Устройство для измерения динамических характеристик аналого- цифровых преобразователей

 

lrrl666232

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (5Г1 1 К - (61) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22) Заявлено 01.04.77 (21) 2467303 18-21

Н ОЗК 13 00 с присоеди1нением заявки ¹â€”

Гасударственный комитет

СССР (23) .Приоритет— (43) Опубликова но 30.04.79. Бюллетень № 16 (45) Дата опубликования описания 30.04,79 (.= 3 } .., 6 =! .325 по делам изобретений и открытий (08S.8) (72) А вторы изобрете н ия И. П. Белякова, Б. Г. Вальский, В. В. Острсверхов и

В. В. Павлов (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение от носится к области цифровой электроизмерительной техники и предназначено для измерения характери ст1ик погрешности аналого-цифровых п реобразо вателей (АЦП) в ди намике.

При использова|нии АЦП для кодирова ния изменяющихся процессов .необходимо знание их ди намичеоких характеристик (быстродействия, статистических характеристик ди намиче ской погрешности в зависимостии от закона распределения, частотного спектра и вида корреляционной функции вход ного воздействия и др.).

Известно устройство для поверки АЦП в дииам ике, содержащее а налоговый генератор образцового синусоридального сигнала, п ро веряемый АЦП, схем у управления, образцовый пр ибор для измерения действующего значен|ия входного синусоидалыного сигнала, избирательный уси литель, фазов ращатель, ивдикаторное уст,ройствоо,;ни зкоч а сточный формирователь, каскад совпадений, умнож итель частоты.

Оно п|озволяет из мерять мгновенные значе,н ия синусоидалыного сигнала заданной частоты в ди скреъные моменты времени 11).

Такое устройство имеет сложенную структу ру, содержит в своем составе в основном узлы аналогового типа, которые существенно огра ничивают его метрологические

Возможно тп. пзIеет низкое бысгроденствне. требует ручной устанозкн фазы, амплитуды и частоты генерируемого сигчала, а аналоговый принцип генерирования сигцала не позволяет автоматизировать процесс поверки. Кроме того. основным недостатком этого устройства является то, что поверка динамических характепистнк АЦП В них проводится только на сннусондальном

10 образцовом входном сигнале, в то время как характеристики дичамической погрецгности АЦП существеино зависят от законна распределения и корреляцночиой функции входного сигнала.

15 Следует отметить. что это устройство позволяет оценить лишь суммарную погрешность АЦП (с)умму статической и динамической погрешности) .

Наиболее близким по технической сущ20 ности к данному .изобретению является устройство, содержащее датчик псевдослучайной кодовой последовательности, регистр, цифро-аналоговый преобразователь, поверяемый АЦП, цифровой вычнтатель, блоки д управления и обработки, а также генератор импульсов и аналоговый сумматор.

Такое устройство позволяет автоматически определять статическую погреш 1ость и время установления АЦП при подаче им30 пульсного входного с11гнала с выхо та циф660232

3 роаналогового преобразователя, управляемого датчиком псевдослучайной кодовой последовательности (2).

Это усгройство, хотя и является более универсальным, чем рассмотренное ра нее, так как анаожено датчиком случайных чисел, однако не позволяет оценивать статические характеристики динамической IIoгрешнссти АЦП.

