Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей

 

Изобретение относится к конт рольно-измерительной технике и может использоваться для выходного и технологического контроля при разработке и производстве аналого-цифровых преобразователей. В устройстве, с целью повьшения точности, выводы контролируемого преобразователя 19 объеФиг

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (50 4 Н 03 M 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н A BTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3823520/24-24 (22) 17. 12. 84 (46) 23.07.86 ° Бюл. ¹- 27 (72) С.Б.Кутыркин, В.Л.Полковов, А.А.Скорляков и M.Ê.Cìèðíoâ (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 752791, кл. Н 03 К 13/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР № 683015, кл. Н 03 К 13/О2, 1977. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИИ

РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИ

АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к конт рольно-измерительной технике и может использоваться для выходного и технологического контроля при разработке и производстве аналого-цифровых преобразователей. В устройстве, с целью повышения точности, выводы конт- ролируемого преобразователя 19 объе1246370 дивены с шинами 16, 17 и 18 устройства, после чего с выхода исгочника 1 калиброванных напряжений на вход преобразова- теля 19 подается напряжение

= q „х (a + 05) . На первом такте управляемый генератор 7 переходит в рабочий режим, а на выходе блока 15 управления появляется уровень логической единицы, блокирующий рабэту распределителя 5 импульсов и счетчик 8 и управляющий делителем 14 таким образом, что выход преобразователя 3 код-напряжение подключается к второму входу аналогового сумматора 2 через меньший коэффициент деления. После. первого запуска аналого-цифрового преобразователя 19 и сравнения его выходного кода h с опорным кодом а в блоке

4 сравнения кодов блок 15 управления фиксирует первое из появившихся подтверждений соотношения кодов, если

h < а, то сигнал поступает на суммиИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в экспериментальных исследованиях на этапах HNP ОКР, а также в .ходе технологического и выходного контроля при разработке и производстве аналого-цифровых преоб.разователей (АЦП) и цифровых вольтметров (ЦВ).

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 — схема реализации блока управления.

Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей содержит источник 1 калиброванных напряжений (ИКН), аналоговый сумматор 2, преобразователь 3 код-напряжение (ПКН), блок 4 сравнения кодов (БСК), распределитель 5 импульсов, блок 6 памяти (БП), управляемый генератор 7, счетчик 8, пересчетный . блок 9, реверсивный счетчик 10, первый 1 1 и второй 12 сумматоры, регистр рующий, а при \», а — на «ычнтающие входы реверсивного счетчика 10. Появ-, ление подтверждения сигнализирует, что первый этап закончился. Одновременно импульс с второго выхода блока

15 разрешает перепись кода в регистр

13, а по заднему фронту сбрасывает счетчик 10 в исходное состояние. На втором этапе код поправки, запомнен- ный в регистре 13, подается через второй сумматор 12 на вход источника

1 калиброванных напряжений и, еспи разрешающая способность цепи обратной связи на первом этапе выше, чем у источника 1, то младшие разряды кода поправки с вторых выходов регистра 13 подаются на первый сумматор 11. Счетчик 8 формирует код,управляющий заполнением блока 6 памяти, в ячейках которого формируется оценка функции распределения.. 1 э, и. ф-лы, 2 ил.

13, управляемый делитель 14„ блок 15 управления, выходные шины 16 и 17 и входную шину 18. Контролируемый аналого-цифровой преобразователь обозначен позицией 19.

Блок 15 управления содержит третий 20, второй 21 и первый 22 RSтриггеры, первый 23 и второй 24 элементы И, элемент 25 ИПИ, элемент 26 задержки.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы соответству15 ющие выводы преобразователя 19 объединяются с шинами 16-18 устройства, с выхода источника 1 на вход

АЦП 19 подается напряжение U, = q „ х х (-». + 0,5), соответствующее номи20 нальному значению перехода между а = м и (а + 1) = м квантами (q номинальный размер кванта ПЦА 19).

В исходном состоянии регистр 13, счетчики 8 и 10 и блоки 6 и 9 сбро25 шены в нулевое состояние по цепям сбрс са (не показаны). На выходах блока 15 управления установлены

1 "4F) 170 квантования.

