Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 22. 02. 79 (21) 2728567/18-21с присоединением заявки Но(23) Приоритет -Опубликовано 2312.82. Бюллетень М 47Дата опубликования описания 23.12.82 рцм.кп. н оз к 13/ог Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель 54 СПОСОБ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГОПРЕОБРАЗОВАНИЯ ф 1 о ( о) оИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для метрологического обеспечения прецизионных цифровых информационно-измерительных систем и иэмерительно-вычислительных комплексов, использующих способы преобразования аналоговых сигналов в 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 преобраэова" теля, в котором градуировочная характеристика измерительного устройства аппроксимируется кусочно"линейной функцией, а весь 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 преобразователя1 3. 30 Недостатком этого способа является значительное количество дополнительных преобразований для получения конечного результата измерения исследуемой величины, что существенно препятствует внедрению его в быстродей" ствующих информационно-измерительных системах. Известен также способ коррекции погрешностей аналого-цифрового пре,образования Гг , 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-цифровогопреобразования исходного аналогового сигнала;ЕУ ) - аналого-циФровое преобразоОванне результата цифро-аналогового преобразования уо затем цифро-аналоговое преобразование результата, вычисленного по предыдущей формуле, далее аналого-циф ровое преобразование его и вычисление отношения 984030зования исходного сигнала по формуле5где 1 ( Ч ) - аналого-цифровое преобраэование результатацифро-аналогового преобразования величины У 1и,наконец, повторное аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала и вычисление скорректированного результатаЧ:Ч - ЮЦЧ)- Ч,1,Недостатком данного способа, каки предыдущего, является его сложность(вследствие большого количества преобразований для получения конечногорезультата измерения, что существенно ограничивает его примеНение вбыстродействующих измерительных системах.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук изобретению является способ коррекции погрешностей аналого-цифровогопреобразования, включающий аналогоцифровое (прямое) преобразованиеисходного сигнала, цифро-аналоговое(обратное) преобразование результатапрямого преобразования исходного сигнала, последующее прямое преобразование последней величины, сравнениеее с результатом прямого преобразования исходного сигнала, корректироку результата повторного преобразования исходного сигнала по результатусравнения и т.д. до получения результата измерения исходного сигналас требуемой точностью 33. 40Недостатком известного способаявляется низкое быстродействие вследствие большого числа дополнительныхтактов преобразования (как правило,3-.5) до получения результата с приемлемой точностью,Цель изобретения - повышение быстродействия.Указанная цель достигается тем,что в способе коррекции погрешностейаналого-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 сиг"нал подвергают прямому преобразованию,осуществляют также обратное преобразование сигнала,.увеличенного на величину образцового сигнала результатапрямого преобразования исходного сигнала полученный сигнал также подвергают прямому преобразованию,вычисляютскорректированный результат преобра- ,5 где К - величина обраэцового сигнала;У - результат аналого-цифровогопреобразования исходногосигнала;У - результат аналого-цифрового преобразования значенияцифро-аналогового преобразования величины (У 1-К)У 3 - результат аналого-цйфровогопреобразования значенияцифро-аналогового преобразования величины (У 1+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 эа" висимости1= а )(+Ь. (1)где а - соответствует мультипликативной составляющей погрешности, определяемой изменением наклона градуировочной характеристики и зависимостью результата преобразования от Х в силу нелинейности градуировочной характеристики;Ь - соответствует аддитивной составляющей погрешности, определяемой сдвигом градуировочной характеристики.Во втором такте производят аналого-цифровое преобразование аналогового сигнала Х, полученного после цифро-аналогового преобразования разности У и образцового сигнала К, Полагая, что погрешности цифро"аналогового преобразования малы и что цифро-аналоговое преобразование реалиэирует обратную функцию Х=У, можно считать во втором такте аналоговый сигнал Х=У 1-К, а результат дальнейшего аналого-цифрового преобразования выражается следующей зависимостью Ч =с + .В третьем такте производят аналогоцифровое преобразование аналогового сигнала Х 3, образующегося в результате цифро-аналогового преобразоваления суюаа (Ч+ К). Результат Уаналогового преобразования в третьемтакте по аналогии со вторым тактомравен3Иэ уравнений (1), (2), (3) определяется выражение для вычисления скорректированного результата исход-, ного аналогового сигналаИз 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 Ь, а 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 результата из аналого-цифрового преобразователя 8 передается в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) УВК 1. После этого процессор УВК 1 производит вычитание из кода У -образцовой величины К и код разности У -К подается на вход точного цифроаналогового преобразователя 3, на выходе которого формируется аналоговый сигнал Х -- У 1-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 результата У из аналого-цифровогопреобразователя 8 передается в ОЗУУВК 1. Далее, процессор УВК 1 производит сложение кодов У и К, хранящихся в ОЗУ, и передает код суммы5 (У +К) на вход точного цифро-аналогового преобразователя 3, на выходе которого формируется аналоговый сигналХ =У+К,В третьем такте измерений анало 10 гового сигнала Х 3 с помощью входного коммутатора 5 подается на вход основной измерительной цепи и производится его цифровое измерение. Кодполученного результата Уз из аналого 15 цифрового пРеобразователя 8 передается в ОЗУ УВК 1. По окончании третьеготакта измерений в процессоре УВК 1вычисляется конечный результат измерения, свободный от аддитивной имультипликативной составляющих погрешностей и ошибок нелинейности. Погрешность цифро-аналогового преобразователя 3 и погрешность входногокоммутатора 5 аналоговых сигналоввключается в остаточную погрешностьрезультата измерения по предлагаемому способу.Предлагаемый способ по сравнениюс известными позволяет значительноуменьшить время, необходимое для получения конечного результата измере-,ния,свободного от больших погрешностей основной измерительной цепи, состоящей из одного или нескольких иэмеЗ 5 рительных преобразователей. Повышениебыстродействия измерительного устройства достигают по предлагаемому спосс.бу уменьшением до двух и фиксированием числа дополнительных тактов измерения и, соответственно, фиксирова-ф нием числа обращений к вспомогательному устройству, т.е. обратному преобразованию (ЦАП). Выигрыа в быстродействии по сравнению с известными фспособами тем больше, чем больше45 погрешность основной измерительнойцепи, которую исключают по предлагаемому способу в ходе преобразованияисходного аналогового сигналаФормула изобретенияСпособ коррекции погрешностейаналого-цифрового преобразования,включающий аналого-цифровое (прямое)преобразование исходного сигнала,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения быстродействия, осуществляют .цифро-аналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сиг" нала прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал подвергают прямому преобразованию, осуществляют также обратное преобразо ванне сигнала, увеличенного на вели984030 где К Составитель Г. Милославсктор В.Лазаренко Техред Л.пекарь орректор оши акаэ 9956/75 ВНИИП по д 113035, Тираж 9 досударственн лам изобретени Москва,Ж-.35, одписн о комитета СССРи открытийушская наб., д.4/ иал ППП Патент , К,;Ужгород, ул .Проектная чину образцового сигнала результатапрямого преобразования исходногосигнала, полученный сигнал также подВергают прямому преобразованию, вычисляют скорректированный результатпреобразования исходного сигнала поформуле.преобразования значения цифро-аналогового преобразования величины (У+К)Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 10 1. Авторское свидетельство СССРР 331321, кл. 6 01 В 19/00, 1969.2. Авторское свидетельство СССР9 766001, кл. Н 03 К 13/02, 1978.3Авторское свидетельство СССР 15,9 219290, кл. С 01 д 13/02, 1967.