Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 10 е)5 1-1 03 М ЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТВУ. ВТОРСКОМУ С ьс ГО-цифльной льзо- браз- телей ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ Й ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретениеровой и информтехнике, Устройсвано для исследоцов аналого-циф аучно-исследователстроениядетельство СССР03 М 1/10, 1989,О ОНТРОЛ 1 АНАЛОБРАЗОВАТЕЛЕЙотносится к аналогоационно-измеритево может быть испования и настройки оровых преобразова при изготовлении, а также при выходном и входном контроле изготовителями и потребителями АЦП, На тактовый вход 25 исследуемого АЦП 23, соединенный с входом счетчика 9, поступают импульсы с выхода генератора 13 тактовых импульсов. На аналоговый вход 24 АЦП 17 подается сигнал сумматора 6, на первый вход которого подается постояййое напряжение с выхода делителя 8 напряжения, На вход делителя 8 напряжения сигнал поступает с первого выхода генератора 3 пилообразного напряжения, с второго выхода которого сигнал поступает на вход У (вертикальный развертки) осциллографа 4 Выходной параллельный код преобразуется с помощью1757100 выходноГО сиГнала счетчика 9 на преОЬ- разователе 1 кода в последоватзльный кОд, началО каторОГО В синхранизатор 8 11 выравнивается с началам с-нала с формирователя 10 импульса запуска, 1 а ВхОд котораГО паст)упа)ют сиГналы с выхоДа счетчика 9. Импульсный сиГнал с первого Выхода синхронизатора запускает горизонтальную развертку осциллографа. Сигнал с второго выхода синхронизатора.11 усиливаетсл в преобразователе 12 напряжений и подаетсл на вход 7 подсвета осциллографа 4, ИзобраИзобретение Относится к аналого-Ци,)" ровой и информационно-измарительнай технике и является усавервгенствованием устройства па авт,св, % 1631725,УстраистВО маж 8 т быть использОвано ДлЯ исслеДОванил и настпайки ОбразЦОВ аналого-цифровых преобразователей АЦ ) при изГОтовлеьии, а такж 8 при Выходном и ВхОднОм контроле изГОтовителями и потребителями АЦП,Известно устройство контроля анагогацифровых преобразователей, содержацее преобразователь параллельного када в ГО- следавательный, первы 8 входы котОроГО лв" ляютсл первыми входами устройствами, генератор пилообразного напряжения, ГерВый ВыхОд котороГО пОдключ 8 н к первому входу осциллографа, источник напряжения, рыход которого подключен к первому входу Сумматора, выход котарога являетсл первым выходом устройства, делитель напряжения, счетчик, формирователь импульса запуска, синхронизатор, преобразователь напряжений и генератор тактовьх импульсов, Выход котароГО соединен с вторым выодом устройства, с первьм входам синхронизатора и входам счетчика, выходы которОГО подключены к Вторы Входам преобразователя параллельного кода в последовательный и входам формирователя импульса запуска, выход которого соединен с Вторым входам синхронизатора, третий вход которого подклОчен к выходу преобразователя параллельного када В ПОследавательный 1,. первый ВыхОд - к Второму входу ОсциллоГрафа, второй вы" ход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом делителл напряжения, второй вход которого является Вторым ВхОдОм устрОЙства, а Выхбд пОд" ключен к Второму входу сумматора, третий ВхОд устрОЙстВа соединен с Входом источника напряжения,жение на экране осциллографа 4 представляет собой растровое изображение, в котором одновременно содержится информация как о разрешаОщей способности АЦП при нескольких соседних кодовьх комбинациях, так и о значениях этих комбинаций, Отдельный контрольный разряд, образу 0 ЦийСя на зкранР ООЦиллОГрафа 4 с пОмОЩью блока 20 масштабираваЯ, кампаратара 17, коммутатора 18 и мультиплексора 19, пазволлет постоянно контролировать работаспосаЬ 1 Ость устройства, 2 ил. НедостаКам известного устройства является низкая дасОвернась из"зд Отсутствия сигнала о исправности самого устройства, т.е. при получсчии на выходе исследуемоо АЦП сигналов, не соответстВующих правиль 1 ым, возникает вопрос 0 исправности самого устройства контроля апри 1 ер, отсутствии сбоев в Цифровых узлах, а также о уровне собственых шумов устраис.