После первого запуска АЦП 19 и сравнения его выходного кода h c опорным кодом а в блоке 4 блок 15 фиксирует первое из появившихся подтверждений соотношения кодов h и а

h c< а или h ) а. Процесс формирова ния оценки смещения уровней кванто—

35 вания и его компенсации на входе преобразователя 19 в известном и предлагаемом устройствах происходит одинаково, т.е., после каждого опроса

АЦП 19 импульсы подтверждения соотношения h с а поступают на суммирующий, а при h) а — вычитающий вход реверсивного счетчика 10. Выходной. код последнего преобразуется ПКН 3 в изменяющееся напряжение, подаваемое совместно с U на вход преобразовао геля 19 ..

ЗО

Появление подтверждения соотношения кодов h и а, отличного от первоначального, сигнализирует, что пер->о вый этап закончился и измеритель вышел в район рабочей точки, т.е. на выходе цепи обратной связи, образованной блоками 4, 10. 11, 3 и 14, сформирована грубая оценка смещения 55 уровня квантования. При этом на первом выходе блока 15 появляется уровень логической единицы, разрешающий уровни логического нуля, импу и сы с выхода генератора 7 «е поступают.

Работа предлагаемого устройства осуществляется в двл этлпл. Б тече— ние первого этапа осушествляется отработка смещения уровней квлнтовлния — выход на рабочую точку. В течение второго этапа измеряется искомая функция . Первый этап начинается появлением сигнала Пускв на соответ- 10 ствующей шине. При этом генератор 7 переходит в рабочий режим генерации импульсов, а на первом выходе блока

15 управления появляется уровень логической единицы, блокирующей ра— . боту распределителя 5 и счетчика 8 и управляющей делителем 14 таким образом, что выход ПКН 3 подключает- ся к второму входу аналогового сумматора 2 через меньший коэффициент деления. Таким образом, на первом этапе не работает часть схемы, обеспе.чивающая измерение функции распределения, а преобразователь 3 работает на грубом пределе, при котором диапазон обратной связи перекрывает возможные значения смещения уровней рлботу рлспрс де. ителя 5 и с етчпкл 8 и переключающей делитель 14 нл боль— ший каэффиппент деления . Одповpt ненно импульс с в гора га выхода бло к л 1 5 управления по переднему франту рлз— решает г. ренись кода, сфармправлвнаго в течение первого этапа нл выходе реверсивного счетчика 10, в регистр

13, а по заднему франту сбрлсывлет счетчик 10 в исходное состояппе, После этого начинается вторсй этап измерение функции распределения. Код поправки, запомненный регистрам 13, подается на второй сумматор 12 нл вход источника 1 и, если разрешающая способность указанной ранее цепи обратной связи на первом этапе выше, чем у источника 1, то младшие разряды кода поправки с вторых выходов регистра 13 подаются на сумматор l1.

Поправка, отработанная на первом этапе, позволяет значительно уменьшить на второй этапе рабочий диапазон измерителя и, следовательно, повысить разрешающую способность и точность оценки функции распределения и смещения. Код поправки падается в течение второго этапа не в младшие разряды счетчика 10, так как при этом цепь обратной связи работает на младшем пределе. В остальном работа устройст— ва на втором этапе аналогична работе. известного устройства — счетчик 8 формирует коц, управляющий заполнением блока 6 памяти, в ячейках которого формируется оценка функции распределения. Одновременно код с выхода счетчика преобразуется ПКН 3 в сканирующее вспомогательное воздействие, равномерно распределенное в пределах, не намного превышающих размах контролируемой случайной погрешности.

Цепь обратной связи, образованная блоками 10, 11, 3 и 14 позволяет на втором этапе уточнить значение отрабатываемого смещения и компенсировать нестабильность уровней квантования в процессе измерения функции распределения.

При реализации блока 15 управления согласно фиг. 2 по сигналу "Пуск" триггеры сбрасываются в нулевое состояние. После первого опроса АЦП 19 импульс подтверждения h ) а или h a переводит соответственно триггеры 20 или 21 в единичное состояние, триггеры 20 и 21 управляют прохождением повреждений, отличных от первоначлш-Разделение времени отработки сме- 40 щения и времени измерения функции, распределения позволяет избежать искажения оценки последней в процессе формирования напряжения, компенсирующего смещение. Сужение рабочего диа-15 пазона (a следовательно, повышение разрешающей способности) при измере— нии функции распределения достигается за счет выхода измерителя в рабочую точку, осуществляемого на пер- 50 вом этапе.

