Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей

ОЮЗ СОВОЦИАЛРЕСПУБЛ ЕТСКИХ ТИЧЕСН 504 НОЗМ 1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В 27В.Л.ПолК.Смирно(56) Авторское свВ 752791, кл. Н 03Авторское свидеВ 683015, кл. Н 03 идетельство СССР К 13/02, 1980. тельство СССР К 13/О 2, 1977. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФУНКЦИИРАСПРЕДЕЛЕНИЯ СЛУЧАЙНОЙ ПОГРЕШНОСТИАНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться для выходного итехнологического контроля при разработке и производстве аналого-цифровыхпреобразователей. В устройстве, с целью повышения точности, выводы конт-ролируемого преобразователя 19 объе1246370 дивены с шинами 16, 17 и 18 устройства, после чего с выхода исгочника 1 калиброванных напряжений на вход преобразова- теля 19 подается напряжение= цх (а + 05), На первом такте управляемый генератор 7 переходит в рабочий режим, а на выходе блока 15 управления появляется уровень логической единицы, блокирующий рабэту распределителя 5 импульсов и счетчик 8 и управляющий делителем 14 таким образом, что выход преобразователя 3 код-напряжение подключается к второму входу аналогового сумматора 2 через меньший коэффициент деления, После. первого запуска аналого-цифрового преобразователя 19 и сравнения его выходного кода Ь с опорным кодом а в блоке 4 сравнения кодов блок 15 управления фиксирует первое из появившихся подтверждений соотношения кодов, если Ь ( а, то сигнал поступает на суммиИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может использоваться в экспериментальных исследованиях на этапах НИР, ОКР, а также в .ходе технологического и выходного контроля при разработке и производстве аналого-цифровых преоб.разователей (АЦП) и цифровых вольтметров (ЦВ).Цель изобретения - повышение точности.На фиг, 1 изображена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - схема реализации блока управления.Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей содержит источник 1 калиброванных напряжений (ИКН), аналоговый сумматор 2, преобразователь 3 код-напряжение (ПКН), блок 4 сравнения кодов (БСК), распределитель 5 импульсов, блок 6 памяти (БП), управляемый генератор 7, счетчик 8, пересчетный блок 9, реверсивный счетчик 10, первый 1 1 и второй 12 сумматоры, регистр рующий, а при 1, а - на ычнтающиевходы реверсивного счетчика 10, Появ-,ление подтверждения сигнализирует,что первый этап закончился. Одновременно импульс с второго выхода блока15 разрешает перепись кода в регистр13, а по заднему фронту сбрасываетсчетчик 10 в исходное состояние. Навтором этапе код поправки, запомнен-ный в регистре 13, подается черезвторой сумматор 12 на вход источника1 калиброванных напряжений и, еслиразрешающая способность цепи обратнойсвязи на первом этапе выше, чем уисточника 1, то младшие разряды кодапоправки с вторых выходов регистра 13подаются на первый сумматор 11. Счетчик 8 формирует код,управляющий заполнением блока 6 памяти, в ячейкахкоторого Формируется оценка функции распределения,. 1 э, и, ф-лы,2 ил. 13, управляемый делитель 14 блок 15управления, выходные шины 16 и 17 ивходную шину 18. Контролируемый аналого-цифровой преобразователь обоз-начен позицией 19.Блок 15 управления содержит третий 20, второй 21 и первый 22 КЯтриггеры, первый 23 и второй 24 элементы И, элемент 25 ИПИ, элемент 26задержки.Устройство работает следующимобразом. Перед началом работы соответству ющие выводы преобразователя 19объединяются с шинами 16-18 устройства., с выхода источника 1 на входАЦП 19 подается напряжение 11, = г 1 хх (а + 0,5), соответствующее номи нальному значению перехода междуа = м и (а + 1) = м квантами (г 1номинальный размер кванта ПЦА 19).В исходном состоянии регистр 13,счетчики 8 и 10 и блоки 6 и 9 сбро шены в нулевое состояние по цепямсброса (не показаны). На выходахблока 15 управления установленыквантования.После первого запуска АЦП 19 и сравнения его выходного кода Ь с опорным кодом а в блоке 4 блок 15 фиксирует первое из появившихся подтверждений соотношения кодов Ь и а Ьа или Ь ) а. Процесс формирова ния оценки смещения уровней кванто 35 вания и его компенсации на входе преобразователя 19 в известном и предлагаемом устройствах происходит одинаково, т.