Способ определения погрешности аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик нн 995308(22) Заявлено 0410. 80 (21)2988759/18-21с присоединением заявки МВ -ю)М Кл 3 Н 03 К 13/ог Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.Изобретение относится к электро- измерительной н вычислительной технике и может быть использовано при проверке аналого-цифровых преобразо" вателей (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. Значениевходного сигнала в этом случае в любой момент времени заранее известно 13.Недостатком данного способа явля ется невозможность получения эталон- наго сигнала с большой скоростью изменения из-эа ограниченного быстро" действия ЦАП.Известен способ определения погрешности аналого-цифровых преобразователей в динамическом режиме путем преобразования входного изменяющегося сигнала в поверяемой точке шкалы преобразования и вычитания реЕШНОСТИ АНАЛОГО-ЦИФРОНАМИЧЕСКОМ РЕЖИМЕ зультата 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 нестабильности 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 по 995308грешности аналого-ци Фровых преобразователей в динамическом режиме путемпреобразования входного изменяющегосясигнала в поверяемой точке шкалы преобразования, и вычитания результатапреобразования из кода, соответствующего поверяемой точке шкалы преобразования, в соответствующей поверяемой точке формируют эталонный анало;говый сигнал, с пределами изменЕния, .меньшими статической погрешности 10преобразования, и при вычитании используют результаты преобразованияс входным изменяющимся сигналом,находящимся в указанных пределах,Способ осуществляют следующим 15образом.В требуемой точке шкалы АЦП формиру т эталонный сигнал О с пределами й дО (Фиг.1) .Значение дИ выбирают меньше статической погрешности 20АЦП, На вход контролируемого преобразователя подают изменяющийся сигнал,например синусоидальной, пилообразной или другой форьы. Для любого вида входного сигнала требуется, чтобы 5он многократно проходил через значе. ние О, В тактовые моменты временипроизводят отсчеты входного сигнала.Во все моменты отсчета АЦП осуществляют контроль за значением входного сигнала, т,е. определяют находилсявходной сигнал в пределах + дО илиза пределами данной зоны. Из всехрезультатов преобразования АЦП дляопределения 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 00) . Моменты прохождения входным сигналом эоны 2 ЬО, 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 дО в моменты отсчета.В выбранные моменты отсчета значение входного сигнала с погрешностью ф ЬО равно 00, Если входной сигнал при прохождении зоны всегда имеет примерно одну и ту же скорость изменения, 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 погрешности.Способ иллюстрируется временными диаграммами Фиг.1 . Здесь в момент времени 1, являющийся одним иэ моментов отсчета контролируемого АЦП, может формироваться сигнал 1 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.2 а показаны границы зоны О 0+ЬО и О 0-ЬО. Здесь О,ш - погрешность сравнения входного сигнала с опорным уровнем - случайные шумы. В пределах Онельзя точно определить выше или нйже границы (например, верхней) находится входной сигнал. На фиг.2 б приведен случай, когда ЬО =О, 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 проходит через зону О,+ в " О, (между Е 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 О .Таким образом,предлагаемый способ позволяет обеспечить погрешностьизмерения, близкую к погрешности операции сравнения. В прототипе же в общую погрешность, кроме погрешностиоперации сравнения с опорным уровнем,входит погрешность определения приращения входного сигнала. Кроме того,прототип не позволяет осуществлятьизмерения при случайном характеревходного сигнала, а предлагаемый способ применим и в этом случае, таккак безразлично сверху или снизу входит сигнал в заданную зону и какую Форму он имеет,Схема (Фиг.З) содержит источник1 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 АЦП параллельно-пос995 30 8 5ледовательного преобразования с час- тотой дискретизации 10 МГц. На первые входы компараторов и вход АЦП подают синусондальное 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 230 пРинято 2 мВ. 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 АЦП для снятия результата преобраэовачия.,Предлагаемый способ позволяет простыми средствами контролировать погрешность АЦП непосредственно в условиях эксплуатации с высокой точностью,Формула изобретенияСпособ определения погрешностианалого-цифровых преобразователей вдинамическом режиме путем преобразования входного изменяющегосясигналав поверяемой точке шкалы преобразования и вычитания результата преобразования из кода; еоответствующего поверяемой точке шкалы преобразования, .о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с 1 О целью повышения точности определенияпогрешности и расширения функциональных возможностей., в соответствующейповеряемой точке формируют эталонныйаналоговый сигнал с пределами измене ния, меньшими статической погрешностипреобразования и при вычитании используют результаты преобразования свходным изменяющимся сигналом, находящимся в указанных пределах.20 Источники информации .принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 605313, кл, Н 03 К 13/02, 1975;2. Авторское свидетельство СССР 25 Р 606204, кл. Н 03 К 13/02, 1978995308НИИПИ Заказ 670/4ираж 934 Подписно Филиал ППП "Патент", г,Ужгород,ул.Проектная,4