Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей

.8)видетельст03 М 1/10,8 епеег 1 п 8,61 (прототи во СССР1980.1976,п) 4) ФР 7) мировного ель анало по ре е ич выхода элемен ени 9 управляют равления ци ф-лы, 6 ил. е уров ет о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ АНАЛОГОВЫХ ЛРЕОБРАЗОВАТЕЛЕИИзобретение относится к измериой технике и предназначено для ральной и дифференциальной стаких характеристик аналого-цифпреобразователей. Оценка знахарактеристик производится по емузначению реальных пороговых ей преобразования, что позволяределить шаг квантования и дифференциальную нелинейность характеристики преобразованияИзобретение позволяет повысить точность измерения параметров и определяет погрешность измерения среднего уровня пре образуемого напряжения с выхода генератора 1 измерительного сигнала цифровым вольтметром 2, Управление генератрром осуществляется блоком 7 управления генератором измерительного сигнала, эталонный код, сфоранный формирователем 5 эталон кода, сравнивается в цйфровом компараторе 4 с кодом проверяемогого-цифрового преобразователя 3 зультатам сравнения, сигналы сцифрового компаратора черезт 8 ИЛИ и реверсивный счетчикблоком 7 и блоком 10 упфровым вольтметром. 3 з.п1287285 иг,Ю Составитель И.РоманоТехред Л,Сердюкова,Редакт орректор Е . Сирохм оп Заказ 7730/5 Вмите о кая фическое предприятие, г.ужгород,ул.Проектна оизводственно-поли Си ПРО ния Сиинол оюичачия процвела извергнис Рлюю 78 Сз:Ъ 5 ф ь Тираж ИИПИ Государс по делам изо 035, Москва, а 99 енного етений -35, Р Подписноеа СССРтийнаб., д,4/5 е 4 ЬВ1287285 на второй вход цифрового компараторас формирователя 5 эталонного кода.Для установки блоков и элементов устройства в исходное положение и начала процесса автоматического измерения статической характеристики проверяемого аналого-циФрового преобразователя на вход устройства подается сигнал начала процесса измерения (моментна фиг.2 а).В синхронизаторе 6 происходит запуск внутреннего ждущего генератора тактовых импульсов, из которых формируются импульсы запуска проверяемого АЦП (фиг.2 Ь), сигнал начальной установки блока 7 управления генератором измерительного сигнала в исходное со(стояние, импульсы синхронизации цифрового компаратора 4 и блока 12 уп-: равления циклами иъмерения.По сигналу начальной установки блока 7 снимаемого с выхода синхронизатора, блок 7 устанавливается в исходное состояние и начинает вырабатывать сигнал управления генератором измерительного сигнала П (фиг.2).Сигнал управления П в зависимости от его величины и знака, воздействуя на генератор 1 измерительного сигнала, вызывает формирование последним измерительного сигнала 11 (фиг.о), представляющего собой линейно-возрастающее, либо линейно-убывающее напряжение в зависимости от знака сигнала управления П. Скорость изменения измерительного сигнала Ц, определяется величиной сигнала управления П . С выхода генератора 1 измерительного сигнала снимается измерительный 50 сигнал 11 ц фиг.2 ц) и подается на вход цифрового вольтметра 2 и вход проверяемого аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 3. Последний преобразует текущее значение измерительного 55 сигнала П в соответствующий код А, который подается на первый вход циф - рового компаратора 4 для сравнения его с эталонным кодом В, подаваемым Изобретение относится к иэмери" тельной технике и может быть использовано для проверки аналого-цифровых преобразователей.Цель изобретения - расширение области применения путем обеспечения возможности измерения статической характеристики по средним значениям реальных пороговых уровней.На фиг,1 изображена структурная схема измерителя статической характеристики АЦП; на фиг,2 - временная диаграмма работы измерителя; на Фиг.3 - 6 принципиальные схемы синхронизатора, блока управления генератором измерительного сигнала, блока управления цифровым вольтметром, блока управления циклами измерения соответственно.