Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть применено при создании прецизионных цифроаналоговых ЦАП и аналого-цифровых преобрдзователей и контроле их производства. Цель изобретения - повышение точности. Калибровка ЦАП состоит в том, что измеряют разности между суммой п старших разрядных весов и аналоговой мерой и выполняют п.циклов измерений по числу разрядов калибруемого ЦАП. В каждом га-м цикле измерений, где тп - номер цикла, измеряют разности между т-ми разрядными весами калибруемого и опорного ЦАП, разности между т-м разрядным весом опорного и суммой всех младших по отношению к нему разрядных весов калибруемого ЦАП и последовательно измеряют разности между т-гр и каждого к-го из младших .по отношению к нему разрядных весов калибруемого и суммой т-го и к-го разрядных весов опорного ЦАП и разности между суммой т-го и к-го разрядных весов опорного и суммой т-го и всех младших по отношению к к-му разрядных весов калибруемого ЦАП. По результатам измерений определяют величины взаимного влияния разрядов и погрешности разрядньрс весов калибруемого :ЦАП. 1 ил. С/) с С/д ю ел О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕа1УЬ ЛИК

„„SU,1 25 94 (51) 4 Н 03 И 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ И30БРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ !3

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ / sgg;,,:, . (21) 4038219/24-24 (22) 19.03 ° 86 (46) 23.07.87. Бюл. У 27 (7 1) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) В.Б.Смолов,, А.Х.Иурсаев, P.È,Грушвицкий (SU) и Б,А.Ианчев (ВС) (53) 681.325 (088.8) (56) Смолов В.Б. и др. Микроэлектронные цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи информации.— ,Л.; Энергия, 1976.

Авторское свидетельство СССР

В 1051702, кл ..Н 03 И 1/10, 1983. (54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОСТИ

ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электройэмерительной технике и может быть применено при создании прецизионных цифроаналоговых ЦАП и аналого-цифровых преобразователей и контроле их производства. Цель изобретения — повышение точности. Калибровка ЦАП состоит в том, что измеряют разности между суммой и старших разрядных весов н аналоговой мерой и выполняют и циклов измерений по числу раэрядоб калибруемого ЦАП. В каждом m-м цикле измерений, где тп — номер цикла, измеряют разности между ш-ми разрядными весами калибруемого и опорного

ЦАП, разности между ш-м разрядным весом опорного и суммой всех младших по отношению к нему разрядных весов калибруемого ЦАП н последовательно измеряют разности между суммой ш-го и каждого к-ro из младших .по отношению к нему разрядных весов калнбруе- мого и суммой m-го и к-ro разрядных весов опорного ЦАП и разности между суммой ш-ro и к-ro разрядных весов опорного и суммой m-го и всех младших по отношению к к-му разрядных весов калибруемого ЦАП. Ilo результатам измерений определяют величины взаимного влияния разрядов и aorpemности разрядных весов калибруемого

;ЦАП. 1 ил. фиксируют.

Далее на калибруемый ЦАП S подают набор входных сигналов, по которому включаются старший разрядный нес а и и первый младший по отношению к нему разрядный вес а „,, выходной сигнал калибруемого ЦАП 5 при этом равен

aq+da<+a 11-1+dà g. +О а))-11,11 ° В опор и — X аЕ,Р

Р= ) Р= Р+1 . Величина Ч„„ сохраняется для последующих циклов калибровки. Затем

1325694 2

Изобретение относится к измери- последовательно, начиная с самого тельной технике и может быть приме- старшего, определяют погрешности нено при создании прецизионных много- da; =(i=N, N-l,..., 1) всех калибруеразрядных цифроаналоговых и аналого- мых разрядов и величины 4 а ° .

f ))1 цифровых преобразователей и контроле ()= -1, 1-2,...,1) взаимного влияния их производства. - разрядов калибруемого ЦАП 5. Первым

Цепь изобретения — повышение точ- калибруют самый старший разрядный вес ности. а . Для определения его погрешности

На чертеже представлена функцио- l p da < и величин влияния d a < > i x< =N- 1, r нальная схема устройства, иллюстрирую- К-2,..., 1) остальных разрядов на щая применение способа. старший необходимо измерить разность

Устройство содержит дополнитель- ЧР между а),, и суммой всех меньших ную аналоговую меру 1, аналоговьп1 н. ключ 2 опорный цифроаналоговый пре) 15 калибруемых разрядных весов Е а, и образователь .(ЦАП) 3, входную шину 4 опорного ЦАП 3, калибруемый ЦАП 5 и все разности Ч„ „ между суммой а и

) н его нходную шину 6, измеритель 7 разности и его выходную шинУ 8 и УстРой- и всех младших по отношению к к-му ство 9 задания входных кодовых сигна1 разрядных весов 2 а, . Каждую разКлюч 2 обеспечивает подачу на пер-.