С целью измерения характеристик динамической погрешности АЦП при воздействии псевдослучайных входных сигналов с задан ным законом распределения и заданной нормирован ной автокор реляциоиной функцией, в устройство, содержащее последовательно соединенные датчик псевдос.7учай ныY значений у1ровней, регистр уровней и цифроаналоговый преобразователь уровней, выход которого соединен с первым входом а|налогового сумматора, выход которого соединен с .измерительным входом поверяемогo аналого-цифрового преобразователя, выход «конец преобразования» последнего соединен с первым входом блока уHpaiaления, второй вход которого соединен,с,выходом генератора импульсов, а первый выход — с первым входом первого блоиа вычита|ния, второй и третий входы котор ого соединены соответственно с выходом регистра уровней и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового ггреобразователя, а выход — с первым входом блока обработки, второй выход блока управления соедHIHeIH со входом датчика псевдосл учай ных значений у ровней, вход генератора импульсов соед1и нен с шинной «пуск», дополн и тельно введены датчик псевдослучайных з начен ий скоростей, цифровой управляемый vriy bTiHiBHcrpaTop, ключ, реверcIrBIHbIH счетчик, цифроаналоговый преобразователь скоростей, репист|р запоминания выходного кода, второй бло к вычитания, блок задержки времени и элемент ИЛИ, причем 77регий выход блока yrrpaeления соеди нен с пе рвым входом элемента ИЛИ, а через блок задержки времени — со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соеди нен с запускающим;входом поверяемого аналого-цифрового,п реобразо вателя, четвертый выход блока управления соединен с первы ми входами репи стра запоминания

BbIxogiHoIro кода и ключа, пятый выход— с первым, входом второго блока вычитания, выход кото рого соединен со вторым входом блока об работки, второй выход блока управле ния соеди нен со входом датчика псевдослучайных значений скоростей, первый выход которого через последовательно соединенные ревероианый счетчик и цифроaiHaлоговый преобразователь скорости соединен со,вторым входом аналогового сумматора, второй выход датчика псевдослучайных з наче ний скорости через цифровой управ.7яемый мультивибратор соеди пен со вторым входом ключа, выход которого соединен со входом реверсивного счетчика, выход последнего соединен с четвертым входом первого блока вычитания, выход регистра запоми на ния выходного кода соединен со,вторым входом второго îчока вычита|ния, третий вход которого соединен со вторым входом, регистра запоминания выходного кода и с кодовым выходом поверяемо го аналого-цифрового преобразователя.

На фиг. 1 п рдста влена блок-,схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма его работы.

Устройство содержит датчик псевдослучайных значений уроаней 1, репистр уров15 ней 2, ци фроа налогolBbIH преобразователь уровней 3, датчик псевдослучайных значений скоростей 4, реверсив ный счетчик 5, цифроаналоговый преобразователь скоростей 6, а нало,говый сум,матор 7, циф,ровой управляемый мультивибратор 8, ключ 9, регистр запоми на ния выходного кода 10, поверяемый аналого-цифровой преобразователь 11, блок обработки 12, первый блок вычитания 13, второй блок вычитания 14, генератор им пульсов 15, блок упра в7ения

16, блок задержки времени 17 и логический элемент ИЛИ 18.

Работа у|стройства осуществляется следующим образом. зп По сигнал у «пуск» с генератора импульсов 15 начинают поступать сигналы в блок управления. При этом, по команде блока управления 16 производится сброс регистров 2 и 10, счетчика 5 и блоков выз5 чита ния 13 и 14 в исходное состояние, а каждый из датчика в псевдослучай ных последователыностей 1 и 4 генерирует одно из ч исел псевдослучайной последо вательности. Сл учай1ное число с выхода датчика 1

4О зап исы вается,в,регистр уровней 2 и преобразуется в эквивалентное значение напряжения с помощью цифроаналогового преобразователя уровней 3, которое подается на первый вход а налогового сум матора 7.

4», Случайное число с выхода датчика 4 поступает на вход цифрового, управляемого мультивибратора 8, который начинает генерировать импульсы с частотой, п ропорц иональной значению числа, поступившего

Б з на его вход. Импульсы соответствующей частоты через ключ 9 посгупают .на вход реверсивного счетчика 5, yrripaiaляющего

ЦАП скоростей 6, причем при поступлении каждого импульса на вход реверсивного

gg счнтчика 5 выходное напряжение ЦАП 6 изменяется,на вел ичи ну кварцита a(Up (ЛУ, выбирается з нач ителыно меньше величины младшего разряда .поверяемого AUD), которая,посту пает на второй вход аналоговоап го сумматора 7.

