Устройство для измерения динамическиххарактеристик аналого- цифровых преобразо-вателей

 

О Il И С А Н И Е (>815897

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.04.79 (21) 2751715/18-21 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

Н 03 К 13/02

Тесударстеенный комитет

СССР

Опубликовано 23.03.81. Бюллетень № 11

Дата опубликования описания 28.03.81 (53) УДК 681.325 (088.а) по делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

М. М. Гельман (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено для измерения динамических характеристик и параметров и метрологической аттестации быстродействующих аналого-цифровых преобразователей (АЦП) различных принципов действия, как с постоянной, так и с переменной длительностью цикла преобразования.

Известны устройства для измерения динамических характеристик, основанные на использовании изменяющихся во времени об.разцовых сигналов (1).

1о

Недостатком известных устройств является дополнительная погрешность измерений, обусловленная изменением образцового сиг нала во время цикла преобразования.

Известно устройство для измерения динамических характеристик аналого-.цифровых 1 преобразователей, содержащее блок обработки, цифроаналоговый преобразователь, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, соответствующие выходы которого подключены к блоку обработки, генератор тактовых импульсов и управляемый делитель числа импульсов, входы которого подключены к генератору тактовых импульсов и блоку обработки (2).

Однако известное устройство имеет ограниченное применение, так как не обеспечивает достоверного измерения минимального времени преобразования или времени за-. держки АЦП вЂ” основного динамического параметра, по которому определяются требуемые динамические характеристики АЦП.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок обработки, цифроаналоговый преобразовытель, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, соответствующие выходы которого подключены к блоку обработки, генератор тактовых импульсов и управляемый делитель числа импульсов, входы которого подключены к генератору тактовых импульсов и блоку обработки, введены элемент временной задержки, ключевой элемент, счетчик, первый и второй счетные триггеры, группа последовательно соединенных D-триггеров, отдельный D-триггер, входом подключенный к выходу последнего D-триггера из группы этих триггеров, группа элементов ИЛИ, группа элементов И, первый и второй дополнительные элементы ИЛИ, а также одновиб815897

1О

20

25 ратор, при этом выход управляемого делителя числа импульсов через ключевой элемент соединен со входом первого счетного триггера, выход которого соединен с первым входом управления ключевого элемента и через элемент временной задержки со входами аналого-цифрового преобразователя и счетчика, а через группу элементов

ИЛИ и последовательно соединенные с соответствующими элементами ИЛИ этой группы элементами И подключен ко входам цифроаналогового преобразователя, при этом каждый элемент ИЛИ группы этих элементов и каждый элемент И соединены с соответствующими выходами группы D-триггеров, входы синхронизации которых и вход синх-. ронизации отдельного D-триггера подключены к выходам второго счетного триггера, вход которого соединен с выходом счетчика и соответствующим входом блока обработки, к которому также подключен второй вход управления ключевого элемента, вход сброса счетчика через первый дополнительный элемент ИЛИ соединен с параллельно соединенными входами сброса всех D-триггеров, счетных триггеров и выходом одновибратора, вход которого через второй дополнительный элемент ИЛИ подключен к выходу отдельного D-триггера и к выходу сброса блока обработки.

На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Устройство содержит блок 1 обработки, аналого-цифровой преобразователь 2, генератор 3 тактовых импульсов образцовой частоты, образцовый цифроаналоговый преобразователь 4, управляемый делитель 5 числа импульсов, элемент 6 временной задержки, ключевой элемент 7, счетчик 8, первый и второй счетные триггеры 9 и 10 соответственно, D-триггеры 11 с D-входом 12, входом 13 синхронизации и входом 14 сброса, отдельный D-триггер 15, элементы ИЛИ 16, элементы И 17, одновибратор 18, первый и второй дополнительные элементы ИЛИ 19 и 20 соответственно, выход 21 сигнала переноса для запуска соседней декады.

Устройство автоматически определяет минимальное время преобразования (временное разрешение, время переходных процессов или время задержки) АЦП, а также зависимость временного разрешения от уровня входного преобразуемого напряжения и обеспечивает вычисление по измеренным данным некоторых других динамических характеристик АЦП. Для этого в устройстве формируется последовательный набор ступеней напряжения различных уровней, продолжительность ступени каждого уровня изменяется до появления минимальнои динамической погрешности и, тем самым, при кодировании определяется временное разрешение АЦП для каждого уровня входного сигнала и соответствующая минимальная динамическая погрешность. зо

4 работает следующим обраУстройство зом.

В исходном состоянии ключевой элемент 7 закрыт, выходные сигналы D-триггеров 11 равны нулю и, тем самым, блокируются элементы И 17 и исключается передача сигналов на входы ЦАП, начиная со входа второго разряда, счетчик 8 находится в нулевом положении.

Образцовый ЦАП 4 по сигналам счетного триггера 9, управляемого импульсами тактового генератора 3, по мере переключения триггеров 11 формирует последовательные группы прямоугольных сигналов напряжения различного уровня, длительность которых регулируется изменением коэффициента пересчета делителя 5 по командам блока

1 обработки. Таким образом, период следования тактовых сигналов после его «растяжения» делителем 5, и триггером 9, определяет длительность существования уровня выходного напряжения ЦАП. В исходном состоянии коэффициент пересчета делителя устанавливают таким, чтобы период следования тактовых импульсов на выходе делителя 5 являлся заведомо больше времени преобразования, при котором динамическая погрешность АЦП равна нулю.

Выходные сигналы триггера 9 с началом действия устройства поступают на вход ЦАП только через один из элементов ИЛИ 16, непосредственно присоединенный ко входу первого разряда. По последовательности этих сигналов на выходе ЦАП формируется образцовое напряжение прямоугольной формь: первого наименьшего .уровня, равного кванту. Входы всех остальных разрядов

ЦАП при этом блокированы нулевыми сигналами триггеров 11, приложенными ко входам всех соответствующих элементов И 17 во входных цепях этих разрядов.

По сигналу блока обработки открывается ключевой элемент 7, первым тактовым импульсом, появившимся на выходе делителя

5, переключается триггер 9, с временной задержкой в элементе 6 сигналом триггера 9 запускается АЦП 2 и с появлением второго тактового импульса ключевой элемент 7 вновь запирается.

Таким образом, АЦП запускается с постоянной временной задержкой относительно начала переключения триггера 9 и включения ступени выходного напряжения ЦАП, Тем самым обеспечивается начало аналогоцифрового преобразования после завершения переходных процессов ЦАП. Так как время задержки элемента 6 выбирается заведомо большим времени переходных про цессов ЦАП, то это позволяет исключить погрешности измерений из-за начальной нестабильности уровня образцового напряжения при его установлении.

Генератор 3 тактовых импульсов работает непрерывно, вго частота выбирается исходя из минимально возможного времени преобразования аттестуемых АЦП, т. е. достаточно высокой. Но каждый последующий запуск АЦП и кодирование уровня напряжения, формируемого ЦАП, происходит только после того, как в блок обработки передается результат предыдущего цикла преобразования, где он сравнится с истинным значением этого уровня. Поэтому используемый старт-стопный асинхронный режим работы позволяет применять в устройстве блок обработки любого быстродействия, независимо от частоты тактового генератора и времени преобразования AUll.

Коды истинных значений уровней ЦАП получают предварительно при аттестации

АПЦ в статическом режиме. Эти коды хранятся в памяти блока обработки и сравниваются с кодами соответствующих уровней, получаемых при аттестации АЦП в динами1 ческом режиме.

Каждый уровень напряжения заданной длительности с целью уменьшения случайной погрешности кодируется несколько раз подряд. Число циклов кодирования одного уровня (запусков ALIIS) фиксируется счетчиком 8 и задается установкой соответствующего коэффициента пересчета этого счетчика. Если при установленном уровне напряжения ЦАП и заданной длительности существования уровня динамическая погрешность равна нулю, то блок обработки вырабатывает сигнал на изменение коэффициента пересчета делителя 5, и, тем самым; уменьшается длительность существования кодируемого уровня напряжения ЦАП. Длительность уровня изменяют дискретно; на величину периода тактовых импульсов.

Оценка равенства динамической погрешности нулю производится по совокупности результатов кодирования, число которых.несколько меньше заданного числа сигналов запуска АЦП и обусловленного коэффициентом пересчета счетчиком 8. Поэтому в результате такого анализа сигналом переключения делителя 5, сформированного блоком обработки, через элемент ИЛИ 19 одновременно сбрасывается счетчик 8 в нулевое положение, после чего продолжается копирование установленного уровня напряжения, но уже сокращенной длительности.

Если динамическая погрешность кодирования данного уровня по мере уменьшения его длительнбсти оказывается отличной от нуля, то после заданного числа циклов кодирования, определяемого коэффициентом пе ресчета 8, на выходе счетчика появляется сигнал. В соответствии с этим сигналом блок обработки вычисляет среднее значение минимальной динамической погрешности кодирования данного уровня при его соответствующей минимальной продолжительности.

Это минимальное время существования уровня напряжения, в течение которого начинает проявляться динамическая погрешность, обусловлено конечным временем пере815897 ходных процессов АЦП и равно ему. Оно определяется как разность между временем периода следования тактовых импульсов, с учетом коэффициента деления делителя 5 и счетного триггера 9, и постоянным временем задержки элемента 6.

Выходным сигналом счетчика 8 одновременно переключается счетный триггер 10, который переключает первый из D-триггеров 11 из нулевого положения в единичное.

