Устройство для определения характеристик аналого-цифрового преобразователя

 

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике, предназначено для автоматизации испытаний аналого-цифровых преобразо:вателей . Цепью изобретения является повьппение точности определения значений погрешности аналого-цифрового преобразователя, повышение достовер- .ности оценок статических характеристик погрешности преобразования и расширение функциональных возможностей. Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, злементы 2, 14 я 27 цифровой задержки, цифровые сумматоры 3,20-22, блок 4 вычисления статистических характеристик,блок 5 индикации, генератор 6 синусоидального напряжения, генератор 7 импульсов , частотомеры 8 и 9, блоки 10, 11, 15-17.нелинейной функции, цифровые умножители 12 13, 18 и 19, блок 23 вычисления максимума, блоки 24 и 25 инвертирования, блок 26 индикации и контроля. 8 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И)

А2 (5ц 4 Н 03 М 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ повьпнение точности определения значений погрешности аналого-цифрового преобразователя, повьппение достовер,ности оценок статических характерис" тик погрешности преобразования и расширение функциональных воэможностей.

Устройство содержит аналого-цифровой преобразователь 1, элементы 2, 14 н 27 цифровой задержки, цифровые сумматоры 3,20-22, блок 4 вычисления статистических характеристик, блок 5 индикации, генератор 6 синусоидального напряжения, генератор 7 импульсов, частотомеры 8 и 9, блоки 10, 11, 15-17 нелинейной функции,.цифро

ГОсудАРстВенный комитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ- И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (61) 936419 (21) 4263837/24-24 (22) 08.04.87 (46) 07.02.89. Бюп. В 5 (71) Куйбышевский институт инженеров железнодорожного транспорта (72) С.В.Архангельский и С.А.Дивнов (53) 681.325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 936419, кл. Н 03 M 1/10, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике, предназначено для автоматизации испытаний аналого-цифровых преобразо:вателей. Целью изобретения является вые умножителн 12, 13, 18 и 19, блок

23 вычисления максимума, блоки 24 и 25 инвертирования, блок 26 индикации и контроля. 8 ил.

С:, 1457161

Изобретение относится к вычислительной и измерительной технике, предназначено для автоматизации испытаний аналого-цифровых преобразова5 телей (АЦП), заключающихся в нахож. дении динамических и статических погрешностей АЦП, может найти широкое применение в информационно-измерительных комплексах, автоматизирован- 10 ных системах исследования и является усовершенствованием устройства по основному авт. св. Р 936419.

Цель изобретения » повышение точности определения значений погреш- 15 ности аналого-цифрового преобразователя, повышение достоверности оценок статических характеристик погрешности преобразования и расширения функциональных возможностей. 20

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства определения ха. — .— рактеристик аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - структурная схема четвертого блока нелиней- 25 ной Функции; на Фиг. 3 — 6 - структурные схемы первого, второго и третьего блоков нелинейной функции и блока вычисления статистических характеристик соответственно на ÇÎ фиг. 7 и 8 - результаты исследования работы устройства на численной модели °

Устройство содержит АЦП 1, первый элемент 2 цифровой задержки, цифровойз сумматор 3, блок 4 вычисления статических характеристик, блок 5 индикации, генератор 6 синусоицального напряжения, генератор 7 импульсов, два частотомера 8 и 9, первый блок 40

10 нелинейной функции и второй блок

11 нелинейной функции, первый и второй цифровые умножители 12 и 13, второй элемент 14 цифровой задержки, ретий 15, четвертый 16 и пятый 45

17 блоки нелинейной функции, третий и четвертый цифровые умножители 18 и 19, второй, третий и четвертый цифровые сумматоры 20-22, блок 23 вычисления максимума, два блока 24 и 25 инвертирования, блок 26 индикации и контроля и третий элемент 27 цифровой задержки.

Четвертый блок 16 нелинейной функции (фиг, 2) содержит пятый, шестой и седьмой цифровые умножители 28-30, шестой блок 31 нелинейВоН функции, третий блок 32 инвертирования, блок 33 суммирования и блок

34 масштабирования.