Таким образом на измерительный вход поверяемого АЦП 11 поступает образцовое напряжения (U„„. ), являющееся алгебраической суммой постоянного напряжения с выхода ЦАП 3 (Upr) и сгупенча660232

i10

2О то-|изменяющегося напряжения с выхода

ЦАП 6 (Up2) (фиг. 2). 02 QU0 f нум пр (1) где f пу — ча стота выходных импульсов цифрового у правляермого мульти ви брато ра 8;

3,р — ьрвмя преобразования поверяемого АЦП 11.

У вх.обр = 01 + 02. (2)

Од новрetMBHIHQ с гюдачей нап ря>кения

U».обр на измерительный вход поверяемого ЛЦП 11, значения об разцовых кодов регистра у роиней 2 (N yp ) и .реверсивного счетчHIlpa 5 (М,ч. ) сумм1ируются в пер вам блоке вычитания 13.

1ч вх.выч.1 = 1 ур + N сч (3)

По кома)нде залуска АЦП 11 с блока упра влвн ия 16 п роизводится первое преобразова ние, а чврез бло к задержками BpeMetHH

17 т хан тпр. вгорое преобравован»е разцового с игнала.

После окончания первого преобразования в момент времени 1к, сигнал «конец преоб разо ван ия» с выхода по веряемого

АЦП 11 поступает на первый вход блока управления 16, который выдает cHTIHal на

aaxpbltBIaIHtHe ключа 9, прекращая поступление им1пульсов на вход реверсивного счетчика 5.

Так и м образом, в конце первого преобразова ния имеем

Us>t.обр (t к,) Upl + U02 (I к,) = .Чвх.выч., (t к,) (4) .

Выходной код из поверяемого АЦП 11

N .... Ацп в момент времени 1 к, после пер вого преоб разова ния записывается в регистр запоми на ния выходных кодо в 10, кроме того, в первом блоке вычитания 13 п ро из водится вычитание этого кода из коДа 1 1 ВХ.вЫЧ.> (1 К, ) . РаЗНОСтЬ

АЦП.полн = Лвх.выч., (1 к ) жи вых, >,цп, (5) является суммар ной погрешностью преобразования .изменяющегося входного сигнала, включающей в себя статическую и динамическую со ставляющ ие:

Л АЦПполн = Л ЛЦП.сх + Л АЦП.лнн (6)

Второе преобразова ние поверяемый

ALIIl 11 про|изводит ntptH по стоян ном образцовом,входном сипнале U.»,spð (гк, ) .

После ко нца BTotporo преобразова ния во втором блоке вычита н ия 14 вычисляется разность между выходными кодами поверяемого АЦП 11 после netplBoro и второго преобразова н ий, которая п ре дставляет собой собствеяно ди нам ическую ошибку

АЦП

Л АцП.ннн = -Ч АЦП (1 к, ) — N ALln (t к,). (7)

Первый цикл преобразования зака нчивается после того, как содержимое блоков вычитания 13 и 14 nepentHcblaaeTcyI в блок обработки 12.

При последующих циклах преооразова,ний (см. фиг. 2 (tp2 — г y,, ) IH т. Д) по сигналам генератора импульсов 15 произВОдИтея ОцЕНКа ЛАЦП.„„н И ЛАЦП.лпн В

«00 зо

И

45.

5 5

65 соответствии с описанным рачее à lpоритмом. Число циклов задаегся блоком удравлвния 16 и определяется требуемым объемом выборки для г1олучвния соответствующих оценок, например статистических характеристик погрешноств в блоке ооработки 12.

Если в одном из 12иклов преоб разова ния

sx.sst÷.1 — .Х AI nìàx, (8) где - лцп,п;ах ход, соответсгвующ иЙ пределу измврения, то оценка погреш ностей поверяемого АЦП 11 в этом цикле не

npэиззолит ся.