Формула иэ об ре те ния

1.Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей, содержащее источник калиброванного

5 12463

° но заполненных (т. е. h а „= h ) rr), на S — вход триггера 22, Последний, управляет режимом работы измерителя: выход в рабочую точку при нулевом состоянии и измерение искомой функции при единичном состоянии. Элемент

26 задержки определяет длительность импульса, формируемого на выходе.элемента ИЛИ 25. Необходимо отпичать смещение, обрабатываемое на первом 10 и уточняемоена втором этапе,и нестабильность, компенсируемую на втором этапе. Смещение, величина которого может значительно превышать размах искомой случайной погрешности, выз- 15 вано неточностью подгонки и регулировки АЦП 19. Реальные значения нестабильности уровней квантования пре— образователя 19 за время обработки (200-1000 тактов опроса АЦП 19) не 20 превышает размаха случайной составляющей инструментальной погрешности.

Эта нестабильность обусловлена временными, температурными и т.д. дрейфами АЦП 19, ?5

Компенсация смещения обеспечивает выход устройства в рабочую точку, компенсация нестабильности — получение искомой оценки функции распределения, не искаженной дрейфами уровней g0 квантования.

Таким образом, отличия предлагаемого устройства от известного, позволяющие повысить точность определения функции распределения, заключаются в двухэтапности работы и возможности сужения рабочего диапазона в процессе измерения искомой функции.

70 напряжения, выход которого соединен с первым входом аналогового суммато— ра, выход которого является первой выходной шиной, вторая выходная шина объединена с входом счетчика и подключена к выходу управляемого генератора„ первый вход которого является шиной Пу-ск, а второй вход соединен с выходом пересчетного блока, вход которого соединен с первым выходом счетчика, вторые выходы которого соединены с первыми входами распределителя импульсов и первого сумматора, причем выходы последнего соединены с входами преобразователя код-чапряжение, а вторые входы — с выходами реверсивного счетчика, первый вход которого соединен с первым выходом блока сравнения кодов, первые входы которого являются входной шиной, а вторые входы — с шиной опорного кода, второй выход блока сравнения кодов подсоединен к вторым входам реверсивного счетчика и распределителя импульсов, выходы последнего их которых соединены с соответствующими входами блока памяти, о т л и ч а ю щ е е < я тем, что, с- целью повышения точности, в него введены второй сумматор., регистр, управляемый делитель и блок управления, первый вход которого подключен к шине "Пуск", а второй и третий соответственно — к первому и второму выходам блока сравнения кодов. первый выход блока управления соединен с третьим входом реверсивного счетчика и первым входом регистра, вторые входы которого соединены с выходами пер-. вого сумматора, третьи входы которого соединены с первыми выходами регистра, вторые выходы которого подсоединены к первым входам второго сумматора, вторые входы которого являются шиной опорного кода, а выходы соединены с входами источника калиброванного напряжения, причем выход преобразователя код †напряжен подключен к первому входу управляемого делителя, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора, а вторсй вход объединен с вторым входом счетчика, третьим входом распределителя импульсов и подключен к второму выходу блока управления °

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на трех RS- триггерах, элементе задержки, двух элементах И, элементе ИЛИ, выход которого соеди—

12463 Ю

/впуск

IÖC о

Фиг. 2

- Составитель И. Романова

Редактор В. Петраш Техред В.Кадар

Корректор М. Демчик

Заказ 4022/56 Тираж 816 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 (1роизводственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 нен с входом элемента задержки и является первым выходом блока управления, вторым выходом которого является прямой выход первого RS-триггера, инверсный выход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И, второй вход последнего из которых соединен с прямым выходом второго RS-триггера, S. — âõîä которого объединен с вторым входом первого 10 элемента И и является третьим входом блока управления, вторым входом которого является S-вход третьего RS— триггера, объединенный с третьим входом второго элемента. И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И. третий вход которого соединен с прямым выходом третьего RS-триггера, R-вход которого объединен с R-входами первого и второго RS-триггеров и является первым входом блока управления, S-вход первого RS-триггера соединен с выходом элемента задержки.