Устройство для измерения дифференциальной нелинейности быстродействующих аналого-цифровых преобразователей

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при измерении точностных параметров аналогоцифровых преобразователей. Изобретение позволяет повысить точность измерения дифференциальной нелинейности устройства, содержащего цифровой компаратор 8, генератор 1- периодического напряжения, дискриминатор 3 нуля, интегратор 4, сумматор 5, переключатель 9, блок 10 задания кодов , цифровой ш тегрирующий вольтметр 7, за счет введения источника 13 опорного напряжения, элемента И 20, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ JiM 19, блока элементов И 1,2, одновибратора 18, триггера 17, делителя 16 частоты , цифроаналогового преобразователя S 14, делителя 15 напряжения. 2 ил. сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 Н 03 М 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

Ю

CO

Ю

<АР

%it

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3835394/24-24 (22) 02.01.85 (46) 07.01.87. Бюл. № 1 (72) Г.С.Власов, A.È.Äèÿíîâ и В.А.Полковов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 824428. кл. Н 03 М 1/10, 1981.

Авторское свидетельство СССР ¹ 1058048, кл. Н 03 M 1/10, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОBATEËEЙ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано при измере„„Я0„„128232З A1 нни точностных параметров аналогоцифровых преобразователей. Изобретение позволяет повысить точность измерения дифференциальной нелинейности устройства, содержащего цифровой компаратор 8, генератор 1. периодического напряжения, дискриминатор

3 нуля, интегратор 4, сумматор 5, переключатель 9, блок 10 задания кодов, цифровой интегрирующий вольтметр 7, за счет введения источника

13 опорного напряжения, элемента

И 20, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, блока элементов И 1.2, одновибратора

18, триггера 17, делителя 16 частоты, цифроаналогового преобразователя

14, делителя 15 напряжения. 2 ил.

1 128232

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при.измерении точностных параметров аналого-цифровых преобразователей. 5

Целью изобретения является повышение точности измерения дифференциальной нелинейности, На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — эпюры 10 напряжений, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство контроля дифференциальной нелинейности быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) содержит генератор 1 периодического напряжения, входную шину 2, дискриминатор 3 нуля, интегратор

4, сумматор 5, испытуемый АЦП 6,цифровой интегрирующий вольтметр 7,циф- 20 ровой компаратор 8, переключатель 9, блок 10 задания кодов, выходную шину

11, блок 12 элементов И, источник

13 опорного напряжения, цирфоаналоговый преобразователь (ЦАП) 14, делитель 15 напряжения, делитель 16 частоты, триггер 17, одновибратор 18, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19, элемент

И 20.

На фиг.2 представлены эпюры напря-, женийй: а — статическая характеристика аналого-цифрового преобразования; б — напряжение на выходе суммато- 35 ра 11; в — сигнал на выходе цифрового компаратора 8;

r — сигнал на выходе генератора 1 периодического напряжения; 40 д — сигнал на выходе дискриминатора 3 нуля; е — сигнал на выходе делителя 16 частоты; ж — сигнал на выходе триггера 17; 45 з — сигнал на выходе одновибратора 18; и — сигнал на выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 19.

1 50

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Переключатель 9 устанавливают вна— чале в такое положение,что на управляющий вход блока 12 элементов И поступает сигнал логического нуля, а на младший разряд шины второго входа цифрового компаратора 8 — сигнал логической единицы.

3 2

Таким образом, на опорном входе цифрового компаратора 8 вначале устанавливают сигнал 00...01 с единицей в младшем разряде. С выхода ЦАП 14 при этом снимается аналоговый сигнал нулевого напряжения. Поэтому на вход испытуемого АЦП 6 поступает пилооб— разный сигнал, симметричный относительно нулевой линии, На фиг, 2 а в координатах NV представлена статическая характеристика преобразования.

Так как уровни перехода определяются срабатыванием внутреннего компаратора (порогового элемента АЦП), то характеристика в зоне перехода должна носить компараторный характер с зоной гистерезиса, размер которой зависит от разных факторов, в том числе и от уровня преобразуемого сигнала.

При определенном уровне медленно меняющегося во времени напряжения на входе АЦП на его выходе появляются преобразуемые коды. Так как вначале изменение напряжения на входе АЦП происходит на уровне нескольких квантов преобразования в начале координат

NV то каждый прямой и обратный ход пилы на выходе испытуемого АЦП определенное время поддерживают код

00...001, что в свою очередь соответствует удержанию на определенное время логической единицы на выходе цифрового компаратора 8, что графически показано на фиг.2 в (8)

1" — 2" и 3 — 4".

Поэтому длительность импульсов на фиг.2 в (8), снимаемых с выхода цифрового компаратора 8, будет пропорциональна кванту преобразования, а усредненное значение кванта -ч, + Wq.,„

2 j где q — i-й квант преобразования

t tn при нарастании напряжения на входе АЦП; — 1-й квант преобразования

1 1 при уменьшении напряжения на входе АЦП:, выборка значений q u q

Сигнал с выхода цифрового компаратора 8 поступает на вход элемента

И 20, сигнал с выхода которого поступает на управляющий вход интегратора 4., Таким образом, в интервале интегрирования (фиг. 2 и) интегратор 4 производит интегрирование импульсов, 3 12823 среднее .вольт-секундное значение которых пропорционально.