D-триггеры 11 образуют распределитель выходных сигналов счетчика 8. В исходном состоянии на входы D этих триггеров, за исключением первого из них, в цепи входа первого разряда ЦАП, пбступают нулевые сигналы, а ко входам сброса всех триггеров приложен единичный сигнал одноЪибратора 18. С появлением первого выходного сигнала счетчика 8 и переключением триггера

10, переключается первый из D-триггеров 11 в цепи формирования первой ступени выходного напряжения ЦАП. Однако связанный

20 с ним следующий D-триггер не переключится, хотя на его D-входе появился единичный сигнал, так как ко входу синхронизации этого триггера оказывается приложенным нулевой сигнал со второго выхода тригге25 ра 10.

Таким образом, все остальные D-триггеры с появлением первого выходного сигнала счетчика 8 остаются в исходном положении. С переключением первого из D-триггеров ко входу первого разряда ЦАП, через соответствующий элемент ИЛИ 16, оказывается постоянно приложенным единичный сигнал этого триггера и на выходе ЦАП устанавливается постоянное напряжение первого младшего уровня, равное кванту. С

35 переключением первого D-триггера его единичный сигнал одновременно поступает и на элемент И 17 в цепи второго разряда

- ЦАП и, тем самым, входная цепь этого разряда подготавливается для передачи сигналов счвтного триггера 9. По сигналу триг4о гера 9 на выходе LIAH формируются прямоугольные сигналы, изменяющиеся также на величину кванта, но теперь от установленного постоянного уровня, и суммарный уровень выходного сигнала достигает таким об45 разом максимально двух квантов.

Далее работа устройства продолжается аналогично описанному.

АЦП контролируется - по всей совокупности уровней квантования. В этом случае

ЦАП выдает все уровни квантования АЦП с интервалом в один квант. Подобный ЦАП целесообразно строить по принципу преобразования параллельного единичного кода в напряжение в виде нескольких декад. При этом номинал резисторов каждой декады

ЦАП более старшего разряда отличается от номинала резисторов соседней младшей декады на десятичный порядок. Поэтому после завершения цикла формирования и кодирования девятого уровня образцового сигна8!

7 ла ЦАП с поступлением соответствующего сигнала счетчика 8, переключается триггер

15, его выходным сигналом запускается первый разряд декады соседнего старшего разряда и, одновременно, включается одновибратор 18, который сбрасывает младшую декаду в исходное состояние. Затем процесс формирования ступеней выходного напряжения младшей декадой ЦАП повторяется, но сначала . от последовательно формируемых уровней старших разрядов соседней декады, а затем и остальных более старших декад.

После получения оценок динамической погрешности по всей шкале АЦП, блок обработки через элемент ИЛИ 20 запускает одновибратор 18 и.все устройство сбрасывается в исходное состояние.

Формула изобретения

Устройство для измерения динамических характеристик аналого-цифровых преобразователей, содержащее блок обработки, цифроаналоговый преобразователь, к выходу которого подключен аналого-цифровой преобразователь, соответствующие выходы которого подключены к блоку обработки, генератор тактовых импульсов и управляемый делитель числа импульсов, входы которого подключены к генератору тактовых импульсов и блоку обработки, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены элемент временной задержки, ключевой элемент, счетчик, первый и второй счетные триггеры, группа последовательно соединенных D-триггеров, отдельный D-триггер, входом подключенный к выходу последнего D-триггера из группы этих триггеров; группа элементов ИЛИ, группа элементов И, первый и второй дополнительные элементы ИЛИ, а также одновиб5897 ратор, при этом выход управляемого делителя числа импульсов через ключевой элемент соединен со входом первого счетного триггера, выход которого соединен с первым входом управления ключевого элемента и через элемент временной задержки со входами аналого-цифрового преобразователя и счетчика, а через группу элементов ИЛИ и последовательно соединенные с соответствующими элементами ИЛИ этой группы элементами И подключен ко входам цифро1о аналогового преобразователя, при этом каждый элемент ИЛИ группы этих элементов и каждый элемент И соединены с соответствующимй выходами группы D-триггеров, входы синхронизации которых и вход синхронизации отдельного D-триггера подключены к выходам второго счетного триггера, вход которого соединен с выходом счетчика и соответствующим входом блока обработки, к которому также подключен второй вход управления ключевого элемента, вход сбро2р са счетчика через первый дополнительный элемент ИЛИ соединен с параллельно соединенными входами сброса всех D-триггеров, счетных триггеров и выходом одновибратора, вход которого через второй дополнительный элемент ИЛИ подключен к выходу отдельного D-триггера и к выходу сброса блока обработки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Хлистунов В. Н. Основы цифровой электроизмерительной техники, М., «Энергия», 1966, с. 32 — 40.

2. Бородатый В. И. и др. Вопросы построения автоматизированной аппаратуры для исследования динамических характеристик быстродействующих элементов ИИС. Труды

ВНИИ физико-технических и радиотехнических измерений, 1975, № 25(55), с. 39 — 42, рис. 3.

Составитель Ю. Богданов

Редактор Н. Рогулич Техред А. Бойкас Корректор В. Бутяга

Заказ 695/88 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4