Блок 10 нелинейной функции (фиг. 3) содержит блок 35 деления, первый блок 36 масштабирования, блок

37 вычисления функции и второй блок

38 масштабирования.

Блок 11 нелинейной функции (фиг.4) содержит блок 39 суммирования и блок

40 вычисления обратной величины.

Блок 15 нелинейной функции (фиг.5) содержит цифровой умножитель 41, блок 42 инвертирования и блок 43 суммирования.

Блок 4 вычисления статистических характеристик (фиг. 6) содержит два блока 44 и 45 сравнения, два регист ра 46 и 47 памяти и блок 48 вычитания.

Генератор 6 синусоидапьного напряжения и генератор 7 импульсов имеют установочные входы, посредством которых задаются значения частот генерируемых сигналов, а также амплитуда синусоиды.

Синусоидальный аналоговый сигнал с выхода генератора б синусоидально,ro напряжения поступает на рабочий вход АЦП 1, а сигнал с генератора

7 импульсов — на вход синхронизации

АЦП 1. В момент поступления синхроимпульса АЦП 1 осуществляет преобразование значения аналогового сигнала, имеющегося в данный момент на его входе в цифровую форму.

Одновременно сигналы с генераторов 6 и ? поступают на частотомеры

8 и 9, на выходы которых выдаются цифровые сигналы соответственно Й и f, пропорциональные частотам сиг" налов, поступающих на их входы. Первый блок 10 нелинейной функции, на вход которого поступают цифровые сигналы f и fе, выдает на выходе цифровой сигнал, равный

2 " с

-2cos (}

Третий блок 15 нелинейной функции, на вход которого поступает цифровой сигнал с выхода первого блока 10 нелинейной функции, вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный

-2cos(2) = -2cos() °

27f 4«Йф

f f) В момент выдачи генератором 7 импульсов k-го синхроимпульса на выхоз

145716 де АЦП 1 появляется цифровой сигнал у, являющийся значением входного аналогового сигнала в момент выработки k-ro синхроимпульса. Сигнал у подается на вход первого цифрово»

ro сумматора 3 и на вход второго цифрового сумматора 20. При этом первый элемент 2 цифровой задержки, синхронизируемый генератором 7 импульсов, выдает сигнал у„,, являющийся цифровым значением входного аналогового сигнала в момент выработки (k-1)-го импульса генератором 7 импульсов. .15

Сигнал у„, после умножения в цифровом умножителе 12 на коэффициент

2«fc

-2cos() поступает на вход суммаf тора 3. 20

Кроме того, в рассматриваемый мо-1 мент времени на выходе второго элемвнта 14 цифровой задержки, синхронизируемого генератором 7 импульсов, выдается сигнал у,, являющийся циф- 25 ровым значением входного аналогового сигнала в момент выработки (К-2)-ro. импульса генератором 7 импульсов.

Сигнал у„ поступает на вход сум" матора 3, а также после умножения в 30 цифровом умножителе 18 на коэффици

4Ж, ент -2соз() ноступает на вход

fg второго цифрового сумматора 20.В тот же момент ремени на выходе тРетьего эле 35 мента 27 цифровой задержки, синхронизируемого генератора 7 импульсов, выдается сигнал у„, являющийся цифровым значением входного аналогового сигнала в момент выработки

46. (k-4)-ro, импульса генератором 7 импульсов. Сигнал у„+ поступает на вход цифрОвого сумматора 20.

1/(2 + 2/cos () /) .

1 (3) Аналогично пятый блок 17 нелинейной функции вырабатывает в цифровом виде сигнал, равный обратной величине суммы модулей коэффициентов при выборках в выражении (2),, т.е. сигнал 82, равный

/(2, 2/соз(с)/)

4« с

45 3 (4) После умножения сигнала h., (см. выражение (1)), поступающего с выхода сумматора 3, на сигнал S, (см. выражение (3)) с выхода второго блока

11 нелинейной функции, осуществляемого цифровым умножителем 13, и умножения сигнала Ь (см. выражение (2)), поступающего с выхода сумматора 20, на сигнал S2 (см. выражение (4)) с выхода пятого блока 17 нелинейной функции, осуществляемого цифровым умножителем 19, на выходах цифровых умножителей 13 и 19 вырабаТаким образом, сумматором 3 вычисляется сигнал Ь ., равный у + (-2cos())ó + у,(1) 2« fe

k.2 »-4 а сумматором 20 вычисляется сигнал

5, равный а!