Устройство содержит генераторизмерительного сигнала, цифровой вольтметр 2, проверяемый аналого-цифровой преобразователь 3, цифровой компаратор 4, формирователь 5 эталонного, кода, синхронизатор 6, блок 7 управления генератором измерительного сигнала, элемент ИЛИ 8, реверсивный счетчик 9, блок 10 управления цифровым вольтметром, блок 11 регистрации, блок 12 управления циклами измерения.Блок 7 управления генератором измерительного сигнала выполнен на элемента ИЛИ-НЕ 13, триггера 14, регистре 15 сдвига, Устройство содержит 35 также блок 16.Блок 10 управления цифровым вольтметром выполнен на двух элементах ИЛИ-НЕ 17 и 18 и триггере 19.Блок 12 управления циклами измерения выполнен на элементе ИЛИ 20, тригое гере 21, элементе И-НЕ 22, делителе 23, дешифраторе 24. Устройство автоматической проверки аналого-цифрового преобразователяработает следующим образом. В исходном состоянии блок 7 управления вырабатывает сигнал управления П, величина и знак которого вызывают формирование генератором 1 измерительного сигнала П, соответствующего одному из крайних значений на-. пряжений входного сигнала либо мак,симальному, либо минимальному), статической характеристики проверяемого АЦП (момент о на Фиг.2 о) . На фиг,2 о иллюстрируется процесс измерения статической характеристики при увеличении.измерительного сигнала Пи от минимального значения к максимальному. Далее в процессе измерения статической характеристики для выработки необходимого сигнала управления Ц управление блоком 7 осуществляется1287285 го 35 40 45 50 55 сигналами, поступающими на его входы с реверсивного счетчика 9.Формируемый генератором 1 измерительного сигнала измерительный сигнал П (фиг.2 а) подается на вход проверяемого АЦП для преобразования его значения в соответствующее значениекоДа (код А) и на вход цифровоговольтметра 2 для измерения величиныизмерительного сигнала.В качестве генератора 1 измерительного сигнала используется генератор линейного напряжения, скорость измерения напряжения на выходе которого определяется величиной напряжения сигнала управления .П, а направление измерения - знаком сигнала управления 011.Возможно в качестве генератора 1 измерительного сигнала использование управляемого цифроаналогового преобразователя (ПАП), на положительные и отрицательные входы управления которого в данном случае следует с блока 7 подавать сигнал управления П в9 виде последовательностей импульсов,При поступлении с синхронизатора б на проверяемый АЦП Э импульсов запуска АЦП (фиг,2) преобразователь 3 формирует код А, соответствующий в данный момент значению измерительного сигнала Пи (на представленном нафиг.Зц примере код А равен А 1-11). Сформированный код А подается на циф-,ровой компаратор 4, одновременно навторой вход которого с формирователя5 эталонного кода подается эталонныйкод В (фиг.2 Е). По сигналу началапроцесса измерения с формирователяэталонного кода подается код В, значение которого соответствует минимальному значению кода статическойхарактеристики проверяемого АЦП (напредставленном на фиг,2 о примере код В равен А 1). Цифровой компаратор 4 предназначен для выработки с частотой запуска АЦПсигналов соотношения значений кодовА и В, В результате сравнения кодовв процессе измерения статической характеристики цифровой компаратор 4вырабатывает сигналы 3-х видов: либо"В", либо "код А ( кода В". В момент начала процесса измерения значения сигналов управления П, измерительного сигнала У и кода. А должны обязательно обеспечивать выполнение условия код Акода В (фиг,Зд). При этом с цифрового компаратора 4 на первый вход реверсивного счетчика 9 поступает сигнал "Код А с кода В" (фиг.2 ж). После заполнения реверсивного счетчика 9 по каналу "Код А ( кода В" на его первом выходе формируется импульс переполненения (фиг.2 О), который поступает на первый вход блока 7, либо для подтверждения ранее имевшего место знака сигнала управления П (как это представлено на позиции 1 на фиг.2 и),. либо для измерения знака сигнала управления П(на позиции 2 иа фиг.2 ц), В представленном на фиг.2 взаимодействии сигналов положительный знаксигнала, управления П(фиг.2) вызывает линейно-возрастающее изменение измерительного сигнала Пи (фиг.2 а), при этом проверяемый АЦП вырабатывает код А, соответствующий значению А Г.