)=1 ный вход измеРителЯ 7 Разности допол- ность определяют по результатам двух нительной аналоговой меры 1, базоно- измерений, производимых следующим го потенциала устройства или сигнала 25 образом. На калибруемый цАП 5 подают с ныхода опорного ЦАП 3. На шины 4 и набор входных сигналов, по которому

6 подаются наборы входных сигналов включается только старший разрядный преобразуемь1е опорным ЦАП 3 и калиб вес, выходной сигнал калибруемого руемым ЦАП 5, С выхода 8 снимается ЦАП 5 при этом равен а + da В я Р) сигнал измерения. 3Q опорном ЦАП 3 включают также N-й раэСпособ осуществляют следующим об рядный вес b приблизительно равй разом. ный а, и через аналоговый ключ 2

ОпРеделЯют величины взаимного вли- подают на вход измерителя 7. ПоследлниЯ РазРЯДов и погРешности РаэРЯД- ний измеряет разность сигналов ных весов калибруемого ЦАП 5. Проце- а +da и р и результат Ч1 =а + дура калибровки применима к любым +dа ) — Ь фиксируют. фиксируют. двоичным ЦАП с разрядными весами, Затем в калибруемом ЦАП 5 выклюубывающими по степеням двойки. Так чают старший разрядный вес и включают как выходной сигнал калибРуемого ЦАП все меньшие калибруемые веса: выход5,может быть Разной пРиРоды (ток, нап 4р ной сигнал калибруемого 1 II 5 теперь ряжение), то 1-й разрядный нес обозК- 2 Р1-1 начается через а . Опорный ЦАП 3 генерирует дополнительные аналоговые равен сумме У (а. +да. )+ «да

У Е (а,. ва1) да сигналы b. для уменьшения разности ! подаваемых на вход измерителя 7 сиг- ИзмеРитель 7 измеРЯет Разность междУ

45 налон . указаннои суммои и выходным сигналом

Калибровку начинают с измерения Ь опорного ЦАП 3, и полученный ре1 разности Ч, между дополнительной зультат аналоговой мерой 1 а)1 1 и суммой 1 Р с;

И-2 Н-1 старших разрядных весов калибруемого Ч = (а;+аа,)+ i,> а -h.

50 Р) )

ЦАП 3, из результата которого вычи- 1=1 Рс! Р 1 1 тают результат измерения дрейфа нуля

ЧР1

5694

40 и-э

+4a + (а»+4а;)+

t-t

v2

И-1, и-1

1 и,ь

+ . 4а

Р=1

=а и-» и-2 ,7

Р=1

И-1 аР -Ь, -ЬИ: рР«

5р фиксируют.

Затем последовательно измеряют

1 I раз»»ости \ и..э и Ч»». g 1 для ко дов, по которым в калибруемом

ЦАП 5 включены (N-1)-й и (М-3}-й раз55 Рядные веса » (N-1)-й и асе младшие по отношению к (N-3)-му разрядные веса, а в опорном ЦЛ!! 3 включены соответствующие разряды {N-1)-1 и (N-3)-й с весами Ьи, и Ь „ „, результагы иэ3 132 ном ЦЛП 3 включают также N-й и (N-1}-й разрядный веса Ьии Ьи,, суммарный вес которых приблизительно равен весу а +а и,, и выходной сигнал опорного ЦЛН 3 подают через ключ 2 на вход измерителя 7. Последний измеряет разность выходных сигналов ЦАП 3 и 5, и результат

V, =a + 4аи+аи-1+4аи- +4аи и 1, И И И И- И- И-, И -h -b и и-1 фиксируют. Затем в калибруемом ЦЛП 5 выключают (N-!)-й разрядньп» вес, а включают все меньшие по отношению к нему. калибруемые веса, выходной сигнал калибруемсго ЦЛП 5 теперь равен сумме и-2 и-2 и-1 и-2 аи+4аи+ (а»+4а. )+, 4 а „+ ., ь а», -1 Рс1 Р» P t t

Измеритель 7 измеряет разность между указанной суммой и выходным сигналом Ь„+Ь „, опорного ЦЛП 3, и полученныи результат и-2 и-2

V =a>+4a„+X(a»+na; ) + 4a< +

x) )4-gg

+ ; ьа -Ь -b„, /=1 pfi» фиксируют.