Ва),Цельо изобретения является повыше- НОР ДОСТОВ 8 НОСТИ И ТОЧНОСТИ,Поставленная цель достигается тем, что В устройсво введень компаратор, коммутатар, мультиплексор и блОк масштабированил, вход которого саединсь с выходом источника напрлженил, а выход - с первым входом кампаратара, второй вход которога является общей шиной, выход компаратара соединен с информацианым Входом коммутаторапервые выходы которого соединены с соответствующими первьМи инфарм ацион ными входами мульти Г 1 лексора, вторые информационные входы катарОГО являОтся соответствую Ими первыми входными шинами, выходь Мультипле:(сара соединены с соответствуюЦими первыми входами преобразователя параллельного када В пОследавателььый, третий ВхОд котарога подкглочен к второму входу коммутатора, управляющие входы которого являОтсл соответствующими четвертыми входными ши 1 Вми, управляющий ВхОд мультиплсксора яв 1 яется пятОЙ Входной шиной,На фиг, 1 приведена функциональная схема предлаж 8 ннаГО устрайствсю, на фиг, 2 - теневое изображение выходного тока АЦП и контрольного разряда на экране Осциллографа, илл остри рующее принцип пастроеил изображения с использованием модуляции луча по яркости, Устройства контролл аналого-цифровых преОбрэзОВателеЙ саДоржит преабразователь 1 параллельного кода в последовательный (ПК), входы 2 являются первыми входами устройства, генератор 3 пилообразногонапряжения, осциллограф 4, источник 5напряжения, сумматор 6, выход которого 5является первым выходом 7 устройства, делитель 8 напряжения, счетчик 9, формирователь 10 импульса запуска, синхронизатор11, преобразователь 12 напряжений (ПН) игенератор 13 тактовых импульсов, выход которого соединен с вторым выходом 14 устройства, с первым входом синхронизатора11 и входом счетчика 9.Выходы счетчика 9 подключены к вторым входам преобразователя 10 импульса запуска, выход которого соединен свторым входом синхронизатора 11, Третийвход синхронизатора 11 подключен к выходу преобразователя 1 параллельного кода впоследовательный. Первый выход синхронизатора 11 соединен с вторым входом осциллографа 4, а второй выход черезпреобразователь 12 напряжений с третьим, входом осциллографа. Первый выход генератора пилообразного напряжения подключен к первому входу осциллографа 4, второй- к первому входу делителя 8 напряжения,Второй вход делителя напряжения являетсявторым входом 15 устройства, а выход делителя 8 напряжений подключен к второму 30входу сумматора б, Третий вход 16 устройства соединен с входом источника 5 напряжений, Выход компаратора 17 подключен кинформационному входу коммутатора 18,выходы которого подключены к первым информационным входам мультиплексора 19,вторые входы которого являются соответствующими первыми входными шинами 2 устройства, а выходы подключены к первымвходам преобразователя 1 параллельного 40кода в последовательный, Третий вход преобразователя 1 подключен к второму выходу коммутатора .1 8,Вход блока 20 масштабирования соединен с выходом источника напряжения, 45а выход - через компаратор 17 с входомкоммутатора 18, Управляющие входы коммутатора 18 и мультиплексора 19 являютсясоответственно четверть 1 м 1 и пятым 22 входами устройства, 50 Устройство работает следующим образом.Исследуемый АЦП 23 подключается с помощью входной шины 24 аналогового 55 сигнала к выходной шине 7 устройства, с помощью входной шины 25 тактовых импульсов - к выходной шине 14 устройства, Шины 26 выходного кода АЦП 23 соединяются с входными шинами 2 устройства,Предложенное устройство работает в двух режимах; "Работа" и "Контроль",В режиме "Работа" по сигналу с шины 22 мультиплексор 13 подключает входы 2 устройства к входам преобразователя 1 параллельного кода в последовательный.