1 у +(2соз(. )) у» + у» (2)

4Мс

»-i

Ф гДе У»4 У1,2 « у... у, - выборки, т,е. цифровые значения мгновенных значений синусоиды (поступающей с генератора 6 синусоидального напряжения),полученные в моменты возникновения соответственно (k-4)-го, (k-2)-ro (k-1)-ro и, k-ro импульсов на выходе генератора 7 импульсов, — значения оценок частот соответственно синусоидального,;сигнала (на выходе генератора

6 синусоидального напряжения) и им" пульсов (на выходу генератора 7 импульсов).

При этом величины, и Д2 характеризуют погрешности аналого-цифрового преобразования.

Второй блок 11 нелинейной функции вырабатывает в цифровом виде сигнал, равный обратной величине суммы модулей коэффициентов при выборках в выражении (1), т.е. сигнал S<, равный

1457161 тываются значения величин, характеризующих погрешности преобразования, приведенные к одной выборке.

Величина, выработанная на выходе цифрового умножителя. 13, поступает на блок 4 вычисления статистических характеристик, а величина, выработан« ная на выходе цифрового умножителя

19, поступает на блок 23 вычисления 1О максимума. В данных блоках осуществляется вычисление оценок. Р, и Р максимального значения погрешности преобразования соответственно..

Если оценки P и Р максимально- 15 го значения погрешностй, полученные на выходе блока 4 вычисления статистических характеристик и на выходе блока 23 вычисления максимума соответственно, отличаются друг от дру- 2О га, то зто свидетельствует о наличии составляющей погрешности, обусловленной погрешностью измерения частот.

Цифровой сигнал, равный величине 25

Р, после инвертирования в блоке 24 инвертирования и цифровой сигнал, равный величине Р, поступают на вход цифрового сумматора 21, в котором осуществляется вычисление цифра" 30 вого сигнала, равного величине (P +

+ (-Р )).

В четвертом блоке 16 нелинейной функции, на вход которого поступают цифровой сигнал, равный

+(Р), 2 с

-2cos (), 3

Блок 34 масштабирования блока 16 нелинейной функции, на вход которого поступает цифровой сигнал, равный

40 272

-2соз ()

f) -4cos() 2М, f.

50 Данная величина поступает на вход пятого цифрового умножителя 28, где умножается на значение S (см,выражение (4) цифрового умножителя 28, где умножается на значение S (см . выражение (4)) цифрового сигнала, поступающего с выхода пятого блока

17 нелинейной функции. Таким образом, на выходе цифрового умножителя с выхода первого блока 10 нелинейной функции, цифровой сигнал S< (см. выражение (4)) с выхода пятого блока

17 нелинейной функции, цифровой сигнал S (см.выражение (3} с выхода второго блока 11 нелинейной функции и цифровой сигнал, равный сумме (Р + (Р )}, с выхода третьего циф рового сумматора 21 осуществляется вычисление цифрового сигнала Р, равного величине погрешности оценки Р вычисленной в блоке 4 вычисления статистических характеристик.

Данная величина индуцируется в блоке 26 индикации и контроля. Блок .26 может, например, содержать устройства для преобразования характеристики Р,в визуальное изображение, удобное для восприятия оператором, и сравкивающее устройство, вырабатывающее сигнал отказа, если значение величины Р превышает некоторый nob, por, величина которого заранее определяется оператором на основании предварительных оценок точности работы отдельных блоков устройства (например, измерителей частотыблоков 8 и 9).

Кроме того, цифровой сигнал Р с выхода блока 16 нелинейной функцйи поступает после инвертирования в блоке 25 инвертирования на вход цифрового сумматора 22, на второй вход которого поступает цифровой сигнал, равный оценке Р, максимального значения погрешности работы АЦП 1, с выхода блока 4 вычисления статистических характеристик.