Потом последовательно измеряют

1 2 разности Ч и 2 и и»Р N 2 Р» ДлЯ соответI ствующих наборов входных сигналов, по которым в калибруемом ЦАП 5 включены N-й и (N-2)-й разрядные веса и И-й и все младшие по отношению к (N-2)-му разрядные веса, а в опорном ЦАП 3 включены соответствующие разряды N-й и (N-2)-й с весами

Ь„ и b> 2, результаты измерений

2 фиксируют ° раэ»»ости РМ 3 " и Уи 3 и так.далее до измерения разности Р, и V и и фиксирования результа1 2

I I тов измерения. Этим заканчивают цикл измерений для N-го старшего разрядного веса аи

Далее для определения погрешности (N-1) -го разряда 4 а и 1 и величины взаимных влияний между (N-1)-м и остальными младшими по отношению к нему к разрядами h а к q (K=N-2, .N-3,..., 1) необходимо измерить разность V между а„, »» суммру всех меньших калибруемых разрядов Е а,. и

i"- 1 все разности Ч между суммой аи, и

К, и-1 к-го разрядного веса а„и суммой аи, и с

30 всех мла-ш»нх по отношению к к-H) раэкряд»»ых весов а; . Каждую. разность

1 также определяют по результатам двух измерений.

Иа кал»»брус;1»,:;l I»3JI 5»tодают набор входнь»х сл гHалов, »Io которому вклю— чается только (N-I)-й разрядный вес а„ . В опор»»ом ЦЛП 3 включается также (N-1)-й разрядный вес Ь И 1, а измеритель 7 измеряет разность

-aS- +4а и- -! ии результат фиксируют. Затем в калибруемом ЦЛП 5 выключают (N — 1)-й и включают все меньшие (N-!)-го разрядные веса. Измеритель 7 измеряет разность и-2 и-э и-", (а, +4а.)+ . 4аР, -bí-1

Р. Р 1 и результат фиксируют. Далее на калибруемый ЦАП 5 падают набор входных сигналов, по которому включается (N-!)-й разрядный вес а, „ и следующий младший по отношению к нему разрядный вес а„» . В опорном ЦАП 3 включают также (N-1)-й и (N-2)-й разрядные веса h „, и Ь „ . Измеритель

7 измеряет величину

2 и„=а и., +а и-. +4a и-, +4а, 2 +

i И-1

+4а и-», и-2 Ьи-t -Ьи 2 и результат фиксируют. Затем в калибруемом UAII 5 выключают {N-2) -й раэрядньп» вес, а включают все меньшие по отношению к нему калибруемые веса. Измеритель ? измеряет разность между укаэанной суммой и выходным с»»гналом Ьи, +Ьи 2 опорного ЦЛП 3, и полученньп1 результат

5 1 32.56 мерений фиксируют и так далее до измерения разности V, н V, и фик1 2 сирования результатов измерений.

Далее определяют и фиксируют результаты измерений 5

Ч««э,«-2

Ч 2

,««-т

2 2 1 ба =2-=(ба - -Чm41+V t1+Vm Ч- -Ч .1

+Ч„,-, +Ч„, „,„— Ч„„„,„-2ба „,, ), 1 2

Ч««-2 Ч««-т VN-t в Ч м-3 м- т

Чг

-Ъ, -1" ° У Ч,Н-7 Ч1для (К-2)-го калибруемого разрядного васа и т,д.

Ill- 4, nl взаимного влияния m-го и (m-1)-ro разрядов калпбруемого ЦАП, а погрешности калибруемых разрядных весов определяются по формуле!

