Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< >984030 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22 ° 02 ° 79 (21) 2728567/18-21 с присоединением заявки ¹(23) Приоритет—

Опубликовано 23.1282. Бюллетень №47

Дата опубликования описания 23.12.82 рцм.к . н оз к 1з/ог

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

1531УДК 621 ° 317 ° .322(о88.8) (72) Авторы изобретения

Е.Т.Изаков и A È.Áåëÿåâñêèé (71) Заявитель

54 СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГС

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

t"то е (о ) о

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для метрологического обеспечения прецизионных цифровых информационно-измерительных систем и иэмерительно-вычислительных комплексов, использующих способы преобразования аналоговых сигналов н цифровой код которые предусматривают исключение влияния на результат измерения погрешности нелинейности и погрешностей, связанных с изменением параметров градуировочной характеристики измерительного устройства.

Известен способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразователя, в котором градуироночная характеристика измерительного устройства аппроксимируется кусочно-линейной функцией, а несь цикл измерения состоит из четырех циклов, в первом иэ которых производят измерение исследуемой величины, а в трех других— соответственно измерение исследуемой величины вместе с образцовой мерой исследуемой величины, умноженной на коэффициент передачи масштабного преобразователя, и суммы исследуемой величины с образцовой мерой, умноженной на коэффициент, передачи масштабного преобразователя (1 3. 30

Недостатком этого способа является значительное количество дополнительных преобразований для получения конечного результата измерения исследуемой неличины, что существенно препятствует внедрению его в быстродейстнующих информационно-измерительных системах.

Известен также способ коррекции погрешностей аналого-цифрового пре,образования г J, включающий аналогоцифровое преобразование исходного аналогового сигнала, цифро-аналоговое преобразование его результата, далее аналого-цифровое преобразование последней величины и вычисление первого приближения по формуле где то — результат аналого-цифрового преобразования исходного ан алогового си гн ала;

ЦУ ) — аналого-цифровое преобразо0 ванне результата цифро-аналогоного преобразования уо1 затем цифро-аналоговое преобразонание результата, вычисленного по предыдущей формуле, далее аналого-циф984030 ровое преобразование его и вычисление отношения

Ч,-Ч„ = (V,)- (Ч„)

5 где f (Ч ) — аналого-цифровое преоб 1 раэование результата цифро-аналогового преобразования величины У„ 1 и,наконец, повторное аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала и вычисление скорректированного результата

Y =Y -М(ЦЧ„)- Y ).

2 1 1 о, 15

Недостатком данного способа, как и предыдущего, является его сложность вследствие большого количества преобразований для получения конечного результата измерения, что существенно ограничивает его применение в быстродействующих измерительных системах.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является способ коррек ции погрешностей аналого-цифрового преобразования, включающий аналогоцифровое (прямое) преобразование исходного сигнала, цифро-аналоговое (обратное) преобразование результата прямого преобразования исходного сигнала, последующее прямое преобразование последней величины, сравнение ее с результатом прямого преобразования исходного сигнала, корректиро- 35 ку результата повторного преобразования исходного сигнала по результату сравнения и т.д. до получения результата измерения исходного сигнала с требуемой точностью (3). 40

Недостатком известного способа является низкое быстродействие вследствие большого числа дополнительных тактов преобразования (как правило, 3-.5) до получения результата с при- 45 емлемой точностью.

Цель изобретения — повышение быстродействия. указанная цель достигается тем, что в способе коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, включающем аналого-цифровое (прямое) преобразование исходного сигнала, осуществляют цифро-аналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сигнала результата прямого преобразова" ния исходного сигнала, полученный сигнал подвергают прямому преобразованию, осуществляют также обратное преобразование сигнала .увеличенного на вели- 60 чину образцового сигнала результата прямого преобразования исходного сигнала полученный сигнал также подвергают прямому преобразованию,вычисляют скорректированный результат преобра-,5 зования исходного сигнала по формуле () У х-v—

1 Y Ч I Чъ Ч2 где К вЂ” величина обраэцового сигнала;

Y1 — результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнала;

Y> — результат аналого-цифрового преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (У1-К)!

Y3 — результат аналого-цйфрового преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (У1+К).

Сущность способа заключается в следующем.

Весь процесс коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования состоит иэ трех тактов.

В первом такте производят аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала Х. Результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнала Х при условии кусочно-линейной аппроксимации любой градуировочной характеристики основной цепи преобразивания с заданной точностью представляется в виде зависимости („= О )(+ . (1) где а — соответствует мультипликативной составляющей погрешности, определяемой изменением наклона градуировочной характеристики и зависимостью результата преобразования от

Х в силу нелинейности градуировочной характеристики;

b — соответствует аддитивной составляющей погрешности, определяемой сдвигом градуировочной характеристики.