По мере возрастания измерительного сигнала 11 до величины, соответствующей и выше среднемузначению порогового уровня АЦП, проверяемый преобразователь начинает вырабатывать код А, равный АЯ . При сравнении в цифровом компараторе 4 значения кода А со значением кода В, равным АЯ , цифровой компаратор 4 прекращает выработку сигнала "Код Акод В" (фиг.2 мс) и начинает формирование сигнала "Код А=коду В" (фиг,2), который .с его первого выхода "Код А=коду В" подается на элемент ИЛИ 8 и далее на второй вход реверсивного счетчика 9. После заполнения реверсивного счетчика 9 по каналу "Код А=коду В", на его втором выходе формируется импульс переполнения "Код А=коду В" (фиг.2 к); который поступает на второй вход блока 7 для изменения знака сигнала управления У (фиг,2) Изменение зна 3ка сигнала управления П приводит к смене направления изменения измерительного сигнала 11, вырабатываемого генератором 1. Одновременно с этой процедурой импульс переполнения реверсивного счетчика 9 "Код А=коду В" (фиг.2) подается на второй вход блока 10 для его запуска. Блок 10 предназначен для формирования импульса запуска цифрового вольтметра (фиг.2 г) в момент поступления на вход блока 10 первого из импульсов переполнения свторого выхода реверсивного счетчика 9,Импульс запуска цифрового вольтметра, Формируемого блоком 10, подается на первый дополнительный вход цифрового вольтметра 2 для включения его в режим чзмерения, Цифровой вольтметр 2 предназначен для измерения среднего значения напряжения измерительного сигнала 11, поступающего на его вход с генератора измеритепьного сигнала, для выработки цифрового кода (И-), соответствующего измеряемому среднему значению измерительного сигнала, а также для форирования сигнала окончания процесса измерения (фиг.2 е).Цифровой код А=И-, с первого выхода цифрового вольтметра 2 подается на первый вход блока 11 регистрации для его запоминания и отображения.Время процесса измерения (С ) измерительного сигнала определяется типом цифрового вольтметра. По окончании процесса измерения цифровойвольтметр 2 вырабатывает сигнал окончания процесса измерения (фиг.2 е).Формируемый на втором выходе цифрового вольтметра 2 сигнал окончания процесса измерения подается на второй вход блока 10 и на первый вход блока 12 управления циклами измерения,Блок 10 устанавливается в исходное состояние, т.е. в режим ожидания поступления на его первый вход первого во времени импульса (позиция 1на Фиг,2 к) из последовательности импульсов переполнения,(фиг.2 к), снимаемой с второго выхода реверсивного счетчика 9. С поступлением этого импульса блок 10 вновь запускает цифровой вольтметр 2 в режим измерения.Сигнал окончания процесса измерения (фиг.2 е), поступающий с цифрового вольтметра 2 на первый вход блока 12, стимулирует выработку блоком12 двух сигналов: сигнала запуска бло ка 11 регистрации, снимаемого с первого выхода блока 12, и сигнала изменения кода В на единицу, поступающего с второго выхода блока 12 на первый дополнительный вход блока 5 формирования эталонного кода,Блок 11 регистрации предназначен для регистрации результатов измерения, выдаваемых цифровым вольтметром 2 в виде двоичного цифрового кода.10 15 45 50 55 20 25 30 35 40 Блок 11 регистрации преобразует двоичную информацию в десятичную и посигналу с блока 12 формирует информацию для отображения ее внешним записывающим устройством. Одновременно с информацией о среднем значении измерительного сигнала блок 11 регистрации формирует для записи сигнал номера цикла работы, значение кода В,а также любую другую информацию, которая может быть получена из значения средних значений порогового уровня статической характеристики преобразователя.