифровой код которые предусматривают исключение влияния на результат изЬ ерения погрешности нелинейности и погрешностей, связанных с изменением параметров градуировочной характеристики измерительного устройства.

Известен способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразователя, в котором градуировочная характеристика измерительного устройства аппроксимируется кусочно-линейной функцией, а весь цикл измерения состоит из четырех циклов, в первом из которых производят измерение исследуемой величины, а в трех других - соответственно измерение исследуемой величины вместе с образцовой мерой исследуемой величины, умноженной на коэффициент передачи масштабного преобразователя, и суммы исследуемой величины с образцовой мерой, умноженной на коэффициент, передачи масштабного преобразователя С 13Недостатком этого способа является значительное количество дополнительных преобразований для получения конечного результата измерения исследуемой величины, что существенно препятствует внедрению его в быстродействующих информационно-измерительных системах.

10

Известен также способ коррекции погрешностей аналого-цифрового пре образования С2 , включающий аналогоцифровое преобразование исходного аналогового сигнала, цифро-аналого15вое преобразование его результата, далее аналого-цифровое преобразование последней величины и вычисление первого приближения по формуле

20

(n-,

где Vjj - результаг аналого-цифрового I преобразования исходного

ансшогового сигнала

25

nvo - аналого-цифровое преобразование результата цифро-аналогового преобразования Уо t затем цифро-аналоговое преобразование результата, вычисленного по пре30дыдущей формуле, далее аналого-цифровое преобразование его и вычисление отношения lVo) где f ( У) - аналого-цифровое преобразование результата цифро-аналогового разования величины Y-j и,наконец, повторное аналого-цифровое преобразование исходного аналого вого сигнала и-вычисление скорректированного результата ), Недостатком данного способа, как и предыдущего, является его сложмост вследствие большого количества преоб разований для получения конечного результата измерения, что существенно ограничивает его применение в быстродействующих измерительных системах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ коррек ции погрешностей аналого-цифрового преобразования, включающий аналогоцифровое (-прямое) преобразование исходного сигнала, цифро-аналоговое (обратное) преобразование результата прямого преобразования исходного сиг нала, последующее прямое преобразование последней величины, сравнение ее с результатом прямого преобразования исходного сигнала, корректироку результата повторного преобразова ния исходного сигнала по результату сравнения и т.д. до получения результата измерения исходного сигнала с требуемой точностью 3. Недостатком известного способа является низкое быстродействие вслед ствие большого числа дополнительных тактов преобразования (как правило, 3-t5) до получения результата с приемлемой точностью. Цель изобретения - повышение быст родействия. Указанная цель достигается тем, что в способе коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, включающем аналого-цифровое (прямое преобразование и.сходного сигнала, осуществляют цифро-аналоговое (обрат ное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сиг дала результата прямого преобразова ния исходного сигнала, полученный с нал подвергают прямому преобразован осуществляют также обратное преобра зование сигнала ,.увеличенного на вел чину образцового сигнгша результата прямого преобразования исходного си нгша полученный сигнсш также подвер гают прямому преобразованию,вычисляю скорректированный результат првобразованияисходного сихнала по формуле VVj-Yj где К - величина образцового сигнала; Y-i - результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнала; 2 - результат аналого-цифрового преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (Y.-K); Yj - результат аналого-цифрового преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (). Сущность способа заключается в ледующем. Весь процесс коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования состоит из трех тактов. В первом такте производят аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала X. Результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнала X при условии кусочно-линейной аппроксимации любой градуировочной характеристики основной цепи преобразивания с заданной точностью представляется в виде зависимости. (1) где а - соответствует мультипликативной составляющей погрешности, определяемой изменением наклона градуировочной характеристики и зависимостью результата преобразования от X в силу нелинейности градуировочной характеристики; Ь - соответствует аддитивной составляющей погрешности, определяемой сдвигом градуировочной характеристики . Во втором такте производят аналого-цифровое преобразование ангшогового сигнала полученного после цифро-аналогового преобразования разности Y и образцового сигнала К. Полагая, что погрешности цифро-аналогового преобразования малы и что цифро-ансшоговое преобразование реализирует обратную функцию , можно считать во втором такте аналоговый сигнал , а рез ультат дальнейшего аналого-цифрового преобразования выражается следующей зависи- . .aX.b. (2) Б третьем такте производят аналогоцифровое преобразование аналогового сигнала Xj, образующегося в результате цифро-аналогового преобразоваления (). Результат Yjаналогового преобразования в третьем такте по ангшогии со вторым тактом равен Y,c.x, ъ (э;

Из уравнений (1), (2), (3) определяется выражение для вычисления i скорректированного результата исход-, него аналогового сигнала

-V

2К

fl

к.

