Способ калибровки линейности цифроаналогового преобразователя

(21) (22) (46) й всех алибруем разова арших цифро опреде(72 ронн циФР ции. где ифро етск отип Ч,гнал ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3460305/18-2128.06.8230.10,83. Бюл, М 40В.И. Попов681.325:621.3.049.77(088,8) 1. Смолов В.Б, и др. Микроэле е цифроаналоговые и аналоговые преобразователи информа- Л., "Энергия", 1976, с. 191. Бахтиаров 11.Д. и др. Аналого вые преобразователи. И., фСоое радиоф, 1980, с. 242 (про(54)(57) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОСТИ ЦИФРОАНАЛОГОВО 1 О ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ, заключающийся в последовательном измерении .разности междуразрядными весами калибруемого иопорного цифроаналогового преобразователя с последующей обработкой результатов измерениЯ, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности и .быстродействия;измеряют разность между суммой истарших разрядных весов калибруемого цифроаналогового преобразователяи дополнительной аналоговой меройи разности между каждым из и стар-.ших разрядных весов опорного циФроа огового преобразователя и сумменьших разрядных весового цифроаналогового прееля, при этом величиныазрядных весов капибруемоналогового преобразователяются по формуле величина. го разрядного веса ( 1 = И, М-(и+1); величина дополнительной аналоговой меры результат измерения разности между 1-мн разрядными весами капибруеиого и опор ного цифроаналогового преоб- Е Разователя; результат измерения разности между суимой всех калибруемых разрядных весов, меньших 1-го разрядного веса калибруемого цифроаналогового преобразователя и 1-тым разрядным весом 9 ю опорного цифроаналогового преобразователя, общее число разрядов .калиб- СЛруемого ЦАП 1 юачисло старших калибруемых разрядных весов10 20 25 ЗО 35 40 45 50 а = - 1 а. ч", чг ч". +чг ( 2 411 ф 1 1+1( 55 где о,- 1 величина з-го разрядноговеса ( з = Я, , И-(и+1);величина дополнительнойаналоговой меры;результат измерения разности между 3-ми разрядйыми весами опорного иналибруемого ЦАП;результат измерения разности между суммой всех калибруемых разрядных несов,он+ 1 Ч.бО 2 1 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьприменено при создании прецизионных многоразрядных цифроаналоговыхи аналого-цифровых преобразователей.Нзвестен способ, основанный напоследовательном определении разности между очередным разрядным весоми всеми меньшими разрядными весами,по результату которого уточняется величина этого разрядного веса. Причем калибровка производится, начиная с самого младшего иэкалибруемых разрядных весов 1 7.Однако такой способ.характеризуется низкой точностью калибровки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ, заключающийся н последовательном измерении разностимежду, всеми разрядными весамикалибруемого и эталонного ЦАП,.по результатам которых уточняютсявеличины разрядных весов калибруемого ЦА 11 2 3Недостатком этого способа такжеявляется низкая точность калибровки, определяемая точностью эталонного ЦАП и которая не может бытьвыше точности последнего, и низкоебыстродействиеЦель изобретения - повышениеточности и быстродействия калибровки ЦАП,Поставленная цель достигаетсятем, что в способе, заключающемсяв последовательном измерении разности между разрядными весамикалибруемого и опорного ЦАП с последующей обработкой результатов измерений, измеряют разность междусуммой п старших разрядных весовкалибруемого ЦйП и дополнительнойаналоговой мерой и разности междукаждым из и старших разрядных весов опорного ЦА 11 и суммой всехменьших разрядных весов калибруемого ЦАПпри этом величины старших разрядных весов калибруемогоЦАП, определяются по формуле меньших -го разрядноговеса калибруемого цифроаналогового,преобразовате-.ля и етым разрядным несом опорного цифроаналогового преобразователяЯ - число разрядон калибруемого ЦА 11;п - число старших калибруемыхразрядных весов ЦАП,Для пояснения формулы (1) рас-смотрим дна равенства- чг1+1 1+1Ф 11-1а -Е:. =чр., ч,:ч.-ч,где р;,р погрешности определениявеличины Ъ; и Ч;+соответственно.Вычитая из первого равенстнавторое получим соотношение" += ЧМ- Ч 1 ФМ-Р откуда следует справедливость Формулы (1). Нетрудно доказать, что ошибка ю определения. го разрядного веса равнаК=Мгде 5.д щах, 1 ьПоследнее выражение показывает, что ошибка вычисления величин разрядных весов не. накапливается.На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующего предла" гаемый способ.устройство содержит дифференциальный аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 1, калибруемый и опорный цифроаналоговые преобразователи 2 и 3 (ЦАП), аналоговый сумматор 4, дополнительную аналоговую меру 5, аналоговый ключ 6 и вычислительный блок 7.Ключ 6 обеспечивает подачу на второй вход АЦП 1 дополнительной аналоговой меры 5 или базового потенциала устройства. Аналоговый сумматор 4 обеспечивает подачу на первый вход ЦАП 1 разности аналого" вых сигналов калибруемого 2 и опорного Э цифроаналоговых преобразователей. Результаты измерений поступают в вычислительнйй блок 7, обеспечивающий вычисление величин раэ" рядных весов калибруемого ЦАП 2.