Формирование измерительного сигнала У для измерения среднего значения 1 - порогового уровня проверяемого АЦП 3 - происходит следующим образом,После подачи на вход устройства сигнала начала процесса измерения имеет место линейное возрастание значения измерительного сигнала. При выработке устройством импульса запуска цифрового вольтметра (фиг.22) и импульса переполнения реверсивного счетчика 9 по каналу "Код А=коду В".(фиг.2 к) из-за изменения знака сигнала управления П (фиг.2 д) происходит смена направления изменения измерительного сигнала Ц (Фиг.2 с 0 Далее при текущем значении измерительного сигнала, превьппающем 1 - пороговый уровень проверяемого АЦП, преобразователь продолжает вырабатыватькод А Ц , равный эталонному коду ВЦ, выдаваемому формирователем эталонного кода 5 с начала процесса измерения еС уменьшением измерительного сиг 4 нала до значения 1 - порогового уровня АЦП - и ниже, проверяемый АЦП вырабатывает код А, равный А 1,1-1. В результате сравнения кода А = А 11-11 с эталонным кодом В = А Я в цифровом комгараторе 4 последний.прекращает формирование сигнала "Код А=коду В" на первом выходе компаратора (фиг.2и начинает выдавать сигнал "Код А ( кода В" на его третьем выходе (фиг.2 а). Сигнал с третьего выхода цифрового компаратора 4 в виде импульсной последовательности, поступая на первый вход реверсивного счетчика 9, переполняет его по каналу "Код Акода В".В результате реверсивный счетчик 9 на первом выходе вырабатывает им 7 12872 ,.пульс переполнения (фиг.2 ц, позиция 2), который, поступая на первый вход блока 7 управления, изменяет знак сигнала управления У на его выходе(фиг. 2) .5Смена знака сигнала управления Б приводит к изменению в сторону увеличения направления изменения измерительного сигнала (фиг.2 а). Приэтом проверяемый АЦП продолжает вы рабатывать код А=А 1-1, По достиже - нии измерительным сигналом значения1 - порогового уровня - и при повышении его, проверяемый А 13 Ч начинает вырабатывать код А = А 1.15Далее процесс изменения напряжения измерительного сигнала Б продолжается по пилообразному закону около среднего значения 1 - порогового уровня АЦП - до момента оконча ния измерения этого напряжения цчфровым вольтметром 2. В течение времени измерения измерительного сигнала цифровым вольтметром в нем выполняется Фильтрация переменной составляющей измерительного сигнала и Формируется значение среднего уровня измерительного сигнала, соответствующего 1 - среднему значению порогового уровня проверяемого АКЧ, 30В момент окончания процесса измерения 1 - порогового уровня - цифровой вольтметр 2 вырабатывает сигнал . окончания процесса измерения (фиг,2 ц)1 поступающий на первый вход блока 12 35 управления циклами измерения, По этому сигналу блок 12 сигналом снимается с первого выхода, запускает в работу блок 11 регистрации, а сигналомснимается с второго выхода, изменяет 40 код В в формирователе 5 эталонногокода на единицу.Таким образом, выполняется операция по регистрации среднего д - значения порогового уровня А 1 т 1 - и другой сопутствующей дополнительной инФормации, а также осуществляется переход к процессу измерения (+1)среднего значения порогового уровняпроверяемого АЦП. 50 858ного либо АЯ, либо А д - 11, то код В превышает код А.С этого момента цифровой компаратор 4 прекращает выдачу по первому выходу на первый вход элемента ИЛИ 8 сигнала "Код А:коду В" (фиг,2 и начинает формирование на третьем выходе сигнала "Код Акода В", который подается на первый вход реверсивного счетчика 9. После переполнения канала "Код А ( кода В" реверсивного счетчика 9 на его первом выходе формируется импульс переполнения (фиг.2 О, позиция 3), по которому через второй вход блок 7 управления генератором измерительного сигнала формирует сргнал управления Б со знаком, обеспечивающим на выходе генератора изменение измерительного сигнала в сторону его увеличения. При этом проверяемый