е., после каждого опроса АЦП 19 импульсы подтверждения соотношения Ь ( а поступают на суммирующий, а при Ь) а - вычитающий вход реверсивного счетчика 10. Выходной . код последнего преобразуется ПКН 3 в изменяющееся напряжение, подаваемое совместно с Б на вход преобразоваогеля 19. ЗО Появление подтверждения соотношения кодов Ь и а, отличного от первоначального, сигнализирует, что пер.50 вый этап закончился и измеритель вышел в район рабочей точки, т.е. на выходе цепи обратной связи, образованной блоками 4, 10. 11, 3 и 14, сформирована грубая оценка смещения 55 уровня квантования, При этом на первом выходе блока 15 появляется уровень логической единицы, разрешающий уровни логического цуля, импуцьсы свыхода генератора 7 це поступают,Работа предлагаемого устройстваосуществляется в два этапа, Б тече -ние первого этапа осуществляется отработка смещения уровней квантования - выход на рабочую точку. В течение второго этапа измеряется искомая функция. Первый этап начинаетсяпоявлением сигналаПускц на соответ Оствующей шине. При этом генератор 7переходит в рабочий режим генерацииимпульсов, а на первом выходе блока15 управления появляется уровень логической единицы, блокирующей ра , боту распределителя 5 и счетчика 8 и управляющей делителем 14 таким образом, что выход ПКН 3 подключает-ся к второму входу аналогового сумматора 2 через меньший коэффициент деления. Таким образом, на первом этапе не работает часть схемы, обеспе.чивающая измерение функции распределения, а преобразователь 3 работает на грубом пределе, при котором диа пазон обратной связи перекрывает возможные значения смещения уровней работу распределителя 5 и счетчика Я и переключающей делитель 14 ца боль - шцй каэффшц 1 ецт деления, Одцовремеццо импульс с вгорого выхода блока 15 управления по переднему Ърецту разрешает г.ренись кода, сформцроваццого в течение первого этапа ца выходе реверсивного счетчика 10, в регистр 13, а по заднему фроцту сбрасывает счетчик 10 в исходное состояние, После этого начинается второй этап измерение функции распределения. Код поправки, запомненный регистром 13, подается на второй сумматор 12 ца вход источника 1 и, если разрешающая способность указанной ранее цепи обратной связи на первом этапе выше, чем у источника 1, то младшие разряды кода поправки с вторых выходов регистра 13 подаются на сумматор 11.Поправка, отработанная на первом этапе, позволяет значительно уменьшить на втором этапе рабочий диапазон измерителя и, следовательно, повысить разрешающую способность и точность оценки функции распределения и смещения, Код поправки подается в течение второго этапа не в младшие разряды счетчика 10, так как при этом цепь обратной связи работает на младшем пределе. В остальном работа устройства на втором этапе аналогична работе. известного устройства - счетчик 8 формирует коц, управляющий заполнением блока 6 памяти, в ячейках которого формируется оценка функции распределения, Одновременно код с выхода счетчика преобразуется ПКН 3 в сканирующее вспомогательное воздействие, равномерно распределенное в пределах, не намного превышающих размах контролируемой случайной погрешности, Цепь обратной связи, образованная блоками 10, 11, З.и 14, позволяет на втором этапе уточнить значение отрабатываемого смещения и компенсировать нестабильность уровней квантования в процессе измерения функции распределения. При реализации блока 15 управления согласно фиг. 2 по сигналу "Пуск" триггеры сбрасываются в нулевое состояние. После первого опроса АЦП 19 импульс подтверждения Ь ) а или Ь с а переводит соответственно триггеры 20 или 21 в единичное состояние, триггеры 20 и 21 управляют прохождением повреждений, отличных от первоцачаль 5 12463но заполненных (т. е. Ь ь а = Ь ) а),на В - вход триггера 22, Последний, управляет режимом работы измерителя:выход в рабочую точку при нулевомсостоянии и измерение искомой функции при единичном состоянии. Элемент26 задержки определяет длительностьимпульса, формируемого на выходе.элемента ИЛИ 25. Необходимо отпичатьсмещение, обрабатываемое на первом 10и уточняемоена втором этапе,и нестабильность, компенсируемую на второмэтапе, Смещение, величина которогоможет значительно превышать размахискомой случайной погрешности, вызвано неточностью подгонки и регулировки АЦП 19, Реальные значения нестабильности уровней квантования преобразователя 19 за время обработки(200-1000 тактов опроса АЦП 19) не 20превышает размаха случайной составляющей инструментальной погрешности.