Так как в общем случае д инамвческая погрвшность АЦП зависит от скорости измвнвния входного с ипназа и от значвнич входного сигнала в момент времени tp начала преобразования, то использован датчик»псввдослучайных значений уровней 1 с нормальным или равномвр ным законом распрвделвния и зада н ным математическирм ож.ида н ивм и дисперсией.

Т аким образом, устройство позволяет измвря ть характеристики динамической погрешности АЦП пр:.1 воздействии псевдослучай ных входных сигна10B с заданным закансхм равпределения и заданной а втокорреляцион ной функцией путем подачи на вход поверяемого АЦП образцового сигнала, являющегося суммой постоянного и ступенчато-ризменяюшегося, с оп|ределенными скоростями сигналов, без генерирования самого зада нного случайного входного процесса.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамичеGIpHx характеристик аналого-цифровых преобразователей, содержащее последовательно соединенные датчик псевдослучайных значений уровней, регист1р уровней .1 цифроа налоговый преобразователь уровчей, выход которого соединен с первым в одом аналогового сумматора, выход которого соедHHeH с измерительным входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, выход «конец преобразования» последнего соединен с первым входом блока управления; второй вход которого соединен с выходом гвнератора импульсов, а первый Bblход — с первым входом первого блока вычита ния, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом регистра уровней и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, а выход — с первым входом блока обработки, второй выход блока упра влен ия соединен со входом датчика псевдослучайных значений уровней, вход генератора импульсов соединен с шиной «пуск», о т л ич а ю щеес я тем, что, с цель о измерения

xapaIcTepncTnK динамической погрешности аналого-цифрового преобразователя при воздействии псевдослучайных входных сиг660232 налов с заданным законом распределения и задаяной но р ми рова1н ной автокор(реляциониoH функцией, в него дополнительно введены датчик,псевдослучавных значений скоростей, цифровой уп ра вляемый мультивиоратор, ключ, pBBBplQHIBIHbIH счетчик, цифроаналоговый преобразователь скоростей, регистр з апамин а ния выходного ко да, второй блок вычита н ия, блок задержки времени и элемент ИЛИ, причем третий выхюд блока у п ра вления соединен с перовым входом элемента ИЛИ, а через блок задержки нремеви — со вторым входом элемента

ИЛИ, выход которого соединен с запускающим входом поверяемого а налога-цифрового,преобразователя, четвертый выход блока управле н ия соединен с первым|и входами регистра за помина ния выходного кода,и ключа,,пятый выход — с первым входом второго блока вычитания, выход которого соединен со вторым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со входом датчика псевдо лучайных значений скоростей первый выход которого через последовательно соединенные

8 ревереи вный счетчик, цифроаналоговый п реобразаьатель скорости соединен со вторым входом а налогового cóììатора, второй выход датчика псевдослучайных значенчй

cKopoII TGH через цифровой уп|равляемый мультиви б ра pOlp соед и1нен со вторым входом ключа, выход которого соединен со входом реверсивного счетчика, выход послед него соединен с четвертым входом пер щ вого блока вычита ния, выход .репист|ра запоми на ния выходного кода соединен со втн>рым входом второго блока вычитания, тре ий вход кото рого соединен со вторым входом репи стра запоминания выходного

1; кода и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя.

Источ н ики информации, при нятые во анимаиие при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 223485, кл. Н ОЗК 1302, 1967.

2. К. Губер, Тестер для поверки аналого-цифровых преобразователей, «Электроника» (руссиий перевод), ¹ 13, 1972, д с. 61 — 62.

Редактор M. Трофимова

Составитель Н. Козлов

Корректор А. Галахова

Заказ 4169

1:(зд 3о 409 Тираж 1060

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

1,!ЗО35 Москва, 7К-35, Раушская наб., л. 4/5

Подписное

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома