SU1211879A1 - Устройство измерени характеристики преобразовани высокоточных и быстродействующих аналого-цифровых преобразователей - Google Patents

Description

112

Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники и предназначено дл  проверки и метрологи- ; ческой аттестации аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

Цель изобретени  - повьшение точности .

На фиг.1 представлена функциональна  схема предложенного устройства; на фиг.2 - временные диаграммы напр жений на выходах соответствующих блоков .

Устройство содержит генератор 1 периодического сигнала, аналоговый интегратор 2 напр жений, аналоговый сумматор 3, цифровой интегрирующий вольтметр 4, бипол рный коммутатор 5 напр жений, испытуемый АЦП 6, блок 7 сравнени  кодов, блок 8 задани  кодов , блок 9 цифроаналоговых преобразователей (ЦАП), блок 10 компараторов , блок 11 формирователей импульсов , мультиплексор 12, измеритель 13 временного интервала, регистр 14 пам ти , арифметический блок 15.

На фиг.2 обозначены: периодический испытательный сигнал 16 напр жени  с выхода генератора 1, напр жение 17 на первом выходе блока 9, напр жение 18 на втором выходе блока 9, напр жение 19 на третьем выходе блока 9, цифровые сигналы 20 - 22 соответственно на первом - третьем выходах блока 10 соответствующие уровн м напр жений 17 - 19, импульсы 23 - 25 на выходах блока 11, сформированные при переход сигналов 20 - 22 из логического состо ни  1 в О, импульсы 26 на выходе блока 11, сформированные при переходе сигнала 22 из О в 1, импульсы 27, иллюстрирующие действительные моменты опроса испытуемого Аи,П 6 (при действии импульсов 25), напр жение 28 на выходе аналогового интегратора 2, 29 - сумма напр жений 28 и 16 на выходе аналогового сумматора 4, напр жение 30, численно равное; коду на первом выходе блока 8 задани  кодов, подключенном к блоку сравнени  7 ко - дов, цифровые сигналы 31, 32 на выходах блока 7 сравнени  кодов, А - значение сигнала напр жени  16, равное значению уровн  напр жени  17, ЛТ - временной интервал между импульсами 23 и 24; с - задержка запуска АЦП 6, В - среднее значение напр жени  28, ли - абсолютна  величина разности напр жений между уровн ми 17 и 1В. Перед началом работы первун

8792

и вторую выходные шины соедин ют с соответствующими входами испытуемого АЦП, выходы которого соединены с входными шинами.

Устройство работает следующим образом.

Выходной сигнал генератора 1 (фиг.1), периодический сигнал 16 (фиг.2) произвольной формы поступают на аналоговый сумматор 3 и сигнальный вход блока компаратора 10. На первом и втором входах блока 10 с , выходов блока 9 устанавливаютс  уровни напр жений 17,18 (фиг.2), а на

2 третьем входе блока 10 предварительно также устанавливаетс  уровень напр жени  17. Напр жени  17 и 1В численно равны кодам, задаваемым с выходов (алока В задани  кодов на

Q входах блока 9 ЦАП. Регистр пам ти 14 разблокирован по стробируемому входу и код с выхода блока В непосредственно задаетс  через него на цифровой вход блока 9. Величины уров5 ней напр жений 17 и 18 задаютс  такими , чтобы ли соответствовали допустимой погрешности линейной аппроксимации сигнала 16 в точке А.

С выходов блока 10 сигналы напр жени , например 22 (фиг.2), поступают в блок 11 формирователей импульсов , где формируютс  по длительности импульсы, соответствующие их срезам (переход из состо ни  1 в О) и фронтом (переход из О в 1), например сигналы 25 и 26 (фиг.2). Импульсные сигналы поступают на входы мультиплексора 12, который в зависимости от кода на управл ющем входе коммутирует на свои выходы эти импульсы в выбранных сочетани х. Дл  простоты на фиг.2 показаны только сигналы 20 - 22 и 23 - 26, необходимые дл  последующего рассмотрени . Блок 11 формирователей импульсов может в общем случае содержать число формирователей больше четырех, например, дл  формировани  импульсов из всех фронтов и срезов сигналов 20 - 22. Это позвол ет реализовать различные наборы стробирующих импульсов на выходах блока 11, число кото- рьк также увеличиваетс .

