Способ калибровки параметров цифроаналогового преобразователя

 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при разработке точных многоразрядных цифроаналоговых преобразователей. Цель изобретения - повышение точности калибровки. Способ калибровки параметров цифроаналогового преобразователя заключается в фровом измерении опорного напряжения цифроаналогового преобразователя и его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры, напряжений i-го и j-ro разрядов цифроаналогового преобразователя и суммы напряжения каждого i-ro и j-ro разрядов цифроаналогового преобразователя с образцовым напряжением аналоговой меры с последующим вычислением результата калибровки. Приводится I пример выполнения устройства , реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит двухпозиционные аналоговые ключи 1 и 2, аналоговую меру 3, повторитель 4 напряжения, аналоговый сумматор 5, источник 6 опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 7, цифроаналоговыйч преобразователь 8, вычислительный блок 9 и запоминающее устройство 10. Введение операций цифрового измерения позволяет повысить точность калибровки за исключения операций измерения разностей двух сравнимых по величине напряжений. 1 ил. сл оо 00 О о Str ifaff

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 03 M 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4067279/24-24 (22) 31.01.86 (46) 15.03.88. Бюл. 1Ф 10 (71) Научно-исследовательский и проектный институт по комплексной автоматизации нефтяной и химической промышленности (72) Э.М. Бромберг и А.М. Черфас (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

NF 10517029 кл. Н 03 М 1/ 10, 1982.

Измерения и контроль в микроэлектронике. Под ред. А.А. Сазонова.

М.: Высшая школа, 1984, с. 301-302. (54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ПАРАМЕТРОВ

ЦИФРОАНАЛОГОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при разработке точных многоразрядных цифроаналоговых преобразователей. Цель изобретения повышение точности калибровки. Способ калибровки параметров цифроаналогового преобразователя заключается в ци„„SU„„1381700 А 1 фровом измерении опорного напряжения цифроаналогового преобразователя и

его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры, напряжений i -го и

j-го разрядов цифроаналогового преобразователя и суммы напряжения каждого

i --го и j --го разрядов цифроаналогового преобразователя с образцовым напряжением аналоговой меры с последующим вычислением результата калибровки.

Приводится пример выполнения устройства, реализующего предлагаемый способ. Устройство содержит двухпозиционные аналоговые ключи t и 2, аналоговую меру 3, повторитель 4 напряжения, аналоговый сумматор 5, источник 6 опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь 7 цифроаналоговый преобразователь 8, вычислительный блок 9 и запоминающее устройство 10. Введение операций цифрового измерения позволяет повысить точность калибровки за счет исключения операций измерения разностей двух сравнимых по величине напряжений.

1 ил.

1381700

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано при разработке точных многоразрядных цифроаналоговых преоб- 5 раэователей.

Цель изобретения — повышение точности калибровки цифроаналоговых преобразователей.

На чертеже представлена функцио- 10 нальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит двухпоэиционные аналоговые ключи 1 и 2, аналоговую меру 3, повторитель 4 напряжения, 15 аналоговый сумматор 5, источник 6 опорного напряжения, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8, вычислительный блок 9 и запоминающее устройство 10.

Сущность способа состоит в том, что измеряют опорное напряжение ЦАП и его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры, затем измеряют напряжения i --го и j-го разрядов ЦАП и суммы напряжения каждого i-ro и j-го разрядов ЦАП с образцовым напряжением аналоговой меры с последующим вычислением результата измерения по формуле (1!1 !(! ) Мо Х ц11 3 N -N (N,-N .)-(N>-N где U. — калиброванное значение

i(11 () 35 .напряжения i-ro (j-го) разряда ЦАП;

N N N — результаты измерения со0! i! 5 ответственно опорного напряжения напряжений i --го !

40 и j --ro разрядов ЦАП;

N! N N -результаты измерения сумtp гФ 1 мы образцового напряжения аналоговой меры соответственно с опорным напряжением i-го и j-ro раз45 рядов ЦАП;

U — напряжение аналоговой меры;

i, j 1,2,...,п, i Ф j (n- число калибруемых разрядов (ЦАП).

Суть процесса калибровки заключается в нахождении реальных значений выходного напряжения при задании на !! !! управляющих входах ЦАП ур овня 1 последовательно в каждом разряде и

"0 " на остальных . Калибровке одновременно и одв ер г ают ся два любых р азряда .

Реальную функцию преобразования

ЦАП, для которых справедлив принцип суперпоэиции, можно представить в виде ьь|х р о!гр K ip i 11o !!!!!! (2) ! где Б „„р — реальное значение выходного напряжения ЦАП;

U,„р — реальное значение опорного напряжения ЦАП;

К; р — реальное значение коэ!г!гЬициентов преобразования

ЦАП;.

Ы, 0 или 1, в э ависимости от включенных весов ЦАП;

U О ц !г!! Напряжения аддитивног О сме щения ЦАП.

Реальную функцию преобразования

АЦП, имеющего непрерывную функцию преобразования, можно аппроксимировать многочленом

N = а(" х + Uo лцг! где а — реальный коэффициент преобразования АЦП; — напряжение аддитивного смещения,АЦП.

К такому типу относится, например, АЦП время-импульсного преобразования.

Процесс калибровки осуществляется следующим образом.

