Способ определения погрешности аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<н995308 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04 ° 10. 80 (21)2988759/18-21 с присоединением заявки ¹â€”

f$gj Кл 3

Н 03 К 13/02

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет—.(ЮЗ) УДК e81. 325 (088.8) Опубликовано 07.02.83, Бюллетень № 5

Дата опубликования описания 0702.83

Е.A.Ëoìòåâ, K).Ï.Ïðoçoðîâ и В.М.Шляндин (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Пензенский политехнический:институт (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОГРЕШНОСТИ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫ}(ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИ В ДИНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ

Изобретение относится к электроизмерительной н вычислительной технике и может быть использовано при проверке аналого-цифровых преобразователей (АЦП) в режиме изменяющегося входного сигнала.

Известен способ определения погрешности АЦП в динамическом режиме с использованием образцового цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Погрешность поверяемого АЦП определяют как разность между значением входного эталонного изменяющегося сигнала и результатом преобразования

АЦП, а входной сигнал, например синусоиду, формируют с помощью ЦАП.

Значение входного сигнала в этом случае в любой момент времени заранее известно (1 3.

Недостатком данного способа явля» ется невозможность получения эталоннаго сигнала с большой скоростью изменения из-эа ограниченного быстродействия ЦАП.

Известен способ определения погрешности аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме путем преобразования входного изменяющегося сигнала в поверяемой точке шкалы преобразования и вычитания результата преобразования из кода, соответствующего поверяемой точке шкалы преобразования, причем запуск преобразователя производят в моменты прохождения входным линейно изменяющимся сигналом опорного уровня, а значения эталонной аналоговой величины определяют путем суммирования значения опорного уровня и приращения входного сигнала за время цикла преобразования (2 ).

Однако данный способ не обеспечивает высокую точность вследствие погрешностей. определения приращений входного сигнала - погрешностей от нестабильности скорости изменения входного сигнала и от неаФабильности времени цикла преобразования АЦП.

Кроме того, способ не дает возможности работать со случайным входным сигналом, так как в этом случае невозможно определение. приращения входного сигнала из-за его случайного характера, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности.

Цель изобретения - повиаение точ.ности определения погрешности и расширение функциональных воэможностей.

Поставленная цель достигается тем, что согласна способу определения по995308 грешности аналого-ци фровых преобразователей в динамическом режиме путем преобразования входного изменяющегося сигнала в поверяемой точке шкалы преобразования, и вычитания результата преобразования из кода, соответству- 5 ющего поверяемой точке шкалы преобразования, в соответствующей поверяемой точке формируют эталонный анало:говый сигнал, с пределами изменения, . меньшими статической погрешности 10 преобразования, и при вычитании используют результаты преобразования с входным изменяющимся сигналом, н аходящимся в указ анных пределах.

Способ осуществляют следующим 15 образом.

В требуемой точке шкалы АЦП формиру т эталонный сигнал U с пределами f AU (фиг.1) .Значение дU выбирают меньше статической погрешности 2О

AUII. На вход контролируемого преобразователя подают изменяющийся сигнал, например синусоидальной, пилообразной или другой форьы. Для любого вида входного сигнала требуется, чтобы 5 он многократно проходил через значе. ние U В тактовые моменты времени производят отсчеты входного сигнала.

Во все моменты отсчета АЦП осуществляют контроль за значением входного З-О сигнала, т.е. определяют находился входной сигнал в пределах + д0 или за пределами данной зоны. Из всех результатов преобразования АЦП для определения его погрешности в динамическом режиме выбирают лишь результаты, соответствующие моментам отсчета АЦП, в которые входной сигнал на" ходился в пределах +дО .

Погрешность АЦП определяют вычитаясь() из выбранных результатов преобразования значение 00 . После окончания измерений в данной точке шкалы переходят к следующей точке (задают следующее значение Up) . Моменты прохож-45 дения входным сигналом эоны 2 hU, совпадающие с моментами отсчета АЦП, могут происходить случайным образом.

В некоторых случаях,, например, при периодическом входном сигнале синхро-. низированном с частотой запуска контролируемого преобразователя, регулировкой сдвига фаэ между входным сиг- . налом и сигналом запуска АЦП можно обеспечить регулярное попадание сигнала в зону 2 д0 в моменты отсчета.