,

Хз-Va

Из этого выражения следует, что конечный результат аналого-цифрового преобразования не зависит от величины нелинейности градуировочной характеристики основной цепи преобразования и от коэффициентов а и Ь, а следовательно, от погрешностей, связанных с изменением параметров градуировочной характеристики.

На чертеже приведена структурная схема измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), иллюстрирующая предлагаемый способ.

В состав ИВК входят управляющий вычислительный комплекс (УВК) 1, магистраль типа общая шина 2, Фочнйй цифро-аналоговый преобразователь 3, источник 4 измеряемого сигнала, входной коммутатор 5 аналоговых сигналов, групповой номирующий преобразователь 6 с нелинейной функцией преобразования, коммутатор 7 анешоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь 8. Управление измерительными преобразователями 3, 6, 7 и 8 осуществляется от УВК 1 по магистрали общая шина 2. Обмен цифровой измерительной информацией между УВК 1 и измерительными преобразователями 3 и 8 также осуществляется через магистраль общая шина 2.

Работа ИВК при реализации предлагаемого способа коррекции погрешностей преобразования аналоговых сигналов в цифровой код заключается в следующем .

В первом такте измерений исходная аналоговая величина X от источника 4 измеряемой величины подключается с помощью входного коммутатора 5 аналоговых сигналов ко входу основной измерительной цепи и производится цифровое измерение исходной аналоговой величины X. Код полученного результата из аналого-цифрового преобразователя 8 передается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) УВК 1. После этого процессор УВК 1 производит вычитание из кода Y -тэбразцовой величины К и код разности подается на вход точного цифроаналогового преобразователя 3, на выходе которого формируется аналоговый сигнал Х,. Во втором такте измерения аналоговый сигнал Х с помощью коммутатора 5 аналоговых сигналов подключается ко входу основной . измерительной цепи и производится его цифровое измерение. Код полученного

результата У из аналого-цифрового преобразователя 8 передается в ОЗУ УВК 1. Далее, процессор УВК 1 производит сложение кодов Y и К, хранящихся в ОЗУ, и передает код суммы () на вход точного цифро-аналогового преобразователя 3, на выходе которого формируется аналоговый сигнал .

В третьем такте измерений аналогового сигнала X-j с помощью входного коммутатора 5 подается на вход основной измерительной цепи и производится его цифровое измерение. Код полученного результата Yj из аналого5 цифрового преобразователя 8 передается в ОЗУ УВК 1. По окончании третьего такта измерений в процессоре УВК 1 вычисляется конечный результат измерения, свободный от аддитивной и Q мультипликативной составляющих погрешностей и ошибок нелинейности. Погрешность цифро-аналогового преобразователя 3 и погрешность входного коммутатора 5 аналоговых сигналов 5 включается в остаточную погрешность результата измерения по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет значительно уменьшить время, необходимое для по0лучения конечного результата измере- . ния,свободного от больших погрешностей основной измерительной цепи, состоящей из одного или нескольких измерительных преобразователей. Повышение

5 быстродействия измерительного устройства достигаиот по предлагаемому спосс бу уменьшением до двух и фиксированием числа дополнительных тактов измерения и, соответственно, фиксирова нием числа обращений к вспомогательному устройству, т.е. обратному преобразованию (ЦАП). Выигрыш в быстродействии по сравнению с известными

способами тем больше, чем больше 5 погрешность основной измерительной цепи, которую исключают по предлагаемому способу в ходе преобразования исходного аналогового сигнала

50

Формула изобретения

Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования,

включающий аналого-цифровое (прямое) преобразование исходного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, осуществляют ,цифро-аналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сигнала прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал подвергают прямому преобразованию, осущаствляют также обратное преобразованне сигнала, увеличенного на величину образцового сигнала результата прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал также под SeiSrarox прямому преобразованию, вычисляют скорректированный результат преобраэования исходного сигнала по формуле

y-Y /-M + ,K

где К - величина образцового сигнала; .

Y - результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнсШа;

/

2 результат аналого-цифровогс преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (); Y, - результат аналого-цифрового преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (). Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 331321, кл. G 01 R 19/00, 1969.

Хпрототип).