Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя

 

СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОСТИ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВА ТЕЛЯ, заключающийся в последовательном измерении :разности между разрядныгли весами калибруемого и оп ного цифроаналогового преобразователя с последующей обработкой результатов измерений, отлича щ.и и с я тем, что, с целью повышения точности и .быстродействия; измеряют ра:зность между сум14Ой п старших разрядных весов калибруемо го цифроаналогового преобразовател и дополнительной аналоговой мерой и разности между каждьм из п старших разрядных весов опорного ЦИФРО ангшогового прообразов тяля и суммены1 .1их разрядных иесов мого цифроаналогового претеля , при этом величины разрядных весов калибруемоаналогового преобразоватееляются по формуле , +V (. {+f 1 1+-1 ВеличиНсх 3-го разрядного иеса ( i N, .... N-(n+1); величина дополнительной аналоговой меры; результат измерения разности мехаду 1-ми разрядными весами калибруепого и опоу ного цифроаналогового преобразователя; результат измерения разности между суммой всех калибpyeNttJx разрядных весов, меньших 1-го разрядного веса калибруемого цифроаналогового преобразователя и i -тым разрядд,ным весом опорного цнфроаналогового преобразователя; общее число разря;),ов .калибруемого ЦДП; число старших калибруемых разрядных весов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

Ц5И Н 03 K 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 / л 2 л 2 где Q °â€”

N+a

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Э (21) 3460305/18-21 (22) 28.06.82 (46) 30.10. 83. Бюл. М 40 (72) В.И. Попов (53) 681.325:621.3.049.77(088,8) (56) 1. Смолов В.Б. и др. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналогоцифровые преобразователи информа,ции. Л., "Энергия", 1976, с. 191.

2. Бахтиаров 1 .11. и др. Аналогоцифровые преобразователи. И., "Советское радио", 1980, с. 242 (прототип). (54)(57) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОСТИ ЦИФРОАНАЛОГОВО1 О ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, заключающийся в последовательном измерении .разности между разрядными весами калибруемого иопорного цифроаналогового преобразователя с последующей обработкой результатов измерениЯ, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повы шения точности и .быстродействия, измеряют разность между суммой и старших разрядных весов к.-,либруемо. го цифроаналогового преобразователя и дополнительной аналоговой мерой и разности между каждым из и стар-.. ших разрядных весов опорного цифро аналогового преобразователя и сум„„SU„„1051702 А мой всех меньших разрядных весов калибруемого цифроаналогового преобразователя, при этом величины старших разрядных весов капибруемого цифроаналогового преобразователя определяются но формуле величин». го разрядного веса (1 = N, М-(и+1); величина дополнительной аналоговой меры результат измерения разности лежду i-ми разрядными весами капибруеиого и опор ного цифроаналогового нреоб- Е разователя; результат измерения разности между суимой всех калиб- Се руемых разрядных весов, меньших 1-lo разрядного веса калибруемого цифроаналогового преобразователя и 1-тым разрядным весом в опорного цифроаналогового преобразователя, общее число разрядов .калиб- Ql руемого ЦАП; число старших калибруемых разрядных весов.

1051702

20

30

40

50 а = — («. ч. -V. V. V? ) (1J

1 2 1

{ 2 {+1 { { { 1 {+1

55 величина i-ro разрядноro веса (i = Я, ..., N-(n+1);

1 — величина дополнительной анало1оной меры; результат измерения разности между i-ми разрядными весами опорного и налибруемого ЦАП; результат измерения разности между суммой всех калибруемых разрядных несов, где о.

Ощ+

Ч1

2

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено при создании прецизионных многоразрядных цифроаналоговых и аналого-цифровых преобразователей. нзвестен способ, основанный на последовательном определении разности между очередным разрядным весом и всеми меньшими разрядными весами, по результату которого уточняется величина этого разрядного веса. Причем калибровка производится, начиная с самого младшего иэ калибруемых разрядных весов f1 )..

Однако такой способ,характеризуется низкой точностью калибровки ° . Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, заключающийся н последовательном измерении разности между, всеми разрядными весами калибруемого и эталонного ЦАП, .по результатам которых уточняются величины разрядных весов калибруемого ЦАП Г2 ).

Недостатком этого способа также является низкая точность калибровки, определяемая точностью эталонного ЦА{1 и которая не может быть выше точности последнего, и низкое быстродействие °

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия калибровки ЦАП.

Поставленная цель достигается тем, что в способе, заключающемся в последовательном измерении разности между разрядными весами калибруемого и опорного ЦАП с последующей обработкой результатов измерений, измеряют разность между суммой и старших разрядных весов калибруемого ЦйП и дополнительной аналоговой мерой и разности между каждым из п старших разрядных весов опорного ЦАП и суммой всех меньших разрядных весов калибруемого ЦАП при этом величины старших разрядных весов калибруемого

ЦАП, определяются по формуле меньших -го разрядного веса калибруемого цифроаналогового,преобразовате-. ля и тым разрядным несом опорного цифроаналогового преобразователя число разрядон калибруемого ЦАП;

> n — число старших калибруемых разрядных весов ЦАП, Для пояснения формулы (1) рас- смотрим дна равенства

«„„-1 =v.

g К 1+1 {+1 >, V° . -V" . I+1 +1 {+1

i-1 о - Е- = ч.+p.; ч.=ч .-ч .

К g K i i {= { j I где 3{,Р{ 1 погрешности определения величины Ъ; и Ч{+1 соответственно.

Вычитая из первого равенстна второе получим соотношение

+Ф{ 1-Р{ откуда следует справедливость формулы (1) . Нетрудно доказать, что ошибка -ю определения. &го разрядного веса равна

К2М где p. = may ({ь <1.

Последнее выражение показывает, что ошибка вычисления величин разрядных весов не. накапливается.

На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит дифференциальный аналого-цифровой преобразователь(AIQI) 1, калибруемый и опорный цифроаналоговые преобразователи 2 и 3 (ЦАП), аналоговый сумматор 4, дополнительную аналоговую меру 5, аналоговый ключ 6 и вычислительный блок 7.

Ключ 6 обеспечивает подачу на второй вход АЦП 1 дополнительной аналоговой меры 5 или базового потенциала устройства. Аналоговый сумматор 4 обеспечивает подачу на первый вход ЦАП 1 разности аналоговых сигналов калибруемого 2 и опорного Э цифроаналоговых преобразователей. Результаты измерений поступают в вычислительнйй блок .7, обеспечивающий вычисление величин разрядных весов калибруемого ЦАП 2.

Процесс калибровки осуществляется следующим образом.

Калибруются и старших разрядных весов цифроаналогового преобразователя 2, причем самый младший из калибруемых разрядных весов удвоен.

Процедура калибровки применима к любыч двоичным ЦАП (т.е. таким, у которых следующий разрядный вес

1051702 больше предыдущего в дна раза) и для которых выполняется с требуемой точностью принцип суперпозиции для разрядных весов ° Так как выходной сигнал ЦАП может быть разной природы (ток, напряжение), то. з-.ый разрядный вес обозначается через а . Опорный ЦАП 3 гене1 рирует дополнительные аналоговые сигналы b для уменьшения разности между подаваемыми на входы АЦП сигналами.

Калибровка начинается с измерения разности Ч между дополни1 тельной аналоговой мерой 5a(+ и суммой и старших разрядных весон калибруемого ЦАП 2, из результата которого вычитается результат из мерения дрейфа нуля Ч

Н

1 2 а„„„-+ ц. =V - /

1=И-п

Затем последовательно, начиная с самого старшего, определяют величины всех калибруемых разрядных весов. Первым калибруют самый старший разрядный нес а,„. Для его определения необходимо измерить разность Ч„ между ним и суммой всех меньших калибруемых разрядных веN-1 сов и„. Так как сделать это

К= N-n непосредственно не представляется возможным, то разность определяется по результатам двух измерений, производимым следующим образом.