На управл ющий вход мультиплексора. 12 с второго выхода блока 8 задани 

5 кодов устанавливаетс  код, который определ ет режим мультиплексовани  такой, что с учетом установленных на входах.блока 9 импульсы 23 и 24

0

0

5

0

(фиг. 2) переключены на перкьп и второй выходы блока 12, а на третий н четвертый его выходы переключены импульсы (см.пунктир дл  импульсов 25, фиг,2), идентичные 23, сформированные из среза сигнала (см.пунктир дл  сигнала 22, фиг.2) на третьем выходе блока 10. Импульсы с первого и второго выходов мультиплексора 12 поступают на входы измерител  13 временного интервала дТ. Поскольку величины уровней напр жений 17 и 18 заданы и известно ди, то величина крутизны сигнала 16 в точк А определ етс  как dU/dT ли/дТ. Дл  формализации определени  величины и знака крутизны принимаетс , что Т имеет условно отрицательный знак, если импульсы 23 задержаны относитепьно 24, и наоборот, если импульсы 24 задержаны относительно 23, а &и определ етс  как .алгебраическа  разность уровней напр жений 17 и 18, Аналогично величина и знак крутизны могут быть определены дл  любых значений периодического сигнала 16.

На второй вход аналогового сумматора 3 и вход цифрового вольтметра 4 с выхода интегратора 2 поступает сигнал напр жени  28 (фиг.2). Посто нна  времени интегратора 2 выбираетс  такой, чтобы, как и в прототипе , за врем  изменени  сигнала 28 в пределах между двум  р дом сто щими точками характеристики .преобразовани  (квантах) прошло 30-40 периодов сигнала с выхода генератора 1. На выходе сумматора 3 действует сумма 29 сигналов 16 и 28 (фиг.2). В моменты стробировани  АЦИ 6 и цифрового блока 7 сравнени  кодов (импульсы 25, показанные на фиг.2 пунктиром) мгновенное значение напр жени  29 на входе А1Щ 6 должно быть равно текущему значению напр жени -.28 на выходе интегратора 2.

В исходном состо нии на вход блока 7 с первого выхода блока 8 задани  кодов установлен код, численно равный уровню напр жени  17, Если выходной код преобразовател  6, полученный при стробировании,равен (при сравнении с блоком 7) коду с выхода блока 8, то сигналы (31,32, фиг.2) с выходов блока 7 переключают бипол рный коммутатор 5 напр жений так, что выходное напр же20

11Н7Ч 4

line 28 аналогового интегратсзра 2

начинает возрастать. Когда оно дос- тиглет значени , при котором выходной код испытуемого АЦП 6 превысит 5 код, установленньй на первом выходе блока 8, сигналы (31,32, фиг.2) с выходов блока 7 сравнени  кодов переключают коммутатор 5 так, что выходное напр жение интегратора начинает

Q 1еньшатьс . Указанный процесс многократно повтор етс , среднее значение В напр жени  сигнала 28, измер емое на выходе интегратора 2 цифровым вольтметром 4, сравниваетс  с

15 кодом на втором выходе блока 8 (кодом уровн  напр жени  17) задани  кодов посредством арифметического блока 15. Величина среднего значени  напр жени  на выходе интегратора 2 характеризует действительное значение напр жени  на выходе АЦП 6 по сравнению со значением уровн  напр жени  17. Отличие этих значений обусловлено тем, что ввиду вли2J  ни  задержки действительный момент стробировани  испытуемого АЦП 6 не соответствует местоположению точки А на сигнале 16 и в общем случае неизвестен, так как неизвестна С .