Контроль и измерение параметров (разрешающей способности и дифференциальной нелинейности) АЦП 23 осуществляется по растровому изображению на экране осциллографа 4, На экране осциллографа 4 с помощью специальной развертки и модуляции яркости луча создается растровое изображение, в котором одновременно содержится информация как о разрешающей способности АЦП 23 при нескольких соседних кодовь,х комбинациях, так и о значениях этих комбинаций, Измеряемая величина разрешающая способность) отображается геометрически - высотой определенного элемента изображения, что облегчает срав- нение соседних элементов при определении дифференциальной нелинейности,На вход контролируемого АЦП 23 с выхода аналогового, сумматора 6 подается напряжение сложной формы, представляющее собой суммы постоянной регулируемой составляющей, образующейся на выходе источника 2 напряжения (ИН) и низкочастотной переменной составляющей (симметричной пилообразной формы), формирующейся на выходе генератора 3 пилообразного напряжения (ГПН). Величина пилообразного напряжения на входе аналогового сумматора б определяется коэффициентом деления делителя 8 напряжения. Частота повторения циклов преобразователя (т,е, частота преобразования входного сигнала), задаваемая с помощью генератора 13 тактсвых импульсов, во много раз и ре- вышает частоту пилообразного напряжения на выходе ГПН 3, поэтому в течение любого одного цикла преобразования входное напряжение АЦП практически не успевает существенно измениться, Код с выхода АЦП 23, соответствующих этому напряжению, преобразуется в последовательную форму (фиг.2 а) в преобразователе 1 кода; а затем после привязки в синхронизаторе 11 выводится на экране осциллографа 4 через третий вход (канал 2 управления яркостьнРазвертка осциллографа 4 запуска тся одновременно с началом выдачи последовательного кода, для чего в формирователе 10 из сигналов счетчика 9 вырабатывается импульс запуска, передний фронт которого перед поступлением на вход синхронизации осциллографа 4 выравнивается в синхронизаторе 11 с передним фронтом первого разряда последовательного кода.которые соответствуют разрядам и сохраняют свое расположение при любых изменениях входного напряжения АЦП 23.Приведенное на фиг,26 изображение соответствует лишь небольшому участку50статической характеристи,ки, Возможность контроля любых участков характеристики обеспечивается плавной регулировкой постоянной составляющей входного напряжения АЦП 23.Для регулировки постоянной составляющей оператор подает управляющий сигнал на шине 16, изменяющий сигнал источника 5 напряжения в нужную область напряжений, Поиск требуемого участка хаПоследовательный код, поступая на вход 7, модулирует яркость луча лри его движении вдоль линии развертки ло горизонтали, поэтому любая кодовая комбинация отображается сочетанием светлых и темных отрезков горизонтальной линии, Эти линии периодически перемещаются по вертикали под действием пилообразного . напряжения, поступающего с выхода ГПН 3 на первый вход У осциллографа 4, Поскольку вертикальные перемещения линий развертки производятся одновременно с изменением входного напряжения АЦП 17, которое вызывает соответствующее изменение кода на выходах 26 АЦП 23, П К 1 и ПН 12, на экране осциллографа 4 получается растровое изображение, показывающее связь между входным напряжением и кодом на выходе АЦП 17 (фиг,2 б),Если отношение частот горизонтальнойразвертки и пилообразного напряжения достаточно велико, отдельные линии растра сливаются и перестают различаться, Полученное изображение можно представитьсостоящим из ряда горизонтальных полос,отображающих ряд кодовых комбинаций. Высота какой-либо полосы пропорциональна величине шага квантования, соответствующего отображаемой комбинации, т.е,высота полосы геометрически отображаетразрешающую способность АЦП 23 при определенном коде на выходе. Количество одновременно наблюдаемых на экране. полос зависит от размаха пилообразной саставляющей напряжения иа входе АЦП 22 и может быть выбрано любым (по усмотрению оператора) с помощью изменения коэффициента передачи делителя 8 напряжения; посылая соответствующий сигнал па шине15. При изменении величины разрешающей способности количество полос обычно выбираются не более 6, В любом случае порядок отображения отдельных разрядов кода сохраняется неизменным, поэтому в изабражении можно также выделить столбцы,5 10 15253040 рактеристики АЦП 23 облегчается тем, что изображение представляет Собой характерный узор из прямоугольников, закономерность построения которого обнаруживается достаточно просто, а также тем, что величина отображаемого участка также регулируется оператором, Любые нарушения закономерности построения узора, вызываемые нелинейнастью характеристики,.