Автоматическое устройство для измерения динамических характеристик аналого-цифровых преобразователей

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1п1 6053I3

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 14.06.76 (21) 2372543/21 с присоединением заявки ¹ (51) Ч. Кл.- аН ОЗК 13/02

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325(088,8) (43) Опубликовано 30.04.78. Бюллетень ¹ 16 (45) Дата опубликования описания 21.04.78 (72) Авторы изобретения

И. П. Белякова, В. В. Островерхов, В. В, Павлов и И. В. Шапошникова (71) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области цифровой измерительной техники и предназначено для автоматического измерения характеристик динамической погрешности аналого-цифровых преобразователей (АЦП).

С ростом быстродействия АЦП и в связи с использованием их для измерения изменяющихся процессов возникает необходимость оценки динамических характеристик АЦП (быстродействия, статистических характеристик динамической погрешности, времени установления и др.).

Известно устройство для поверки АЦП в динамике, содержащее аналоговый генератор образцового синусоидального сигнала, поверяемый АЦП, схему управления, образцовый прибор для измерения действующего значения входного синусоидального сигнала, избирательный усилитель, фазовращатель, индикаторное устройство, низкочастотный формирователь, каскад совпадений, умножитель частоты. Оно позволяет измерять мгновенные значения синусоидальпого сигнала заданной частоты в дискретные моменты времени (1).

Данное устройство имеет сложную структуру, содержит в своем составе в основном приборы и узлы аналогового типа, которые существенно ограничивают метрологические возможности устройства. Основной недостаток известного устройства — низкое быстродействие. В приборе вручную производится установка фазы, амплитуды, частоты генерируемого сигнала, а аналоговый принцип генерирования сигнала не позволяет автоматизировать процесс поверки и определять автоматически динамическую погрешность.

Из автоматических устройств поверки известно устройство, которое предназначено для измерения статистических характеристик слу10 чайны; погрешностей АЦП в статике (входной сигнал — постоянная величина). Данное устройство содержит образцовьш цифро-аналоговый преобразователь, блок цифровой уставкп кода образцового сигнала, арифметп15 ческое устройство, устройство управления, блок регистрации п поверяемый АЦП (2).

Наличие цифрового эквивалента образцового сигнала в данном устройстве позволяет полностью автоматизировать процесс повер20 кп АЦП в статике. Налп ше арифметического устройства позволяет производить определение случайных погрешностей и пх статистических характеристик.

Недостатком устройства является невоз25 можность с его помощью оценивать динамические погрешности АЦП (или другие динамические характеристики) пз-за отсутствия у стройсTB eH pItpoeaH>ter septi eH>toro ооразцового сигнала и его цифрового эквива30 лента, 3

ЦсJIBIO пзоорсгспия является изхlерсппе д11iia.III 1еской погрешности (сс характсристш<)

LLf,ll как функции частоты ы:одного гармо3шчсского сигнала.

Поставленная цель достигается тем, 1то з у сгр011стыо, содсрхкащее поверяемьш а алогоцпфроыоп преобразовагсль, образцовый цифро-а11ало1оыьш преобр азоыатсл1ь и рифме ги icское у стройсгыо, устройство у:1равлс шя, блок 13сг11страц11п, причс:1 выход образцсыог0 цпфро-аналогового прсооразователя сосдппсп с пз аср1ггсльным входом поверясмог0 аналого-ццфроы010 преобразователя, кодовый

ыыхОд IIOTop01 О связан с Одниъ1 из Входоз арифмсп1ческого устройства, выход которого соед.1пен с блоком регистрации, трп выхода

„сгройства управления соединены с соогыс1ству1ощцмп входам:i арифмстическо10 устройства, блок регистрации и образцоBOIO цифроапалогоыог0 преобразователя, введены дыa ц.фровых сумматора li два регистра синуса и косинуса, счетчик числа итераций, цифроупраыляемый мультивибратор, регистр чалоты, элемент If 1И, прп этом четвертьш выход уCT p OIICTBa упр вы I C II Ilsl CO PQIIIICII iap Ga p 0гистр ча готы с входом блока регистрации

li цпфроупраьлясмого мульгивибратора, Bblод IIOTOp010 соединен C уilpaB aiIIOUjiIAIII I31, 0дам. двух цифровых сумматоров и двух региc роы синуса и коашуса, а через с IBT èl