Дл  компенсации вли ни  задержки ь на результат измерений последовательно измен ют код на входе регистра 14, задаваемый с п того выхода блока 8. Коды на остальных выходах

блока 8 сохран ютс  неизменными. Изменение кодов сопровождаетс  изменением уровн  напр жени  на третьем выходе блока 9 ЦАП от величины уровн  напр жени  17 до величины уровн 

напр жени  19. При равенстве кода на выходе цифрового вольтметра 4 с кодом на третьем выходе блока 8 задани  кодов импульс на выходе арифметического блока 15 стробирует ре гистр 14. В результате в регистре 14 запоминаетс  значение кода, численно равное уровню напр жени  19. Таким образом, на третьем выходе блока 10 компараторов сформируютс 

50 сигналы 22 (фиг.2), а в блоке 11

формирователей импульсов будут сформированы импульсы 25 и 26. Импульсы 25 коммутируютс  мультиплексором 12 на входы стробировани  АЦП 6 и

55 блока сравнени  7 кодов и опережают по фазе импульсы 23 так, что обеспечиваетс  точна  компенсаци  задержки S и с ее учетом определ етс 

30

момент стробировани  ЛЦП 6, точно соотиетствуютций результату преобразовани  напр жени  29 в точке А, Поскольку величина и знак крутизны в точке А также точно определены, то все исходные параметры сигнала 16 в точке А (значение величина и знак крутизны) известны независимо от его формы и задержки 2 .

Дл  измерени  Т с второго выхода блока 8 задани  кодов устанавливаетс  на управл ющем входе мультиплексора 12 такой код, что с выходов мультиплексора 12 на входы измерителей 13 временного интервала поступают импульсы 23 и 25.

При измерении характеристики преобразовани  испытуемого АЦП 6, установленные на всех входах блока 9, остаютс  неизменными и численно рав- уровн м напр жений 17 - 19 На управл ющем входе мультиплексора 12 с второго выхода блока 8 устанавливаетс  такой код, что на первый и второй выходы мультиплексора 12 переключаютс  импульсы 23 и 24, интервал и Т между которыми контролируетс  измерителем 13 в процессе измерений,с третьего выхода мультиплексора 12 на вход стробировани  блок;а 7 сравнени  кодов поступают импульсы 25, а с четвертого вьпсода мультиплексора 12 на вход стробировани  А1Щ 6 поступают импульсы 25 и 26, Таким образом, обеспечиваетс  стробирование преобразовател  6 в моменты времени (импульсы 275 фиг.2) соответствующие различным значени м напр жени  сигнала 28 с выхода аналогового сумматора 3. Управление бипол рным коммутатором 5 производитс  импульсами 31,32, формируемыми только в моменты сравнений (сигналы 23, фиг.2), когда текущее значение напр жени  на выходе интегратора 2 равно мгновенному значению напр жени  на входе испытуемого АЦП 6.

Пусть на вход блока 7 сравнени  кодов с первого выхода блока 8 задани  кодов установлен код, соответствующий номеру точки характеристики преобразовани  и численно равный уровню напр жени  30 (фиг.2), Средне значение выходного напр жени  аналогового интегратора 2, измер емое в течение большого числа циклов его изменени  цифровым интегрирующим вольтметром А, соответст-т ует грани

це перехода от одного кванта к другому на измер емой характеристике преобра зовани . Отклонени  цифрового результата измерени  (среднее значение В, фиг.2) от кода (уровень напр жени  30j фиг. 2) характеризует в этом сЛу-- чае погрешность динамической характеристики преобразовани  в этой точке . Погрешность точно соответствует определенньм, в исходном состо нии устройства, величине и знаку крутизны испытательного сигнала 16 в точке А (фиго2). Вли ние задержки ь скомпенсировано , а испытуемый АЦП 6 работает в реальном режиме преобразовани  различных значений испытательного сиг-нала.