Эта нестабильность обусловлена временными, температурными и т.д. дрейфами АЦП 19, 5Компенсация смещения обеспечиваетвыход устройства в рабочую точку,компенсация нестабильности - получение искомой оценки функции распределения, не искаженной дрейфами уровней 30квантования,Таким образом, отличия предлагаемого устройства от известного,позволяющие повысить точность определения функции распределения, заключаются в двухэтапности работы ивозможности сужения рабочего диапазо.на в процессе измерения искомойфункции.Разделение времени отработки сме щения и времени измерения функции , распределения позволяет избежать искажения оценки последней в процессе формирования напряжения, компенсирующего смещение. Сужение рабочего диапазона (а следовательно, повышение разрешающей способности) п 1 ри измере - нии функции распределения достигается за счет выхода измерителя в рабочую точку, осуществляемого на пер вом этапе.Формула иэ об ре те ния1,Устройство для измерения функции распределения случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей, содержащее источник калиброванного 70напряжения, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого является первой выходной шиной, вторая выходная шина объединена с входом счетчика и подключена к выходу управляемого генератора первый вход которого является шиной "11 уск", а второй вход соединен с выходом пересчетного блока, вход которого соединен с первым выходом счетчика, вторые выходы которого соединены с первыми входами распределителя импульсов и первого сумматора, причем выходы последнего соединены с входами преобразователя код-напряжение, а вторые входы - с выходами реверсивного счетчика, первый вход которого соединен с первым выходом блока сравнения кодов, первые входы которого являются входной шиной, а вторые входы - с шиной опорного кода, второй выход блока сравнения кодов подсоединен к вторым входам реверсивного счетчика и распределителя импульсов, выходы последнего их которых соединены с соответствующими входами блока памяти, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с. целью повышения точности, внего введены второй сумматор регистр,управляемый делитель и блок управления, первый вход которого подключен к шине Пуск", а второй и третий соответственно - к первому и второму выходам блока сравнения кодов. первыИ выход блока управления соединен с третьим входом реверсивного счетчика и первым входом регистра, вторые входы которого соединены с выходами первого сумматора, третьи входы которого соединены с первыми выходами регистра, вторые выходы которого подсоединены к первым входам второго сумматора, вторые входы которого являются шиной опорного кода, а выходы соединены с входами источника калиброванного напряжения, причем выход преобразователя код-напряжение подключен к первому входу управляемого делителя, выход которого соединен с вторым входом аналогового сумматора, а вторсй вход объединен с вторым входом счетчика, третьим входом распределителя импульсов и подключен к второму выходу блока управления2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на трех НЯ-триггерах, элементе задержки, двух элементах И, элементе ИЛИ, выход которого соеди1246370 ИРа Пуск г. Составитель И. РомановТехред В.Кадар орректор М. Демч дактор В. Петр акаэ 4022 5 ира одписное ВНИИПИ Госуд по делам и13035, Москва,омитета Соткрытийая наб.,ственно обретении Ж, Рау Производственно-полиграфическое предприятие,ул, Проектная,жг нен с входом элемента задержки и является первым выходом блока управления, вторым выходом которого являетсяпрямой выход первого КБ-триггера,инверсный выход которого соединен спервыми входами первого и второгоэлементов И, второй вход последнегоиэ которых соединен с прямым выходомвторого КБ-триггера, Б.-вход которогообъединен с вторым входом первого 10элемента И и является третьим входомблока управления, вторым входом которого является Б-вход третьего .КБ -триггера, объединенный с третьим входом второго элемента. И, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И.третий вход которого соединен с прямым выходом третьего КЯ-триггера,К-вход которого объединен с К-входами первого и второго КБ-триггерови является первым входом блока управления, Б-вход первого КБ-триггерасоединен с выходом элемейта задержки.