Режим работы интегратора 4 задается согласно временной диаграмме (фиг,2) элементами И 20, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ 19, дискриминатором 3 нуля, делителем 16 частоты, триггером 17, одновибратором 18.

Запуск цифрового интегрирующего 10 вольтметра 7 происходит отрицатель.ным перепадом сигнала с выхода одновибратора 18 в момент хранения сумматорного вольт-секундного значения площадей импульсов, поступивших f5 на вход" интегратора 4. Делитель 15 напряжения при этом настраивают та-. ким образом, чтобы показания цифрового интегрирующего вольтметра 7 были равны нулю. 20

Этим заканчивается настроеный ре,жим работы устройства, суть которого заключается в подстройке делителя 15 напряжения к величине младшего значащего разряда (МЗР) АЦП. Далее устанавливают переключатель 9 в противоположное положение. При этом на цифровой вход ЦАП 14 и на второй вход цифрового компаратора 8 будет посту3 пать сигнал с выхода задатчика 10 ко- 3О дов согласно заранее заданной програм. ме. Длительность импульсов, снимаемых с выхода цифрового компаратора 8, будет уже пропорциональна кванту, определенному на шкале преобразова- 35 ния кодом А, поступающим на второй вход цифрового компаратора 8. Отли чие среднего значения указанного кванта преобразования от значения М3Р будет пропорционально сигналу, снима- 40 емому с выхода делителя 15 напряжения в моменты измерения интегрирующим вольтметром 7.

Скорость изменения периодического напряжения согласно эпюры (фиг.2 б).

U =05 U (1-—

H3M oH RC

fH, dt) (6) рого подключен к входу дискриминатора нуля, интегратор, сумматор, выход

50 которого является выходной шиной,пе-реключатель, блок задания кодов,цифровой интегрирующий вольметр, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целлью повышения точности, в устройство

55 введены источник опоРного напряжения, элемент И, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, блок элементов И, одновибратор,триггер, делитель частоты, цифроаналоговый преобразователь, делитель напря(2) 1.А

q = = at, у

LA (11) равна —, à q можно определить

Т как гфе at, — длительность импульса, снимаемого с выхода цифрового компаратора 8.

Сигнал с выхода инвертирующего интегратора 4, равный

1

U = --- — U at. dt, (3)

ИнТ Т .0H 1 инт 0 поступает на вход делителя 15 напряжения и на его выход, умноженный на коэффициент деления К делителя 15.

Сигнал же с выхода источника U е проходит н а выход делителя 1 5, умн оженный на величину (1 — К ).

Таким образом, согласно (2) и (3) напряжение, измеряемое интегрирующим вольметром 7, будет равно

U = U (1-К ) — †- 1" ьЕ. dt,(4)

К U

H3M OH т

Инт O а окончательное выражение, измеренное цифровым интегрирующим вольметром, можно записать

U = U (1-К (— — - - — — -) 1 (5) КС t dt

Or 3 RC

Ф где R. С вЂ” элементы интегратора 4.

При К равном 0,5,формула приобретает вид * о а равенство нулю 0„3„ достигается равенством единице — "at, dt. ВеличиRC о ны R,Ñ вЂ” известны, а напряжение, измеряемое цифровым интегрирующим вольтметром 7, легко нормируется относительно кванта преобразования АЦП. Макси% мальное значение Ц„„будет пропорционально искомой величине дифференциальной нелинейности.

Формула изобретения

Устройство для измерения дифференциальной нелинейности быстродействующих аналого-цифровых преобразователей, содержащее цифровой компаратор, первый вход которого является входной шиной устройства, генератор периодического напряжения, выход котоflu

".оставитель И.Романова

Техред Л.Олейник Корректор В.Бутяга

Редактор В.Данко

Заказ 7285/57 Тираж 899 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

5 128232 жения, первый вход которого объединен с входом цифроаналогового преобразователя и соединен с выходом источника опорного напряжения, а через интегратор соединен с вторым входом делителя напряжения, выход которого соединен с первым входом цифрового интегрирующего вольтметра, второй вход, которого объединен с первыми входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и элемента

И и подключен к выходу одновибратора, вход которого подключен через делнтель частоты к выходу дискриминатора нуля и через триггер — к второму входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом интегратора, третий вход которого соединен с выходом элемента И, второй вход которого, соединен с выходом цифрового компаратора, второй вход которого через переключатель соединен с выходом младшего разряда блока задания кодов, выходы остальных разрядов которого через блок элементов И соединен с группой входов цифроаналогового преобразователя и с группой входов цифрового компаратора, причем второй вход блока элементов И соединен с вторым выходом переключателя, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора периодического йапряжения.