Таким образом, на выходе цифрового сумматора 22 вырабатывается цифровой сигнал, равный величине которая является более точной оценкой максимального значения погрешности аналого-цифрового преобразования, так как в ней отсутствует составляющая ошибки Р, обусловленная конечной точностью измерения частоты сигналов °

Полученная оценка максимального значения погрешности работы АЦП 1 индуцируется в блоке 5 индикации. с выхода блока 10 нелинейной функции (фиг. 2), вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный величине

1457161

cos(" ) .

2 с

2 fc

2 + 2/сов()/.

50 -2сов (— ), 2ю Е

4S /cos()/ - S, 21fñ

2 2М.

4cos (— - - -), 9

28 вырабатывается цифровой сигнал, равный

2" йс

-4$ cos() . 9

Данная величина поступает на первый вход блока 33 суммирования, на . второй вход которого поступает (после инвертирования в блоке 32 инвертирования) цифровой сигнал S (см. выражение (3)) с выхода второго блока 1.1 нелинейной функции. На выходе блока 33 суммирования вырабатывает« ся сигнал, равный величине

4$ /cos()/ + (-$,) .

2н<с

Данный сигнал поступает на вход шестого блока 31 нелинейной функции, на выходе которого вырабатывается цифровой сигнал, равный

4$ /cos()/ — $, 2ийс

Этот цифровой сигнал поступает на вход цифрового умножителя 30.

На выходе шестого цйфрового умноI жителя 29, на вход которого поступает цифровой сигнал, равный с выхода третьего цифрового сумматора 21 и цифровой сигнал S, (см. вьг ражение (3)) с выхода второго блока

11 нелинейной функции, вырабатывается цифровой сигнал, равный

Я (Р - Р ).

Данный цифровой сигнал также пос« тупает на вход седьмого цифрового умножителя 30. Таким. образом, на выходе цифрового умножителя 30 вырабатывается сигнал P равный

При этом выход цифрового умножителя 30 (фиг. 2) является выходом блока 16 нелинейной функции.

Блок 35 деления блока 10 нелинейной Функции, на вход которого пос.. .тупают цифровые сигналы f и f c выходов частотомеров 8 и 9 (фиг. 2) соответственно, вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный отношению и /f . Данный сигнал после умножения в блоке 36 масштабирования на коэффициент 2 е поступает на вход блока 37 вычисления функции, на вы. ходе которого вырабатывается цифро10 вой сигнал, равный значению Функции

15 Данный сигнал после умножения в блоке 38 масштабирования на коэффициент (-2) поступает на выход блока

10 нелинейной функции.

Блок 39 суммирования блока 11 не20 линейной функции, на вход которого поступает цифровой сигнал, равный

27if

-2cos ()

3 с выхода первого блока 10 нелинейной функции (фиг. 1) вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный сумме

Данный сигнал поступает на вход блока 40 вычисления обратной величи35 ны, на выхсде которого вырабатывается цифровой сигнал, равный

1/{2 + 2/cos () /) .

2 йГс

При этом выход блока 40 является выходом блока 11 нелинейной функции.

Аналогично может быть реализован и блок 17 нелинейной Функции.

45 цифровой умнОжитель 41 HB Оба входа которого поступает цифровой сигнал с выхода блока нелинейной функции 10, равный вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный который (после инвертирования в F>ao1457161 ке 42) поступает на вход блока 43 суммирования. Данный блок вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный

2+ (4соз ())

27йс

4Ыс

-2сов(— -)

Ф

f) который поступает на выход блока

15 нелинейной функции.

Совокупность блока 44 сравнения и регистра 46 памяти предназначена для вычисления наибольшего, а совокупность блока 45 сравнения и регистра 47 памяти - для вычисления наименьшего значения цифрового сигнала, поступающего на вход блока 4 вычисления статических характеристик.

Рассмотрим работу блоков 44 и 45.

