Способ и устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем



Способ и устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем
Способ и устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем
Способ и устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем

 

H03M1/10 - Кодирование, декодирование или преобразование кода вообще (с использованием гидравлических или пневматических средств F15C 4/00; оптические аналого-цифровые преобразователи G02F 7/00; кодирование, декодирование или преобразование кода, специально предназначенное для особых случаев применения, см. в соответствующих подклассах, например G01D,G01R,G06F,G06T, G09G,G10L,G11B,G11C;H04B, H04L,H04M, H04N; шифрование или дешифрование для тайнописи или других целей, связанных с секретной перепиской, G09C)

Владельцы патента RU 2507681:

Аванесян Гарри Романович (RU)

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для контроля работы аналого-цифровых преобразователей без применения специальных тестовых сигналов. Технический результат - повышение точности выявления возникающих искажений за счет выявления искажений до начала амплитудного ограничения. В основе изобретения лежит факт изменения среднего значения случайного процесса в результате его нелинейного преобразования. Случайный процесс с нулевым средним после прохождения устройства с монотонной нелинейной характеристикой изменяет свой спектральный состав таким образом, что в нем появляется постоянная составляющая, зависящая от степени выраженности нелинейности. Таким образом, технический результат достигается измерением и анализом среднего значения цифрового кода на выходе контролируемого аналого-цифрового преобразователя. Устройство для выявления нелинейных искажений содержит блок вычитания, блок измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, в вариантном исполнении устройство состоит из блока измерения среднего значения цифрового кода и блока принятия решений. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для контроля работы аналого-цифровых преобразователей без применения специальных тестовых сигналов.

Известен способ, который может быть использован для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в преобразуемый сигнал. Способ предусматривает статистическую оценку одного из показателей выходного сигнала (цифрового кода) за некоторый интервал времени и сравнение его с заранее заданным пороговым уровнем, при превышении порогового уровня выносят решение о наличии искажений. Информативным показателем может быть, например, дисперсия выходного сигнала, преобразованного в цифровой код. Для реализации способа служит устройство, состоящее из блока статистической оценки уровня сигнала и компаратора [Пат. RU 2274868. Опубл. 20.04.2006. Бюл. №11].

Упомянутый способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет контролировать появление нелинейных искажений в АЦП без применения тестовых сигналов, извлекая информацию из рабочего случайного сигнала с произвольным спектром. Однако недостатком его является низкая точность выявления искажений, обусловленная тем, что способ позволяет выявлять нелинейные искажения, вызванные только амплитудным ограничением выходных сигналов, то есть в ситуациях, когда искажения достигают достаточно больших значений. Фактически он является способом статистического контроля уровня выходного сигнала.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении точности выявления возникающих искажений за счет выявления искажений до начала амплитудного ограничения.

По первому варианту технический результат достигается тем, что в способе выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, предусматривающем подачу на вход аналого-цифрового преобразователя знакопеременного сигнала с нулевым средним, согласно изобретению уменьшают выходной цифровой код на величину, равную значению выходного кода при нулевом входном сигнале, после чего измеряют модуль среднего значения цифрового кода, сравнивают его с пороговым значением, отличным от нуля, и если измеренный модуль среднего значения цифрового кода превосходит пороговое значение, то выносят решение о наличии искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал.

При этом пороговое значение задают, исходя из требований к допустимому уровню нелинейных искажений.

Кроме того, для достижения технического результата по первому варианту, устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, согласно изобретению содержит блок вычитания, блок измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, первый вход блока вычитания является входом устройства, выход блока вычитания соединен со входом блока измерения модуля среднего значения цифрового кода, выход которого соединен со входом блока принятия решений, второй вход блока вычитания является входом фиксированной величины.

По второму варианту технический результат достигается тем, что в способе выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, предусматривающем подачу на вход аналого-цифрового преобразователя знакопеременного сигнала с нулевым средним, согласно изобретению измеряют среднее значение цифрового кода на выходе аналого-цифрового преобразователя, сравнивают его с заранее заданным эталонным значением, если измеренное среднее значение цифрового кода отличается от эталонного значения более чем на допустимую величину, то выносят решение о наличии искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал.