Процесс калибровки осуществляется следующим образом.Калибруются и старших разрядных весов цифроаналогового преобразователя 2, причем самый младший из калибруемых разрядных весов удвоен. Процедура калибровки применима к любьи двоичным ЦАП (т.е. таким, у которых следующий разрядный весбольше предыдущего в два раза) идля которых выполняется с требуемой точностью принцип суперпозициидля разрядных весовТак как выходной сигнал ЦАП может быть разной природы (ток, напряжение)то. з-ый разрядный вес обозначается через а . Опорный ЦАП 3 гене 1рирует дополнительные аналоговыесигналы Ь для уменьшения разностимежду подаваемыми на входы АЦПсигналами,Калибровка начинается с измере"ния разности Ч между дополнительной аналоговой мерой 5 а,1исуммой и старших разрядных весовкалибруемого ЦАП 2, из результатакоторого вычитается результат из мерения дрейфа нуля ЧН1 2а) а.:Ч,- Ч;1=И-иЗатем последовательно, начинаяс самого старшего, определяют величины всех калибруемых разрядныхвесов. Первым калибруют самый старший разрядный вес а,. Для его определения необходимо измерить разность Ч между ним и суммой всехменьших калибруемых разрядных веМ сов С и . Так как сделать этоК= М-инепосредственно не представляетсявозможным, то разность определяется по результатам двух измерений,производимым следующим образом.На калибруемый ЦАП 2 подают код,по которому включается только старший разрядный вес: выходной сигнал калибруемого ЦАП 2 при этом будет равен а . В опорном ЦАПе включается также И-ный разрядный весЬ 1 приблизительно равный а 1, Сигналы а Ч и Ь 1 Ч вычитаютсЯ в аналоговом сумматоре 4 и подаются на первый вход АЦП 1, на второй вход которого в это время подается базовый потенциал устройстваАЦП 1измеряет эту разность и полученныйрезультат Ча-Ьч запоминается.1Затем в калибруемом ЦАП 2 выключается старший разрядный вес и включаются все меньшие калибруемые веса:выходной сигнал калибруемого ЦАП 2будет теперь равен суммек 1Кс И-и1АЦП 1 измеряет разность между укаэанной суммой и выходным сигналомЬ опорного ЦАП 3 и полученный реМ ф-/ьй-ис тремя предыдущими позволяет вычислить истинное значение величины аам= 2 аж"и-"м Чи. 1 "и=4 И-"м10 30 ния этой разности вместе с предыдущим Результатом Ч 1измеренияи результатом Ч, полученным в предыдущем цикле калибровки позволяет 35 вычислить величину очередного разрядного веса апо формулеМ2й Мй)Чй" йЧй Далее определяют величину сле дующего,И)-го Разрядного весаам , затем величину а 3 и т,д,Причем величина -го разрядноговеса определяется после вычислениявеличины предыдущего ( й.1)-го раз рядного веса и по результатам двухизмерений, результату Ч ". = о.: - Ь.1измерения разности между 1-ми разрядными весами калибруемого и опор 1-12ного ЦАП и результату Ч, =с аК-Ь.К-М-иизмерения разности между суммойвсех меньших калибруемых разрядныхвесов калибруемого ЦАП 2 и ь-тьюразрядным весом опорного ЦАП 3.55 Величину 2-го разрядного веса й;определяют по формулеИэ приведенных выражений следует, что введение дополнительногоаналогового сигнала Ь . О. позволяет увеличить точность определе 1- /ния разности, Ч"КН. К 65 так как при этом АЦП 1 измеряет 5 15 20 25 Нетрудно заметить, что неточностьдополнительного аналогового сигнала Ь не оказывает влияния на результат вычисления величины Ча, следовательно, и с(1,Величина Ч 1 сохраняется для сле-,дующего цикла калибровки, в котором определяют величину следующего(И)-го разрядного весаа,1Дляэтого нужно определить разностьЧмежду определяемым разрядными-гвесом а,Ч , и суммой - а всех:К=1- именьших разрядных весов, Йаходятее по результатам двух измеренйй.В калибруемом и опорном ЦАП 2 и 3включают (И)-ые разрядные весаа 1 и Ьч 1 соответственно. Результат измерения разности между ними Ч= а- .ЬзапоминаетсяЗатем в калибруемом ЦАП 2 выключают(И) -ый разрядный вес и включаютвсе меньшие калибруемые разрядныевеса, Измеряется разность междук-гсуммой- указанных весов иаК:й-осигналом Ьопорного ЦАП. Резульй тат Ч = а -ЬизмереН-КЗаказ 8686/56 Тираж 936 . ПодписноецНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений н открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Иатентф, г. Ужгброд, улПроектная, 4 разности между близкими по величине сигналами, а неточность Ь неоказывает влияния на результат вычисления Ч и, следовательно, величины а; Процесс последовательного определения величин разрядных весов продолжает до получения последнего, самого младшего иэ калибруемых, разрядного веса а Предлагаемый способ имеет следующие преимущества: обеспечиваетболее высокую точность калибровкиЦАП, так как происходит уменьшениевлияния погрешностей измерений, производимых в предшествующих циклахкалибровки (ввиду наличия коэффициента 1/2), а также обладает большимбыстродействием, так как производится определение величин лишь стар 1 О ших разрядных весов.