1.1сла пгсрацп11 — c входом у стройспза управления . с одним из ыходоы элех1с1г1а

Iii ill, дру1ой вход когоро1о связан с пятым выходов устройства управления и запускающим входом цпфроуравлясмого мультивибраТора, а выход — с соответствующим входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, управляющий выход которого соединен с соответстыущим входом арифмстическог0 устройства, кодовый вход которого сосдипсп с входом образцового цпфро-ана.1огово;о преобразователя и с одним из выходов регистра синуса, другой выход которог0 через сумматор косинуса соединен с входом регистра косинуса, выход которого через цпфровой сумматор синуса соединен с входом регистра синуса.

ifa фиг. 1 представлена блок-"хема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содер1кит Образцовый цифроа:-1алогоыый преобразователь 1 (ЦАП), пов рясмьш аналого-цифровой преобразователь 2, регистр 3 косинуса и регистр 4 синуса, цифровой сумматор 5 косинуса и цифровой сумматор 6 синуса, счетчик 7 числа итераций, цифроуправляемый мультивибратор 8, регистр 9 частоты, устройство 10 управления, элемент, ИЛИ 11, арифметическое устройство

12, блок 13 регистрации. При этом один выход устройства 10 связан с управляющим входом преобразователя 1, другой выход— с управляюшим входом блока 13, третий соединен с управляющим входом арифметического устройства 12, четвертый связан

605313 с входом регис1ра частоты 9, а пятый через элемент И. 1И 11 — - с управляющим входом преобразователя 2, другой вход элемента ИЛИ 11 соединен с выходом счетчика 7, дру-ой выход которого соединен с входом устройства 10. Кодовый выход регистра 9 частоты;Срез мультивибратор 8 связан с входом счетчика 7 и с управляющими входамп цифровых сумматоров 5 и 6 и регистров

10 3 ll 4 синуса 1. косинуса. 1(одовые выходы сумматоров 5 и 6 соединены с соответствуюшими входами регистров 3 и 4, и выходы рс1истров 3 и 4 с входами сумматоров 6 и 5 соответственно. Выход регистра 4 соединен с ыходом цифро-впало;ового преобразовате1, alia ioaовый

1ia измерительный вход поверяемого преобразователя 2, а кодовый выход — на вход устройства 12, другой вход которого соединен

20 с входом прс0013азоыатсля 1, а ) правляlощпй вход — c управляющим выходом преобразователя 2. 1(одовый выход устройства 12 связан с кодовым ьходоа блока 13, другой вход которого соединен с выходом регистра

9 частоты.

Работа устройства о уществляется следуюгцпм образом.

По сигналу «Г1уск» ы момент 4 происход.1т сброс регистров 3 и 4, сумматоров 5 и 6 в исходное состояние, а на регистре 9 устанавливается начальное значение интервала AIp, соответсгвующее минимальной частоте генерируемого образцового сигнала pip. Затем по сигналу с устройства управления 10 через элемент И.f1 I 11 происходит первый запуск преобразователя 2 и запуск мультивибратора 8. Мультивпбратор 8 генерирует тактовые импульсы с периодом следования Л4, задаваемым в регистре 9.

Тактовые импульсы мульп;виоратора 8 управля:от работой сумматоров 5 и 6 и регистров 3 и 4, которые формируют дискретные значения гармонического сигнала x(t) для моментов времени

45 (i = 0 — 1 и)

1 с частотой а =(О и) где и --. число формирусмы; значений x(t) за период синусоиды.

Формирование значений x(t,) сигнала x(t) осуществляется на основе итерационного алго55 ритма.