Первоначально аналоговый ключ 1 находится в положении, показанном на чертеже, и вход повторителя 4 скоммутиронан с шиной нулевого потенциала устройства. Аналоговый ключ

2 находится в положении, показанном на чертеже, и на вход АЦП 7 поступает опорное напряжение ЦАП 8.

При этом, в результате первого аналого-цифрового преобразования получаем код

N = a(U!г+" д. +y), (3) где U Ä вЂ” значение напряжения опорного источника 6 ЦАП; — напряжение смещения повторителя 4 и аналогового сумматора 5.

Во втором такте калибровки ключ 1 переключается во второе положение, и на вход повторителя 4 подключается образцовое напряжение аналоговой меры 3.

1381700

N. -N.

) (N -N.)-(N. -N,. )

) N -N

1 )

N -N

4 о

Результат преобразования

N, = a(U,„+ U + Б „„„+ d). (4) Во всех последующих тактах калибровки ключ 2 находится во втором положении, противоположном первоначаль ному, и коммутирует выход ЦАП 8 со входом АЦП 7.

В третьем такте, установив на входе i-го разряда ЦАП 8 уровень "1", а в остальных "0", включают один из ,калибруемых(разрядных весов ЦАП 8

К;.

Ключ 1 переключается в первоначальное поло)кение, и в результате третьего такта калибровки имеем на выходе АДП 7

N =а(К;(U + 4)+Uonnn+Uонцп 3. (5) Переключая ключ 1 во второе положение, в результате четвертого такта преобразования

N i =à (K, (П о„+Б„+ Ь )+У о о,н„+П о 4!)н 1 (6) Пятый и шестой такты калибровки осуществляются аналогично третьему и четвертому, но при этом включается второй из калибруемых разрядных весов j-й, а первый i-й отключается.

Результат пятого такта преобразования

П ) ОЦЯО ОЦП 14 и шестого

N =а(К (П оп+П, + 4 )+По„4о+"о „„n) (8) Таким образом, в результате шести аналого-цифровых преобразований, получаем систему уравнений

>,, =a(Uon +П„+ a +Uo I)gn);

N; a(K;(U + в )+и,„,„+и,„„„); (9) (оп+ а ) оцнп она,о s

") =a(K (Uon+ )+"о qnn+Uo нцn l

N =а(К)(Б,Ä+Up+о)+сонно+Цодьп) °

Решая систему совместно, получаем выражения для калибруемых параметров

ЦАП 8 °

Реальное значение опорного напряжения ЦАП

N. -N, ) 1

U + ) — —--- Б, (10) оп (N N, )-(N N )

j 3 1

Реальное значение напряжения сме,щения ЦАП

N -М

1 О

10 Up ц4о

I о о

N,-N

1 х (----- — 1) Ua.

N -N о 4

Реальные значения коэффициентов преобразования калибруемых разрядов

N, -N.

К К

И1-Ы о

Откалиброванные выходные напря)кения, получим, подставляя в (2) значения (10) -(12) N;-N N,. -N. и -и (н.-н .)-(ы -и )

О 4 ! )

N.-N N.-N.

j o 1 )

) f4 Й, (Ni-Ni)-(N>-N )

30 Цифровое выражение образцового напряжения аналоговой меры в виде константы находится в запоминакнцем устройстве 10. В .результате вычислений, выполняемых в вычислительном блоке 9, согласно выражений (13) и (14), получаем значения напряжения для калибруемых -ro H j-го разрядов с точностью обусловленной лишь точностью задания дополнительной анало40 говой меры, которая весьма высока.

Затем переходим к калибровке следующей пары разрядов, для чего повторяем всю последовательность операций. Процесс продолжается до получения значе45 ний напряжений всех разрядов, подлежащим калибровке.

Формула из о бр е т ения

Способ калибровки параметров цифроаналогового преобразователя, заключакнцийся в последовательном цифровом измерении опорного напряжения цифроаналогового преобразователя и напряжений соответствующих включен55 ных разрядов цифроаналогового преоб-! разователя с последующей обработкой результатов измерения плл определения калиброванного значения напря1381700 опорного напряжения цифроаналогового преобразователя и его суммы

Составитель Н. Капитанов

Редактор Т. Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар

Заказ 1194/55 Тираж 928 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Раушская наб., д. 4/5

Произво дственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 жения соответствующего разряда, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности калибровки, после цифрового измерения опорного напряжения цифроаналогового преобразователя осуществляют цифровое измерение суммы последнего с образцовым напряжением аналоговой меры, а затем после цифрового измерения напряжений соответствующих i-ro u j-ro разрядов цифроаналогового преобразователя измеряют сумму напряжения соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя с образцовым напряжением аналоговой меры, а при обработке результатов измерения калиброванное значение напряжения соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя определяют по формуле !

1,, -N N, -N (N -И )-(N -N ) где N, N — результат ци ро1ого измерения соответственно

5 с образцовым напряжением аналоговой меры;

N, — результат цифрового измерения соответственно напряжения i --ro разряда

10 цифроаналогового преобразователя и его суммы с образцовым напряжением аналоговой меры;

N, N - результат цифрового иэ) У мерения соответственно напряжения j-ro разряда цифроаналогового преобразователя и его сумми с образцовым напряжением

20 аналоговой меры;

Uà образцовое напряжение аналоговой меры;

j 1,2,...,n, i Wj (n — число калибруемых разрядов цифроаналогового преобразователя).