После регистрации результата измерений на первом выходе блока 8 устанавливаетс  код, соответствующий значению следующей точки измер емой характеристики преобразовани . Измерени  повтор ютс , при неизменных значени х кода на всех остальных выходах блока 8 и регистра 14, до получени  полной информации о всех точках характеристики преобразовани  испытуемого аналого-цифрового преобразовател ,

Предложенное устройство по сравнению с прототипом имеет более вы- сокую точность, поскольку обеспечивает точное соответствие результатов измерений исходный параметрам испытательного сигнала и реальным услови м работы испытуемого АЦП 6, Точность соответстви  определ етс  относительной погрешностью измерител  периодического временного интервала 13 и цифрового интегрирующего вольтметра 4 и составл ет тыс чные доли процента.

Кроме непосредственных измерений динамической характеристики преоСра- зовани , устройство позвол ет измер ть задержку запуска испытуемого АЦ,11 6 и параметры крутизны испытательного сигнала в любой выбранной точке (при любом его значении). Это позвол ет использовать в качестве испытательных периодические сигналы произвольной формь: либо использовать одиЕ{ и тот же испытательный сигнал, производ  измерени  при различных eiо значени х, величине и знаке крутизны ,, Дл  этого достаточно перед. измерением динамической характеристики преобразовани  предварительно

задавать различные значени  кодов на входах блока ЦЛП 9.

Задава  соответствующие коды упралени  мультиплексором 12, можно в процессе измерений измен ть услови  запуска испытуемого АЦП 6 путем коммутации различных импульсов с выходов блока формирователей 11 импульсов и измер ть их временное местоположение при помощи измерител  13 временных интервалов.

118798

Переключа  входы арифметического блока 15 на соответствующие выходы регистра 14, с учетом результатов измерений измерител  временного ин- 5 тервала можно выполнить необходимые арифметические операции, например, npit вычислении величины крутизны или погрешности отклонени  динамической характеристи- 10 кн преобразовани  от статической .

Фиг.1

Редактор О.Колесникова

Составитель И.Романова

Техред Т.Тулик Корректор С.11екмар

Заказ 650/60Тирада 818 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.Ужгород, уп.Проектна , 4

Фиг2

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВЫСОКОТОЧНЫХ И БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ, содержащее генератор периодического сигнала, аналоговый интегратор напряжений, цифровой интегрирующий вольтметр, аналоговый сумматор напряжений, первый вход которого соединен с выходом интегратора, а выход является первой выходной шиной, биполярный коммутатор напряжений, выход которого подключен к входу интегратора, а входы соединены с соответствующими выходами блока сравнения кодов, первый входы которого являются входными шинами, вторые входы соединены с первыми выходами блока задания кодов, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены блок цифроаналоговых преобразователей, блок компараторов, блок формирователей импульсов, мультиплексор, измеритель временного интервала, регистр памяти, арифметический блок, причем выход генератора периодического сигнала подключен к второму входу аналогового сумматора и к первому входу блока компаратора, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока цифроаналоговых преобразователей, а первый, второй и третий выходы через блок формирователей импульсов соединены с соответствующими первыми входами мультиплексора, второй вход которого объединен с первым входом арифметического блока и подключен к второму выходу блока задания кодов, первый и второй выходы соединены с соответствующими входами измерителя временного интервала, третий выход является второй выходной шиной, а четвертый выход соединен с третьим входом блока сравнения кодов, при этом третий и четвертый выходы блока задания кодов соединены с первыми и вторыми входами блока цифроаналоговых преобразователей, пятый выход соединен с первым входом регистра памяти, выход которого соединен с третьими входами блока цифроаналоговых преобразователей, второй вход подключен к выходу арифметического блока, второй вход которого соединен с выходом цифрового интегрирующего вольтметра, вход которого соединен с выходом аналогового интегратора» >

   121 1879