АЦП вырабатывает код А, соответствующий области формирования кода А=А 1 в , и далее по мере роста У 1, код А = А 1. При возрастании измерительного сигнала до 1:+1 - порогового уровня проверяемого АЦП 3 - и выше преобразователь начинает вырабатывать код А = А 1 + 1, при сравнении которого с эталонным кодом В = А + 11 цифровой компаратор 4 прекращает формирование сигнала "Код А ( кода В" на третьем выходе (фиг.2 ж) и начинает выдавать по первому выходу на первый вход элемента 8 ИЛИ сигнал "КодА = коду В" (фиг,2. Последний, поступая на второй вход реверсивного счетчика 9, переголняет его, в результате чего на втором выходе счетчика формируется сигнал переполнения (Фиг.2, позиция 1). По вновь сформированному сигналу переполнения блок 7 изменяет знак управляющего сигнала Б (Фиг.2) и тем самым направление изменения измерительного сигнала, а блок 10 формирует импульс запуска цифрового вольтметра (фиг.2 г), по которому цифровой вольтметр 2 начинает измерять значение измерительного сигнала 011.Для выполнения процедуры переходав формирователе эталонного кода 5 изменяется значение кода В на единицу,при этом на второй вход цифрового компаратора 4 с формирователя 5 подается код В = А 11 + 11(фиг.211). Так как проверяемый АЦП в этот момент продолжает Формирование кода А, равДалее процесс работы устройства повторяется аналогично описанному для измерения д - среднего значения порогового уровня проверяемого АЦП.Существенным в работе устройства является выбор значений емкости реверсивного счетчика 9.при этом имеемЙПи 12006)СС ИмМаксимально допустимая границаскорости изменения измерительногосигнала определяется из требования не 55 Выбор емкости реверсивного счетчика 9 определяется исходя из следующих положений. В практике значение ,порогового уровня реальных АЦП носит случайный характер от одного преобразователя к другому. Закон распределения значений порогового уровня АЦП, как правило, близок к нормальному.Введение в устройство реверсивно го счетчика 9 вызвано необходимостью обеспечить устранение влияния случайной составляющей текущего значения порогового уровня на точность измерения его среднего значения. С этой целью с помощью реверсивного счетчика 9 измерительный сигнал Пи в процессе измерения формируется в виде пилообразного напряжения с амплитудой колебания, в 3-4 раза превьппающей 20 априорно известное среднеквадратичное значение закона распределения порогового уровня (6).Исходя иэ этого требования разрядность реверсивного счетчика 9 (ш) оп 25 ределяется из условиязб- , ПЙС 30 где б - среднеквадратичное значениераспределения пороговогоуровня, определяемое требованием к точности работыпреобразователя;Т - период запуска АЦП;г Щ 1ЙТ- скорость, изменения измерительного сигнала.При времени измерения Т (Фиг.2 е), определяемом выбранным типом цифрового интегрирующего вольтметра, минимально допустимая скорость изменения измерительного сигнала Юи/Й 1 должна быть выбрана из условияТ ( -Ы"- 45мс - 100где Т, - период повторения измерительного сигнала в процессе измерения (фиг.2 а): допустимости превьппения амплитудой измерительного сигнала значения кванта (Ь) статической характеристики проверяемого АЦП, т.е.Ж 400 Ь,.идЕ виэмЕсли, например, в процессе измерения 1 - среднего значения пороговогоуровня, возникает ситуация, при которой код А примет значение, превьппающее код В, то в целях сохранения,процесса автоматического измерения среднего значения 1 - порогового уровня -цифровой компаратор 4 прекращает выдачу на первом выходе сигнала "Код А==коду В и Формирует на втором выходесигнал "Код А ъ.кода В" Сигнал "КодАкода В", поступая на второй входэлемента 8 ИЛИ и далее воздействуядолжным образом на блок 7, вводит про,цесс измерения в"описанное ранее русло. Одновременно сигнал "Код Акода В" может быть использован для регистрации события пропуска кода впроверяемом АЦП.,1При надлежащем выборе параметровЖип 1 и, погрешность автоматическогоаеизмерения статической характеристики проверяемого АЦП предлагаемым устройством определяется только точностью измерения среднего значения переменного напряжения (измерительного сигнала П) цифровым вольтметром 2.