При этом эталонное значение определяется цифровым кодом на выходе аналого-цифрового преобразователя при нулевом входном сигнале.

Кроме того, для достижения технического результата по второму варианту, устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, согласно изобретению содержит блок измерения среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, выход блока измерения среднего значения цифрового кода соединен со входом блока принятия решений, вход блок измерения среднего значения цифрового кода является входом устройства.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом.

На фиг.1 виде графиков зависимости напряжения от времени показаны три случая искажений в устройстве с нелинейной характеристикой случайного сигнала, представленного нормированными значениями Uвых/U0 (Uвых - выходное напряжение устройства, вносящего искажения, U0 - выходное напряжение устройства при нулевом входном сигнале).

На фиг.2 и фиг.3 приведены функциональные схемы устройств для выявления нелинейных искажений, выделенные штриховыми линиями.

На фиг.1 выделены три участка Т1, Т2 и T3 (интервалы времени), каждому из которых соответствует определенный уровень искажений.

Схема по фиг.2 содержит контролируемый АЦП 1, блок 2 вычитания, блок 3 измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок 4 принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, первый вход блока 2 вычитания является входом устройства, выход блока 2 вычитания соединен со входом блока 3 измерения модуля среднего значения цифрового кода, выход которого соединен со входом блока 4 принятия решений, второй вход блока 2 вычитания является входом фиксированной величины Код «нуля».

Схема по фиг.3 содержит контролируемый АЦП 5, блок 6 измерения среднего значения цифрового кода и блок 7 принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, выход блока 6 измерения среднего значения цифрового кода соединен со входом блока 7 принятия решений, вход блока измерения среднего значения цифрового кода является входом устройства.

В основе настоящей группы изобретений лежит факт изменения среднего значения случайного процесса в результате его нелинейного преобразования. Случайный процесс с нулевым средним после прохождения устройства с монотонной нелинейной характеристикой изменяет свой спектральный состав таким образом, что в нем появляется постоянная составляющая, зависящая от степени выраженности нелинейности. Теоретическое обоснование указанного приведено в работе [Аванесян Г.Р. Определение нелинейных искажений сигналов по измерениям во временной области // Журнал радиоэлектроники, №2, 2011]. В качестве иллюстрации на фиг.1 показаны три случая прохождения случайного процесса с нулевым средним через устройство с нелинейной характеристикой. Различные нелинейные искажения создавались при постоянной нелинейной характеристике изменениями уровня входного сигнала. В результате кроме ожидаемого изменения уровня выходного сигнала было зафиксировано и изменение его среднего значения. Из фиг.1 видно, что с ростом нелинейных искажений, вызванных ростом уровня сигнала, наблюдается и рост среднего значения выходного сигнала. Наименьшим искажениям, условно принятым за нулевой уровень, соответствует среднее значение выходного сигнала Ucp1, полученное на интервале Т1. Сигналу на участке T2 соответствует среднее значение Uср2, а сигналу на участке T3 - значение Uср3. Причем несложно видеть, что Ucp1<Ucp2<Uср3.

Из вышеизложенного следует, что задача выявления нелинейных искажений, возникающих в АЦП процессе преобразования входного аналогового сигнала uвх с нулевым средним в цифровой код u(n), может быть обоснованно сведена к измерению и анализу среднего значения кода на выходе контролируемого АЦП. Возможны два варианта. Согласно первому перед измерением среднего значения выходного кода АЦП из выходного кода вычитают нулевой уровень u0 - код на выходе АЦП, соответствующий нулевому входному сигналу (код «нуля»). Это необходимо для удаления постоянной составляющей на выходе АЦП, которая присутствует на его выходе при работе с биполярными сигналами и, как правило, равная половине диапазона возможных значений выходного кода. Для этого предусматривается блок 2 вычитания (см. фиг.2), на вход вычитаемого которого подается код, соответствующий нулевому входному сигналу. Указанный код может быть определен либо экспериментально до начала контроля АЦП 1 при отсутствии входного сигнала, либо получен из документации на контролируемый преобразователь. После измерения в блоке 3 модуля среднего значения, полученный результат сравнивается в блоке 4 принятия решений с заранее заданным порогом Н. При равенстве или превышении порога выносится решение о наличии в выходном коде контролируемого АЦП искажений. То есть принцип действия устройства сводится к проверке выполнения неравенства: 1 N i = 1 N | u ( n ) u 0 | H , в котором N - количество значений выходного кода, участвующих в процессе усреднения. Сравнение с порогом Н, отличным от нуля, необходимо для задания некоторого коридора допустимых значений, что вызвано наличием на практике как погрешностей аналого-цифрового преобразования, так и погрешностей усреднения. Значение Н может составлять несколько единиц (например, соответствовать коду числа из диапазона 2…4) и зависит как от вышеуказанных погрешностей, так и от требований, предъявляемых к порогу выявления искажений. Чем выше допустимый уровень нелинейных искажений, тем выше должен выбираться порог H. Оптимальным является определение порога экспериментальным путем на этапе разработки устройства с учетом всех вышеуказанных факторов.

