Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Целью изобретения является расширение границы реализуемости способа коррекции и повышение его быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что величина кодового образцового сигнала, используемого как добавка к первому эталонному кодовому сигналу при формировании второго эталонного кодового сигнала, вычисляется в каждом цикле итераций, при этом скорректированный кодовый входной сигнал вычисляется по формуле, приведенной в тексте описания изобретения. 5 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в различного назначения информационно-измерительных системах с высокими требованиями к точности преобразования сигналов.

Известны итерационные способы коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования с применением кусочно-линейной аппроксимации участков характеристики преобразователя в алгоритмах коррекции (1).

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ коррекции (а.с. N 1714808, 1992), в котором итерационный процесс поиска решения в нелинейной задаче осуществляется методом Ньютона.

Недостаток способа АКП по прототипу заключается в том, что при определенных характеристиках преобразователя, когда существенное значение имеет нелинейность, алгоритм коррекции оказывается нереализуемым. В тех случаях, когда характеристика преобразователя близка к критической, процесс АКП становится длительным.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе АКП код величины образцового сигнала К, используемый в виде добавки к коду первого эталонного сигнала при формировании кода второго эталонного сигнала, выбирается не постоянным, как в прототипе, по величине, а переменным и вычисляемым в каждом цикле итераций.

На фиг. 1а и 1б показана процедура определения К для выпуклой и вогнутой характеристик АЦП. Реализация предлагаемого способа АКП иллюстрируется на измерительно-вычислительном комплексе (ИВК), блок-схема которого приведена на фиг. 2.

ИВК включает ОЗУ 1, вычислитель 2, АЦП 3, коммутатор 4, ЦАП 5 и магистраль 7.

Покажем АКП по предлагаемому способу.

Из источника входного сигнала 6 измеряемая величина через коммутатор поступает на АЦП, и происходит цифровое измерение сигнала. Операцию аналого-цифрового преобразования входного сигнала обозначим через Результат преобразования через магистраль направляется в ОЗУ.

Для работы алгоритма коррекции необходимо сформировать два эталонных сигнала. В первом цикле коррекции в качестве цифрового эквивалента первого эталонного сигнала выбирается код , который принимается за первый нескорректированный код входного сигнала Далее осуществляется последовательное цифроаналоговое и аналого-цифровое преобразование первого эталона, которое обозначим через F(x_нск). F_нск y₁. Код y₁ запоминается в ОЗУ.

В прототипе для формирования кода второго эталонного сигнала используется постоянный по величине образцовый сигнал К. В предлагаемом способе АКП в каждом цикле коррекции величина сигнала К вычисляется, для чего через характеристику АЦП проводятся хорды до пересечения с линией .

В первом цикле коррекции величина K₁ определяется по формулам: , здесь характеристика АЦП является выпуклой. Хорда проведена из точки x 0, y 0 до точки x x_нск, y y₁. К₁ находится на пересечении хорды с линией (фиг. 1а).

, здесь характеристика АЦП является вогнутой. Хорда проведена из точки x x_м, y y_м до точки x x_m, y y₁. K₁ находится на пересечении хорды с линией (фиг. 1б). Код второго эталонного сигнала обозначим через .

Запишем операцию последовательного цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования второго эталонного сигнала:
Первый скорректированный код входного сигнала вычисляется по формуле

В последующих циклах итераций i 2.n код величины образцового сигнала К_i вычисляется по единой формуле:

Формулы для вычисления второго эталонного сигнала и скорректированного кода входного сигнала i-го цикла имеет вид:

Для i 2 К₂ вычисляется по формуле:

Хорда в этом случае проведена между точкой и точкой x x_1ск, y y₂.

Пересечение хорды с линией позволяет определить К₂.

Останов решения может произойти в двух случаях:
с выдачей скорректированного кода входного сигнала
с выдачей скорректированного кода входного сигнала x_nск.

Код x_iск в (i + 1) цикле используется как первый эталон.

На фиг. 3 приведен пример, когда алгоритм АКП по прототипу является нереализуемым, т.к. величина x_1ск выходит за пределы характеристики.

Фиг. 4 и 5 иллюстрируют быстродействие АКП по прототипу и по предлагаемому способу. Итерационный процесс дает решение по прототипу через 4 цикла, по предлагаемому способу через 2. Таким образом, введение вычисления К методом хорд позволяет повысить быстродействие АКП.

Формула изобретения

Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, заключающийся в формировании кодового сигнала, пропорционального входному аналоговому сигналу с последующим его запоминанием, осуществления n циклов коррекции, в первом из которых формируют первый эталонный кодовый сигнал, в качестве которого используется запомненный кодовый сигнал с последующим цифроаналоговым и аналого-цифровым его преобразованием с запоминанием результата, после чего формируют второй эталонный кодовый сигнал путем добавления образцового кодового сигнала к первому эталонному кодовому сигналу с последующим цифроаналоговым и аналого-цифровым его преобразованием с запоминанием результата, вычисляют скорректированный код входного аналогового сигнала по кодовым сигналам, пропорциональным входному и двум эталонным сигналом, запоминают его и сравнивают с запомненным кодовым сигналом, пропорциональным входному сигналу, если полученная разность не превышает наперед заданную величину формируют выходной кодовый сигнал, равный скорректированному кодовому сигналу, в противном случае осуществляют следующие циклы коррекции, в которых в качестве первого эталонного кодового сигнала используют запомненный в предыдущем цикле коррекции скорректированный кодовый сигнал, отличающийся тем, что вычисление скорректированного кодового сигнала осуществляют по формуле

Xⁱ_(i-1)CK=X_(i-1)CK+K_i;
при этом для i=1;




для i=2.n;

останов циклов коррекций производят при выполнении одного из критериев:

выдается решение Х'_(n-1)ск;

выдается решение X'_nск;
где i нумерация циклов коррекций;
X_к, Y_х кодовые сигналы, пропорциональные максимальным значениям входного и выходного сигналов АЦП;
X_iск скорректированный код входного сигнала;
результат цифрового измерения входного сигнала;
результаты аналого-цифрового преобразования первого и второго эталонных сигналов;
K_i код величины образцового сигнала;
Δ - допустимая погрешность коррекции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5