Вычисление значений х(4) осуществляется последовательно во времени, начиная с момента tp, когда х(4) =-О, по следующей итерационной формуле

60 1 х(/1) =х(/1 1)+и(/1 i) —, х, =O

П у(t,) = у(ti 1) — х(ti-i) —, у,=1

П

65 за i шагов, 605313

В момент

ЗО

Значения колов x(t; i) и д(4 — t) хранятся в сумматорах 6 и 5, а значения

У И! 1) х (Ус 1) и п в регистрах 3 и 4 соответственно, где происходит леление кодов х(4. т) и у(1. т} иа число п.

В каждый момент времени t-;, определяемый мультивибр атОрОМ 8, происходит суммирование кодов регистра 3 (4) и сумматора 6 (5) в сумматоре 6 (5), при этом в сумматоре 6 вычисляются значения sill(iieet;, а в сумматоре

5 значения cos(t»t;. Таким образом, с частотой о(т, задаваемой мультивибратором 8, процедура, записанная в фоомуле (1), позволяет за и шагов итерации сформировать и цифровых значений за период гармонического сигнала х(О. При этом с момента 4 счетчик 7 производит подсчет числа шагов итераций 1, а цифро-аналоговый преобразователь 1 пооизводит тек щее преобразование кажлого значения

x(t;) регистра 3 в яналоговуто форму

U,,з1пю,/,, с последующей аппроксимацией в интервалах (t;, /(+ 1. По импульсу «запуск» с выхода элеметтта 11 аналоговый сигнал

U,„sin(0,t, 1 ТА, tp+ tþ1, преобразуется в преобразователе 2 за время

/р в цифровой эквивалент p(ttt+4»), который из-за динамических свойств преобразователя

2 отличается от образцового х(4+(р) на величину динамической погрешности

Д (t, + „ ) — N (t, + „ ) = Ь (t, + /„). (2)

Определение динамической погрешности

A(tn+t„„) осуществляется в устройстве 12.

По ими льс аналого-цифрового преобразователя 2 «Конетт преобразования» колы

x(tn+tt,) образцового сигнала и=, регистра 3 кол g(4+t „) из пособразоватсля 2 считываются в устройство 12, где происходит определение разности по формуле (2).

Следующий «Запуск» преобразователя 2 определяется счетчиком 7, в котором задается частота запуска и ее соизмеримость с частотой измеряемого сигнала оо.

В момент t через элемент ИЛИ 11 (n (n, ntn =k) происходит второй запуск преобразователя, на вход которого подается синусоидальный сигнал

Uù siII (tatý tt (п л + t„ðf и в устройстве 12 определяется (аналогично описанному) новое значение динамической погрешности A(t„ +4„). После k преобразований различных участков гармонического сигнала (не обязательно в течение одного периода) в арифметическом устройстве (его памяти) будет накоплено k значений текущей динамической погретпиости, которые по импульсам устройства управления могут подвергаться в арифметическом стройстве текущей статистической обработке.

Со

Опрелсчяе тьттт Г тст тттт(охт 7, ня выходе устройства 12 бх IcT вьтчттслетl3 т<екоторяя стлтистическа я лттттл ттт теской погр спи;ости f (Ì (со Гчнее по модулю, cppzHHII квллоят и т. ч.) ччя частоты (», задаваемой регистрсм 9, Зятем значение члстоты с,1 вместе с cooòRpccT .ошей хаоактерпстикой f((A) считьтвлтотся 1 ми льгот устройства !О R бчот 13, глс осгистопnvются.

После этого oHHcaHHtHI процесс псвторяется,чля нового значеттия HBPToTII с, зя,члваемой в регистре 9 Г помошьто ) стройства 10.

Тяктт т Обпаsoxf, пооцесс повепки повторяется ччя за.чанного набора частот (с;) и позволяет снять зависимость f;(tf) от (1ь

Процесс повертстт может бт-ттт, поеколцтстт

Hptt достижении хяолктерттстики f:(Л) зачанного значения fÄÄ.

Оттрелепепттp (то(етття достижения Волго>т(но Виз;алт.но т с оегттгтрятоо (блок ) 13 или

ЯВТОМаТИЧЕГКтт В ЯРтт(ттМСTHHPCITO>f 3 СТООЙГТВГ

1 2. СоотВР-стВ -тОщл я частота сп; б .;тет клзьтил ть на .чона стттм ю тя Гтот . Вхолттого Гттгнала.