Во втором такте производят аналого-цифровое преобразование аналогового сигнала Х>, полученного после цифро-аналогового преобразования разности Y и образцового сигнала К, Полагая, что погрешности цифро-аналогового преобразования малы и что цифро-аналоговое преобразование реалиэирует обратную функцию X=Y, можно считать во втором такте аналоговый сигнал Х =У1-К, а результат дальнейшего аналого-цифрового преобразования выражается следующей эависиMocTbIo Y

2 2

В третьем такте производят аналогоцифровое преобразование аналогового сигнала Х3, образующегося в результате цифро-аналогового преобразоваления сумма (Ч„+ K) . Результат Y> c&aлогового преобразования в третьем такте по аналогии со вторым тактом равен

984030

Иэ уравнений (1), (2), (3) определяется выражение для вычисления скорректированного результата исход-. ного аналогового сигнала

Y +Y

Из этого выражения следует, что конечный результат аналого-цифрового преобразования не зависит от величины нелинейности градуировочной ха рактеристики основной цепи преобразования и от коэффициентов а и b a следовательно, от погрешностей, связанных с изменением параметров гра.дуировочной характеристики.

На чертеже приведена структурная схема измерительно-вычислительного комплекса (ИВК), иллюстрирующая предлагаемый способ.

В состав ИВК входят управляющий вычислительный комплекс (УВК) 1, магистраль типа общая шина 2, мочнйй цифро-аналоговый преобразователь 3, источник 4 измеряемого сигнала, входной коммутатоР 5 аналого" вых сигналов, групповой номирующий преобразователь б с нелинейной функцией преобразования, коммутатор 7 аналоговых сигналов и аналого-цифровой преобразователь 8. Управление измерительными преобразователями 3, б, 7 и 8 осуществляется от УВК 1 по магистрали общая шина 2. Обмен цифровой измерительной информацией между

УВК 1 и измерительными преобразователями 3 и 8 также осуществляется через магистраль общая шина 2.

Работа ИВК при реализации предлагаемого способа коррекции погрешностей преобразования аналоговых сигналов в цифровой код заключается в следующем.

В первом такте измерений исходная аналоговая величина Х от источника

4 измеряемой величины подключается с помощью входного коммутатора 5 аналоговых сигналов ко входу основной измерительной цепи и производится цифровое измерение исходной аналоговой величины Х. Код полученного ре зультата из аналого-цифрового преобразователя 8 передается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)

УВК 1. После этого процессор УВК 1 производит вычитание из кода Y -образцовой величины К и код разности

У< -К подается на вход точного цифроаналогового преобразователя 3, на выходе которого формируется аналоговый сигнал Х вЂ” — Y<-К. Во втором такте измерения аналоговый сигнал Х с помощью коммутатора 5 аналоговых сигналов подключается ко входу основной, измерительной цепи и производится его цифровое измерение. Код полученного

Формула изобретения

Способ коррекции погрешностей ан алого-цифрового преобразован и я, включающий аналого-цифровое (прямое) преобразование исходного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, осу5S ществляют .цифро-аналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сигнала прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал подвергают прямому преобразованию, осуществляют также обратное преобразование сигнала, увеличенного на велирезультата У из аналого-цифрового преобразователя 8 передается в ОЗУ

УВК 1. Далее, процессор УВК 1 производит сложение кодов Y и К, хранящихся в ОЗУ, и передает код суммы

5 (У„ +К) на вход точного цифро-аналогового преобразователя 3, на выходе которого формируется аналоговый сигнал

=YE+K.

В третьем такте измерений анало10 гового сигнала Х3 с помощью входного коммутатора 5 подается на вход основной измерительной цепи и проиэво» дится его цифровое измерение. Код полученного результата У> иэ аналогоцифрового пРеобразователя 8 передается в ОЗУ УВК 1. По окончании третьего такта измерений в процессоре УВК 1 вычисляется конечный результат измерения, свободный от аддитивной и мультипликативной составляющих погрешностей и ошибок нелинейности. Погрешность цифро-аналогового преобразователя 3 и погрешность входного коммутатора 5 аналоговых сигналов включается в остаточную погрешность результата измерения по предлагаемому способу.

Предлагаемый способ по сравнению с известными позволяет значительно уменьшить время, необходимое для получения конечного результата Hэмере ния,свободного от больших погрешностей основной измерительной цепи, состоящей из одного или нескольких иэмеЗ5 Рительных преобразователей. Повышение быстродействия измерительного устройства достигают по предлагаемому спосс. бу уменьшением до двух и фиксированием числа дополнительных тактов измерения и, соответственно, фиксирова-

4 нием числа обращений к вспомогательному устройству, т.е. обратному преобразованию (ЦАП). Выигрыа в быстродействии по сравнению с известными способами тем больше, чем больше

45 погрешность основной измерительной цепи, которую исключают по предлагаемому способу в ходе преобразования исходного аналогового сигнала

984030

X=Y « -- Ki

2К 3 2 3 У2 3 величина образцового сигна à> результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнала;

° где К

Составитель Г. Милославский Редактор В.Лазаренко Техред Л.Пекарь КоРРектоР М. Шароши

Заказ 9956/75 Тираж 959 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ° Ж-.35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент,,х,;Ужгород, ул. Проектная, 4 чину образцового сигнала результата прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал также подВергают прямому преобразованию, вычисляют скорректированный результат преобразования исходного сигнала по формуле

Y> — результат аналого-цифровогс преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (Y -Ê);

Y - результат аналого-цифрового

3 .преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (Yq+K) .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

10 1. Авторское свидетельство СССР

Р 331321, кл. G 01 R 19/00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 766001, кл. Н 03 К 13/02, 1978.

3 ° Авторское свидетельство СССР

)5,9 219290, кл. G 01 R 13/02, 1967. (лрототип).