легко отмечаются оператором и для их обнаружения не требуется обращаться к таблице или производить расчеты,Подключение второго выхода коммутатора 18 к второму выходу преобразователя параллельного кода в последовательный позволяет сформировать дополнительный контрольный разрез, который наравне с разрядами АЦП 23, проходя через блоки 1, 11, 12, отображается на экране осциллографа 4, Контрольный разряд отличается от остальных тем, что у него постоянный вид на экране (крайний слева на фиг, 2 б), а именно из-за того, что нэ первый вход комларатора не поступает пилообразное напряжение, а второй вход постоянно подключен к ОВ, В зависимости от коэффициента масштабирования блока 20 уровень перехода свет-тень в контрольном разряде может быть разный (на фиг, 2 приведен случай Кго = Кь т.е, когда коэффициенты преобразования выходного напряжения блока 5 в блоках 20 и 6 одинаковы, переход свет-тень в контрольном разряде происходит в середине экрана осциллографа), Так как в формировании дополнительного разряда задействованы все блоки устройства кроме двух (делителя 8 напряжения сумматора 6 и частично преобразователя 1), то наличие дополнительного разряда на экране осциллографа дает возможность с определенной вероятностью судить а исправности устройства в целом,В режиме "Контроль" по сигналу с шины 22 мультиплексор 13 подключает выходы коммутатора 18 к входам преобразователя 1, при этом по сигналам с шины 21 выход компаратора 17 через коммутатор 18 и мультиплексор 19 последовательно подключается ка всем первым входам преобразователя 1. Данная операция позволяет последовательно просматривать работоспособность устройства па всем входам преобразователя 1.Кроме того, так как шумовые характеристики комлараторэ 17 известны, шум (характеризуемый шириной зоны перехода сеет-тень) в дополнительном разряде может служить эталоном для определения шумапредложенного устройства, чта позволяет определить шумы АЦП 23 по формулеЛОАцл 1 =О Ацп - Р Окр - Ь Ок),где ЛОдцп - искомое шумовое напряжение в разрядах ВЦП 23;ЛОдцп - измеренное по экрану осциллографа 4 шумовое напряжение в разрядах АЦП 23;Л Окр - шумовое напряжение в контрольном разряде;ЛО - справочное или измеренное специально) шумовое напряжение компаратора 17,Определенное по формуле 1 шумовое напряжение ЛОдцп являешься более точной характеристикой АЦП 23, чем измеренноееЛОдцпь использованное в известном устройстве,Использование изобретения позволит повысить точность измерения шумов АЦП и достоверность, получаемой с помощью устройства информации, послужит быстрому определению момента выхода из строя устройства.Формула изобретения Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей по авт,св, М 1631725,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности, в него введены компаратор, коммутатор, мультиплексор и блок масштабирования, вход 5 которого соединен с выходом источниканапряжения, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого является общей шиной, выход компаратора соединен с информационным входом 10 коммутатора, первые выходы которогосоединены с соответствующими первыми информационными входами мультиплексора, вторые информационные входы которого являются соответствующими 15 первыми входными шинами, выходы мультиплексора соединены с соответствующими первыми входами преобразователя параллельного кода в последовательный, третий вход которого подключен к второму выходу 20 коммутатора, управляющие входы которогоявляются соответствующими четвертымй входными шинами, управляющий вход мультиплексора является пятой входной шиной,