Формула изобретения1. Устройство контроля аналогоцифровых преобразователей, содержащее генератор измерительного сигнала, выход которого подключен к,первому входу цифрового вольтметра и является первым выходом устройства, цифровой.компаратор, первый вход которого подключен к выходу формирователя эталонного кода, второй вход является входной шиной, третий вход соединен с первым выходом синхронизатора, вход которого объединен с первым входом формирователя эталонного кода.и является шиной "Пуск", второй выход синхронизатора является вторым выходом устройства, третий выход подключен к первому входу блока управлений генератором измерительного сигнала, выходы которого соединены с входами генератора измерительного сигнала, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью расширения области применения, в него введены элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, блок управления цифровым вольтметром, блок регистрации, блок управления циклами измерения, первый вход которого является шиной Пуск, второй вход объединен с первым входом блока управления цифровым вольтметром и соединен с выходом цифрового вольтметра, второй вход кото рого соединен с выходом блока управления цифровым вольтметром, а выход - с первым входом блока регистрации, вторые входы которого соединены спервыми выходами блока управления цик лами измерения, третьи входы которого соединены с четвертыми выходами синхронизатора, а второй выход - с вторым входом формирователя эталонного кода, первый и второй выходы 20 цифрового компаратора соединены с первым и вторым входами элемента ИЛИ соответственно, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого соеди-,25 нен с третьим выходом цифрового компаратора, первый выход - с вторыми входами блока управления цифровым вольтметром и блока управления генератором измерительного сигнала, а 30 второй выход - с третьим входом блока управления генератором измерительного сигнала.2, Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управ ления генератором измерительного сиг-, нала выполнен на элементе развязки регистра сдвига, триггере и элементе ИЛИ-НЕ, вход которого является первым входом блока, а выход соединен с 0 первым входом регистра сдвига, вторые входы которого соединены с выходами триггера соответственно, первый и второй входы которого являются вторым и третьим входами блока соответственно, выходами которого являются выходы элемента развязки, входы которого соединены с соответствующими выходами регистра сдвига.3. Устройство по п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что блок управления цифровым вольтметром выполнен на двух элементах ИЛИ-НЕ и триггере, выход которого является выходом блока, первым и вторым входами которого являются входы первого и второго элементов ИЛИ-НЕ соответственно, выходы которых соединены с соответствующими входами триггера.4. Устройство по п.1, о т л и - ч.а ю щ е е с я тем, что блок управления циклами измерения выполнен на элементе ИЛИ, триггере, элементе, И-НЕ, делителе частоты, дешифраторе, первые выходы которого являются первыми выходами блока, второй выход соединен с первым входом элемента И-НЕ, второй вход которого, первые входы дешифратора и вход установки в "1" триггера являются соответствующими третьими входами блока, первым входом которого является вход установки в 0" триггера, выход, которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого является вторым входом блока, а выход соединен с первым входом делителя частоты и является вторым выходом блока, второй вход делителя соединен с выходом элемента И-НЕ, а выходы соединены с соответствующими вторыми входами дешифратора.1287285 ра 7 П/СРР 1080 Сцена ююлиав устюИкц сЮлюа Ю Сиенал ср8 врсибноеоситаца