На калибруемый ЦАП 2 подают код, по которому включается только старший разрядный вес: выходной сигнал калибруемого ЦАП 2 при этом будет равен а . В опорном ЦАПе включается также N-ный разрядный вес

b„ приблизительно равный а . Сигналы а > и Ь1,, вычитаются в аналоговом сумматоре 4 и подаются на первый вход Algl 1, на второй вход которого в это время подается базовый потенциал устройстна ° АЦП 1 измеряет эту разность и полученный результат Ч а -Ь ч запоминается.

Затем в калибруемом ЦАП 2 выключается старший разрядный вес и включаются все меньшие калибруемые веса: выходной сигнал калибруемого ЦАП 2 будет теперь равен сумме K 1

Кс И-п

АЦП 1 измеряет разность между укаэанной суммой и выходным сигналом

Ь, опорного ЦАП 3 и полученный реМ. .эультат Ч „ а,„- b „вместе

K-¹ re с тремя предыдущими позволяет вычислить истинное значение величины а4

Я 4- 2 Я 4+,1+Ч -Ч„ +„+Ч 4,„, ЧУ=ЧУ-ЧУ

30 ния этой разности вместе с предыдущим результатом V N измерения и результатом VN, полученным н предыдущем цикле калибровки позволяет

35 вычислить величину очередного разрядного веса а „ по формуле k- =2 ("N N-4 ht) Чй-1="Я- -Ч№1

Далее определяют величину сле40 дующего, (N-2)-го разрядного веса затем величину а и т.д.

Причем величина з-го разрядного веса определяется после вычисления величины предыдущего (ii-1)-rî разрядного веса и по результатам двух измерений, результату Ч ". = о.: - Ь ° .

1 . 1 1 измерения разности между i-ми разрядными весами калибруемого и опор-! i-4

2 ного ЦАП и результату U1 =C +K i

K=k-n измерения разности между суммой всех меньших калибруемых разрядных весов калибруемого ЦАП 2 и i-тьм разрядным несом опорного ЦАП 3.

55 Величину i-го разрядного веса а.

1 определяют по формуле

Иэ приведенных выражений следует, что введение дополнительного аналогового сигнала Ь- Q.. позно1 ляет увеличить точность определе1- / ния разности, Ч KN К

65 так как при этом АЦИ 1 измеряет

Нетрудно замет ить, что неточ ность дополнительного аналогового сигнала bN не оказынает влияния на результат вычисления величины Ч а, следовательно, и a„1 .

Величина V coxраняется для сле- . дующего цикла калибровки, в котором определяют величину следующего (N-1) -го разрядного веса с 1 ° Для этого нужно определить разность

V между определяемым Разрядным

N-2 весом а< < и суммой - а всех

:К=¹ К меньших разрядных весов. Йаходят ее по результатам двух измеренйй.

В калибруемом и опорном ЦАП 2 и 3 включают (N-1)-ые разрядные веса а 1 и Ь соответственно. Результат измерения разности между ни1 ми Ч < = à < < — .b> „запоминается ..

Затем н калибруемом ЦАП 2 выключают (N- 1) -ый разрядный нес и включают нсе меньшие калибруемые разрядные веса. Измеряется разность между й-2 суммой указанных весов и

С1

K=N-n

> сигналом Ь < опорного ЦАП. Резульй-2 тат Ч = а -Ь„ измерен- „„ „к й-

1051702

Составитель С. Морозов

Техред С.Мигунова Корректор Г. Решетник

Редактор О. Сопко

Заказ 8686/56 Тираж 936 . Подписное

I цНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35 Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгброд, ул ° Проектная, 4 разности между близкими по величине сигналами, а неточность Ь не оказывает влияния на результат вычисления Ч и, следовательно, величины cl;

Процесс последовательного определения величин разрядных весов продолжает до получения последнего, самого младшего иэ калибруемых, разрядного веса a.

Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: обеспечивает более высокую точность калибровки

ЦАП, так как происходит уменьшение влияния погрешностей измерений, производимых в предшествующих циклах калибровки (ввиду наличия коэффициента 1/2), а также обладает большим быстродействием, так как производится определение величия лишь стар» ших разрядных весов.