Первоначально в регистр 46 памяти записан цифровой сигнал, равный нулю. Работа начинается с прИхода импульса с генератора 7 импульсов. По этому сигналу осуществляется передача содержимого регистра 46 памяти на третий вход блока сравнения, на второй вход которогб поступает цифровой сигнал с выхода цифрового умножителя 13. Блок 44 сравнения осуществляет сравнение цифровых сигналов, поступивших на его второй и третий входы, и к моменту поступления очередного импульса с генератора 7 импульсов вырабатывает сигнал на своем выходе только в том случае, когда цифровой сигнал на его втором входе больше цифрового сигнала на третьем входе (a регистре 46 памяти).

Сигнал с выхода блока 44 поступает на третий вход регистра 46 памя ти. Данный сигнал (сигнал разрешения записи) осуществляет запись в регистр ,цифрового сигнала, присутствующего на его втором входе, до появления сигнала разрешения записи, Таким об.разом, до прихода очередного импульса с выхода генератора 7 импульсов в регистре 46 памяти будет записан код наибольшего из цифровых сигналов, выработанных к этому моменту на выходе цифрового умножителя 13.

Аналогично работает и совокупность блоков 45 и 47, причем, в регистре

45 памяти будет храниться код наи" меньшего цифрового сигнала, выработанного на выходе цифрового умножителя 13.

Блок 48 вычитания вырабатывает на выходе цифровой сигнал, равный разности наибольшего и наименьшего значений, т.е. равный оценке P макси-! мального значения погрешности.

Аналогично может быть реализован и блок 23 вычисления максимума.

Фо р м ул а и з о б р е т е н и я

Устройство для определения характеристик аналого-цифрового преобразователя по авт. св. й,936419, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с!

5 линейной функции, а выход соединен с вторым входом третьего цифрового умножителя и с входом пятого блока не40 линейной функции, выход которого соединен с первым входом четвертого цифрового умножителя и с вторым входом четвертого блока нелинейной функции, выход третьего цифрового умножителя соединен с вторым входом второго цифрового сумматора, третий вход которого является входной шиной, а выход соединен с вторым входом четвертого цифрового умножителя, выход которого соединен с первым. входом блока вычисления максимума, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, а выход соединен с первым входом третьего цифрового сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого блока ин50

55.,целью повьппения точности определения. погрешности преобразования, повыщения достоверности оценок статических характеристик погрешности преоб20 разования и расширения функциональных возможностей, в него введены третий, четвертый и пятый блоки нелинейной функции, третий и четвертый цифровые умножители, второй, третий и четвертый цифровые сумматоры, блок вычисления максимума, два блока инвертирования, блок индикации и контроля и третий элемент цифровой задержки, первый вход которого подключен к вы-30 ходу генератора импульсов, второй вход объединен с первым входом третьего цифрового умножителя и подключен к выходу второго элемента цифровой задержки, а выход соединен с первым входом второго цифрового сумматора, вход третьего блока нелинейной функции объединен с первым входом четвертого блока нелинейной функции и подключен к выходу первого блока неll

145716 вертирования, вход которого объединен с первым входом,четвертогo Igloo рового сумматора и подключен к выхо- ду блока вычисления статистических характеристик, третий вход четвертого блока нелинейной функции подклю,чен к выходу второго блока нелинейной функции, четвертый вход соединен с выходом третьего цифрового сумма- 1О тора, а вьисод - с входами блока ин)2 дикацин и контроля и второго блока инвертирования, выход которого соединен с вторым входом четвертого цифрового сумматора, выход которого подключен к входу блока индикации, второй вход блока вычисления статистических характеристик подключен к выходу генератора импульсов, а выход блока индикации и контроля является четвертой выходной шиной.

1457161 фМ О,И фЮ 4Р7ю

Фиг.7

1457161

100 ао Ои аз О и у

Фи/

Составитель И.Романова

Редактор А.Мотыль Техред Л.Олийнык Корректор .Э.Лончакова

Заказ 1807 Тираж 335 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета, до изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, М35 Рауыская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул. г р

1 И л. Гага ина 101