А.лплтттс лл U„, гяомонтт еского сигналя

U,,„,s1tI(t регx :ëèp с тся выкчточеиием ГоответГтв .тотттттх рлзт я "IAB пособоазовлтеля 1 Но сигняч f CTRnttcTR3 хпоавления. с(О р хт л а изобретения

Лвтохтяттт тест(ое устройство лля измерстт тя динамических характеристик аналого-цттфровых поеобрязовятелей, солержзщее поверясмьтй яняло "n-тттт(Ттоовотт поеобразователь. Обрлзповьтй пифро-аналоговый пособразовятслт,, лои(1ттетттчест(ое устоойство. i стройство 3 Hp3Rлеиия, блок регистрапии. вы.(оч ОбоOBHîâî,п пифро-aHалоBoBoto поеобрл=.овлтсля соелттттст

С ттЗМЕРтттЕЧЬттют ВХОЛОМ ПОВСРЯС (ОГО аНЛЛОго-цифрового преобрязовлтечя, кочовьтй выход которого cocчинен с О.чним из Входов яртт(Ьмстического устройства. выхоч которого спс ÷èНрН с блоком оегистрацтнт, Tplf Выходя стpoltcTB3 )правления соечинены с соответствющими входами ярифметичес<ого стоойствя, блока регистрятттттт и образцового Ilè(itpo-аН3логово о преоболзоиятеля. и» и т я Io III c е с я тем, что. с цельто т.змерения зявттсттмосттт лттня тттческой погрешности от тастоты Входного

СИГНаЛЯ, В НЕГО ВВЕЛЕНтт ЧЧЯ ттнфРОВЫХ ГУММЯтора и двя регистра сттнхся и косттнуся. счетчттк числа итераций. цифроупявляемьтй м льтивибт1лтор, оегHcTIE частоты, эле теттт ТТЛТТ.

IIPH STONE IPTBPPTbIÉ ВттХОЛ 3 CTPOIICTR3 УIIPÇRлештя соечинен через регистр частоты Г Вхочом блока оегистрации тт ттттфоо полвчяГчого хт Гльтттвттбрлторя. выхоч котооого соелттнсн Г HRЯВЛЯЮЩИМИ RXO×BÌÈ ЧВ»ГХ ПттфРОВттХ С. f тятОо0В H tBi х регттстров Гттн Гя и т(ОГттттх!Гл, я тсрсз счет птк числа итераций — - с входом

1СтРОйотна ХтПРаВЛЕНтт:-" И С ОДНИМ ИЗ ВХОЛОВ

=:лемента ИЛИ, другой вход которого связ",í

605313 фиг,1 с пятым выходом устройства управления и запускающим входом цифроуправляемого мультпвибратора, а выход — с соответствующим входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, управлгпощий выход которого соединен с соответствуlolllHM входом арифметического устройства, кодовый вход когорого соединен с входом образцового цифроаналогового преобразователя и с одним из выходов регистра сипуса, другой выход которого через цифровой сумматор косииуса сосдинен с входом регистра косинуса, выход которого чсрсз цифровой сумматор синуса сосдппен с входом регистра синуса.

5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 223475, кл. Н 03К 13, 00, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР № 319065, 10 кл. Н 03К, 13/02, 1970, 605313 (8с.г) (г )

Л tn tnp)

Sfen " пр), у 1 Jå —, ) î сс (Um ют Й1ог.

Мрр. npenfpnenpnnия — 1

Пуск т

1 !

1 апуск 4ц

5пр р

t о!

1 À à = .P o

7 иг.Z

Составитель Д. Голубович

Техред А. Кам ышн икова

Корректоры: Е. Мохова и О, Тюрина

Редактор Н. Коляда

Заказ 592/16 Изд. Ко 412 Тираж 1087 Подписное

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4;5

Типография, пр. Сапунова, 2