По второму варианту работа устройства (см. фиг.3) сводится к измерению среднего значения выходного кода u(n) контролируемого АЦП 5 и определению в блоке 7 принятия решений: выполняется двойное неравенство u 0 Δ u 0 < 1 N i = 1 N u ( n ) < u 0 + Δ u 0 или нет. Если указанное неравенство соблюдается, то выносится решение об отсутствии искажений, в противном случае выносится решение о наличии нелинейных искажений. Присутствующая в приведенном неравенстве величина Δu0 призвана учесть допустимый диапазон изменений среднего значения, в пределах которого решение о наличии искажений еще не выносится. Правила выбора значения Δu0 те же, что и величины Н.

Относительно реализации блока принятия решений отметим следующее. При реализации функций указанного блока аппаратно в первом случае блок 4 может представлять собой компаратор двоичных кодов, на один из входов которого (сигнальный вход) подается код с выхода блока 3, а на другой (опорный вход) - код порога Н. Входы компаратора выбираются таким образом, чтобы при превышении порога Н происходило срабатывание компаратора. Выход компаратора будет являться выходом блока 4. Во втором случае, касающемся блока 7, необходимо применение двух компараторов, один из которых будет срабатывать в том случае если код на сигнальном входе больше кода, соответствующего значению величины u0-Δu0, подаваемой на опорный вход, а другой при превышении величины u0+Δu0, подаваемой на его опорный вход. При объединении выходов двух указанных компараторов по логической схеме ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ) на выходе логического элемента, выполняющего данную операцию, будет появляться логическая единица при несоблюдении неравенства u 0 Δ u 0 < 1 N i = 1 N u ( n ) < u 0 + Δ u 0 и логический нуль при его соблюдении. Что же касается программной реализации блока сравнения, то этот вариант предпочтителен при исполнении всего устройства на базе универсального микропроцессора. В этом случае проверка соблюдений вышеприведенных неравенств осуществляется достаточно просто с использованием стандартных алгоритмов.

1. Способ выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, предусматривающий подачу на вход аналого-цифрового преобразователя знакопеременного сигнала с нулевым средним, отличающийся тем, что уменьшают выходной цифровой код на величину, равную значению выходного кода при нулевом входном сигнале, после чего измеряют модуль среднего значения цифрового кода, сравнивают его с пороговым значением, отличным от нуля, и если измеренный модуль среднего значения цифрового кода превосходит пороговое значение, то выносят решение о наличии искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что пороговое значение задают, исходя из требований к допустимому уровню нелинейных искажений.

3. Устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, отличающееся тем, что оно содержит блок вычитания, блок измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, первый вход блока вычитания является входом устройства, выход блока вычитания соединен со входом блока измерения модуля среднего значения цифрового кода, выход которого соединен со входом блока принятия решений, второй вход блока вычитания является входом фиксированной величины.

4. Способ выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, предусматривающий подачу на вход аналого-цифрового преобразователя знакопеременного сигнала с нулевым средним, отличающийся тем, что измеряют среднее значение цифрового кода на выходе аналого-цифрового преобразователя, сравнивают его с заранее заданным с эталонным значением, если измеренное среднее значение цифрового кода отличается от эталонного значения более чем на допустимую величину, то выносят решение о наличии искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал.

5. Способ по п.4 отличающийся тем, что эталонное значение определяется цифровым кодом на выходе аналого-цифрового преобразователя при нулевом входном сигнале.

6. Устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, отличающееся тем, что оно содержит блок измерения среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, выход блока измерения среднего значения цифрового кода соединен со входом блока принятия решений, вход блок измерения среднего значения цифрового кода является входом устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к аналого-цифровой измерительной технике для измерения аналогового сигнала. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения аналогового сигнала за счет измерения скорости изменения аналогового сигнала с предварительно установленным пороговым значением.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля и управления в совокупности с арифметическими устройствами, которые реализуют различные арифметические процедуры над минимизированными позиционно-знаковыми структурами аргументов ±[mj]f(+/-)min троичной системой счисления f(+1,0,-1) с последующим преобразованием ее в аргумент аналогового сигнала напряжения ±UЦАПf([mj]) посредством функциональной структуры цифро-аналогового преобразования f1(ЦАП).

Изобретение относится к измерительной технике, автоматике, а также к технике преобразования цифровых величин в аналоговые и может быть использовано при создании высокоточных аналого-цифровых преобразователей и систем контроля параметров изделий электронной техники.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, и может быть использовано для преобразования угла поворота вала в код.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах управления технологическими процессами, в частности в автоматизированном электроприводе.

Изобретение относится к области вычислительной техники и может использоваться в системах автоматизации для прямого и обратного преобразования аналогового сигнала в цифровой код.

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах автоматического управления. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к аналого-цифровому преобразованию, а именно к кодовым шкалам преобразователей угла поворота вала в код.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике, в частности к преобразователям напряжения в длительность импульсов. .

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники. .

Способ оценивания отношения сигнал/помеха на длительности отрезка гармонического колебания относится к области радиотехники, а именно к технике радиосвязи, и может быть использован в системах передачи данных, в режиме, когда на длительности элементарной посылки применяется одночастотный гармонический сигнал в заданной частотной полосе без введения избыточности, для осуществления оценки качества канала связи.

Изобретение относится к технике измерений и может быть использовано для измерения напряженности электрического поля. .

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в радиотехнике, метрологии и других отраслях промышленности для прецизионного измерения разности фаз пары сигналов и ее изменения во времени.

Изобретение относится к импульсной технике и используется в задачах измерения параметров электромагнитных импульсов (ЭМИ). .

Изобретение относится к технике измерений амплитудных значений напряженности электромагнитных импульсов и предназначено для использования при измерении параметров импульсных электрических полей.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в объектах, связанных с транспортировкой и хранением углеводородных топлив. .

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для измерения магнитного поля и электрических токов в энергетике, в том числе в различных цепях телеконтроля и управления электротехнических, электромеханических устройств.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при физических исследованиях и в пьезотехнике при обработке технологических режимов нанесения пьезоэлектрических пленок, разработке и производстве ВЧ и СВЧ резонаторов и фильтров.

Изобретение относится к электротехнике, к эксплуатации электрических источников света в условиях нестабильного питающего напряжения. .

Изобретение относится к технике измерения электрических величин, а также к технике определения характеристик электронных потоков с магнитным удержанием и может быть использовано в высоковольтных и сильноточных электронно-лучевых приборах, находящих применение в электронной технике, при реализации разнообразных технологических процессов и в физическом эксперименте. Способ включает выделение тормозного рентгеновского излучения с участка поверхности твердого тела, бомбардируемого электронами, измерение характеристик тормозного рентгеновского излучения и определение энергетического распределения в пучке электронов на основе данных о тормозном рентгеновском излучении. В любой последовательности измеряют энергетический спектр тормозного рентгеновского излучения исследуемого электронного пучка и спектры тормозного рентгеновского излучения моноэнергетических пучков, создаваемых в той же системе формирования в условиях пренебрежимо малого разброса по энергии электронов в пучках, измеряют энергетические спектры тормозного рентгеновского излучения для моноэнергетических электронных пучков при n дискретных значениях энергии электронов в этих пучках, на основе данных об энергетических спектрах тормозного рентгеновского излучения для моноэнергетических электронных пучков рассчитывают функцию ядра обратного интегрального преобразования и определяют энергетическое распределение электронов в исследуемом пучке путем выполнения операции обратного интегрального преобразования с полученным ядром к функции, описывающей спектр рентгеновского излучения исследуемого электронного пучка. 4 ил.
Наверх