=Ч -Ч -Ч 1-Ч + а «««-

+ ба (2) (вт где ба„, — величина взаимного влияния m-го и к-.ro разрядов калибруемого ЦАП;

m=N N-1,,2; k=m-1, э

m-2,..., 1; — результат измерения раз«» ности между суммой весов

m-го и к-ro разрядов калибруемого и опорного цифроаналогового преобразователя; — результат измерения разности между суммой весов

m-ro и к-ro разрядов опорного ЦАП и суммой m-го и всех младших по отношению к к-му разрядов калибруемого ЦАП;

Ъ. результат измерения разности между к-ми разрядными весами калибруемого и опорного цифроаналогового преобразователя; результат измерения разности между суммой всех калибруемых разрядных весов, меньших к-ro разрядного веса калибруемого цифроаналогового преобразователя, и к-м разрядным весом опорного цифроаналогового преобразователя; общее число разрядов калибруемого ЦАП; номер итерации (j=0,1,2...);

v, Чк, %

V—

М

По результатам и циклов измерений величины взаимных влияний разрядов определяются по формулам

1 («) « т

«та«,,„=Z- (4 ««. „-Ч«,,, +Ч«,.«.«+Ч«...„где 2«a — погрешность m-го калибруемого разрядного веса;

15 V результат измерения разности между аналоговой мерой и суммой и старших разрядов калибруемого ЦАП;

V,„- результат измерения смещения нуля характеристики калибруемого и опорного ЦАП.

Таким образом, по сравнению с известным, данный способ обеспечивает оценку взаимных .влияний разрядных

25.весов и повышает точность калибровки

ЦАП.

Формула изобретения

З0 Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя, заключающийся в последовательном измерении разности между суммой п старших разрядных весов калибруемого цифроаналогового преобразователя и аналоговой мерой и выполнении п циклов измерения разности между m-ми разрядными весами калибруемого и опорного цифроаналоговых преобразователей и раз40 ности между и«-м разрядным весом опорного и суммой всех младших по отношению к m-му разрядных весов калибруемого цифроаналоговых преобразователей с последующей обработкой реэуль45 татов измерения разностей, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в каждом тп-м цикле после иэмерения разности между тп-ми разрядными весами калибруемого

50 и опорного цифроаналоговых преобразователей и разности между m-м разрядным весом опорного и суммой всехмладших по отношению к нему разрядных весов калибруемого цифроаналоговых преобразователей, измеряют разность между суммой и;го и каждого к-ro из млад-. ших по отношению к m-му разрядных весов калибруемого и суммой ш-то и к-го разрядных весов опорного цифроанало

К,п

7 1325694 гового преобразователей, после чего измеряют разность между суммой m-го и к-ro разрядных весов опорного и суммой m-го и всех младших по отношению к к-му разрядных весов калибруемого цифроаналоговых преобразователей, а при обработке результатов измерений определяют погрешности разрядных весов калибруемого цифроаналогового преобразователя по формуле 1О погрешность ш-го калибруемого разряда за счет влияния К-го разряда (m=

=N N-1,...2: К=в-1, результат измерения разности между суммой m-го и к-го разрядных весов калибруемого и опорного цифроаналоговых преобразователей; результат измерения разности между суммой m-го и к-го разрядных весов опорного и гдеюа„

V8111

2

К+1 г

N (0) ,а в-f, щ погрешность m-ro калибруемого разрядного веса; результат измерения разности между аналоговой мерой 20 и суммой и старших разрядных весов калибруемого цифроаналогового преобразователя; величина смещения нуля ха- 25 рактеристики калибруемого и опорного цифроаналоговых преобразователей; погрешность аналоговой меры; 30

C 1+13

Ла 1 =Um „,„-Ч1„2 „,-U1 1+V „+

cj7

+ » ha — погрешность m ro калибруее, мого разряда за счет влияния суммы (m-1)-ro разряда; (11 1 (1 " +Ч2

6,щ 2 (К+1,1 К+1,1 К+1, 1 суммой m-го и всех младших по отношению к к-му разрядных весов калибруемого цифроаналоговых преобразователей; результат измерения разности между к-ми разрядными весами калибруемого и опорного цифроаналоговых преобразователей; результат измерения разности между суммой всех калибруемых разрядных весов, меньших к †, калибруемого и к-м разрядным весом опорного цифроаналоговых преобразователей; общее число разрядов калибруемого цифроаналогового преобразователя; исходное значение величины взаимного влияния т-го и (m-1)-го разрядов калибруемого цифроаналогового преобразователя; номер итерации (j=0, 1,2,...) -..

1325694

Составитель Н.Капитанов

Редактор И.Николайчук Техред И.Попович Корректор Т.Колб

»»»«« 1

Заказ 3!24/55 Тирам 901 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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