В выбранные моменты отсчета значение входного сигнала с погрешностью h U равно 00, Если входной сигнал при прохождении зоны всегда имеет примерно одну и ту же скорость изме- 6О нения, то значения погрешности усредняют, получая оценку математического ожидания погрешности в данной точке шкалы при заданной скорости изменения входного сигнала. Разброс значений, 65 погрешности дает информацию о дисперсии погрешнссти.

Способ иллюстрируется временными диаграммами фиг.1 . Здесь в момент времени 4 являющийся одним иэ моментов отсчета контролируемого АЦП, может формироваться сигнал "Стоп", останавливающий АЦП для сигнала результата преобразования, соответствующего этому моменту отсчета.

Способу присуща методическая погрешность, равная + ь О. Однако она может быть сведена до минимума. На фиг.2а показаны. границы зоны Uo+Þ к

Ов -ДО . Здесь U, — погРешность сРавнения входного сигнала с опорным уровнем — случайные шумы. В пределах

U „нельзя точно определить выше или нйже границы (например, верхней ) находится входной сигнал. На фиг. 2б приведен случай, когда до =0, т.е. верхняя и нижняя границы зоны совпадают. Предлагаемый способ позволяет получить отсчет и в этом случае, причем методическая погрешность здесь практически сводится к нулю. Если при этом момент отсчета совпадает с моментом времени, когда входной сигнал

TIpoxo T через зону Up+ 0 (Meæëó ., и 12, фиг.2 б), то возможны следу ющие четыре варианта определения положения входного сигнала относительно границ: входной сигнал выше нижней границы и выше верхней, входной сигнал ниже границы нижней и ниже верхней, входной сигнал выше верхней границы и ниже нижней, входной сигнал выше нижней границы и ниже верхней.

Понятие "верхняя" и "нижняя" границы в этом случае условно.

Из всех комбинаций третья (противоречивая ) и четвертая дают нужную информацию, так как показывают, что входной сигнал в момент отсчета находится в зоне U>.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить погрешность измерения, близкую к погрешности операции сравнения. В прототипе же в общую погрешность, кроме погрешности операции сравнения с опорным уровнем, входит погрешность определения приращения входного сигнала. Кроме того, прототип не позволяет осуществлять измерения при случайном характере входного сигнала, а предлагаемый споcîá применим и в этом случае, так как безразлично сверху или снизу входит сигнал в заданную зону и какую форму он имеет.

Схема (фиг.3) содержит источник

1 опорных напряжений; контролируемый

АЦП 2, компараторы 3- и 4 с запоминанием, схема 5 совпадения, формирователь 6 с элементом задержки. В качестве контролируемого АЦП используют 8-разрядный AIIII параллельно-пос995308

5 ледовательного преобразования с час- тотой дискретизации 10 МГц. На первые входы компараторов и вход AIJII подают синусоидальное напряжение с -частотой от 10 мГц до 1 мГц. На вто.рые входы компараторов от источника опорных напряжений задают опорные уровни, т.е. верхнюю и нижнюю границы, причем значение 2d U принято

2мВ. Методическая погрешность составляет,. таким образом, +1 мВ. С помощью формирователя 6 производят. совмещение во времени моментов отсчета АЦП с моментами опроса компараторов. Как только после опроса на выходах компараторов появляются единицы, то на выходе схемы 5-совпадения формируется сигнал

"Стоп", останавливающий AIIII для снятия результата преобраэовачия.

Предлагаемый способ позволяет простыми средствами контролировать погрешность АЦП непосредственно в ус ловиях эксплуатации с высокой точностью, Формула изобретения

Способ определения погрешности аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме путем преобразования входного изменяющегося сигнала в поверяемой точке шкалы преобразования и вычитания результата преобразования из кода; еоответствующего поверяемой точке шкалы преобразования, . о т.л и ч а ю шийся тем, что, с о целью повышения точности определения погрешности и расширения функциональных возможностей, в соответствующей поверяемой точке формируют эталонный аналоговый сигнал с пределами измене15 ния, меньшими статической погрешности преобразования и при вычитании используют результаты преобразования с входным изменяющимся сигналом, находящимся в указанных пределах.

20 Источники информации, ° принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 605313, кл, Н 03 К 13/02, 1975;

2. Авторское свидетельство СССР

75 9 606204, кл. Н 03 К 13/02, 1978 (прототип).