Автоматическое устройство для измерения динамических характеристик аналого-цифровых преобразователей

О П И С А Н И Е 1 ц 1 60533ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскнх Соцналнстнческнх РеспубликАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 61) Дополнительное 22) Заявлено 14.06.7 вт. свцд-ву21) 2372543/21 ОЗК 13/О 51) Л аявкц М с присое инение Государственный номнт Совета Министров ССС 23) Приоритет43) Опубликовано 3045) Дата опубликова юллетень16(53) УДК 681.325(088,8 по делам нзобретеннй н пткрытнй(54) АВТОМАТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ 2 20 Изобретение относится к области цифровой измерительной техники и предназначено для автоматического измерения характеристик динамической погрешности аналого-цифровых преобразователей (АЦП).ЭС ростом быстродействия АЦП и в связи с использованием их для измерения изменяющихся процессов возникает необходимость оценки динамических характеристик АЦП (быстродействия, статистических характери стик динамической погрешности, времени установления и др.).Известно устройство для поверки АЦП в динамике, содержащее аналоговый генератор образцового синусоидального сигнала, нове ряемый АЦП, схему управления, образцовый прибор для измерения действующего значения входного синусоидального сигнала, избирательный усилитель, фазовращатель, индикаторное устройство, низкочастотный формирователь, каскад совпадений, умножитель частоты, Оно позволяет измерять мгновенные значения синусоидальцого сигнала заданной частоты в дискретные моменты времени 1. Данное устройство имеет сложную структуру, 25 содержит в своем составе в основном приборы и узлы аналогового типа, которые существенно ограничивают метрологические возможности устройства. Основной недостаток известного устройства - низкое быстродействие. В 30 приборе вручную производится установка фазы, амплитуды, частоты генерируемого сигнала, а аналоговый принцип генерирования сигнала не позволяет автоматизировать процесс поверки и определять автоматически динамическую погрешность.Из автоматических устройств поверки известно устройство, которое предназначено для измерения статистических характеристик случайных погрешностей АЦП в статике (входной сигнал - постоянная величина), Даццос устройство содержит образцовыц ццфро-аналоговый преобразователь, блок цифровой уставки кода образцового сигнала, арифметическое устройство, устройство управления, блок регистрации п поверяемый АЦП 2.Наличие цифрового эквивалента образцового сигнала в данном устройстве позволяет полностью автоматизировать процесс поверки АЦП в статике. Налпчце арифметического устройства позволяет производить определение случайных погрешностей и их статистических характеристик.Недостатком устроиства является невозможность с его помощью оценивать динамические погрешности АЦП (илц другие динамические характеристики) цз-за отсутствия устройства генерирования переменного образцового сигнала и его цифрового эквивалента, 605313Целью изоорсгсиия 55 ылистся изх 5 срсиис динамической погрешности (сс характеристик) 1411 как функции частоты з:одного гаучоиичсского сигнала.Поставленная цель достигается тем, что з у С 5 ройство, содсряащсе иоверяемьш аналогоцифроыои преобразователь, образцовый ц;Н 15- Ро-аиало 5 оыьш НРеобР азоыатсл 5 ч а Рифме ги чсское устройство, устройство уиравлшши, блок р гистрации, причем выход образцового цифро-аналогового ирсооразоватсля сосдииси с измсрилгсльным входом поыерясмого аналого-цифрового преобразователя, кодовый ыы:од которого связан с одним из входоз арифм п 5 ческого устройства, выход которого соединен с блоком регистрации, три выхода устройства управления соединены с соогзстствуощими входами арифметического устройства, блок регистрации и образцового цифроаналогового преобразователя, введены дыа цифровых сумматора и два регистра синуса и косинуса, счетчик числа итераций, цифроуираыляемый мультивибратор, регистр частоты, элемент И 1 И, при этом четвертьш выход УСТРОйСТЬа УИРаВЛСНИ 5 СОЕДИНСН ЧСРСЗ РС- гистр частоты с входом блока регистрации и цифроуираьлясмого мульгивибратора, выход ког 015 ого сосдинсн с упраьляющими входами двух цифровых сумматоров и двух рсгьсзроы синуса и косинуса, а через счепгик числа итераций - с ы.одом устройства упр "ылспия и с одним из ы.одоы элемента Р 1 Л 11, друой ы;од когорого связан с пятым выходом устройства управления и запускающим входом цифроуиравлясмого мультивибратора, а выход - с соответствующим входом поверяемого аналого-цифрового преобразоыатсля, уиравл 5 пощий Выход которого соединен с соответстыущим входом арифметического устройства, кодовый вход которого со.- дииси с входом образцового цифро-аналогово;о преобразователя и с одним из выходов регистра синуса, другой выход котозого через сумматор косинуса соединен с входом регистра косинуса, выход которого через цифровой сумматор синуса соединен с входом регистра синуса.11 а фиг. 1 представлена блок-"хема Предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.Устройство содерРкит Образцовый цифроаналоговый преобразователь 1 (ЦАП), вовс рясмьш аналого-цифровой преобразователь 2, регистр 3 косинуса и регистр 4 синуса, цифровой сумматор 5 косинуса и цифровой сумматор 6 синуса, счетчик 7 числа итераций, цифроуправляемый мультивибратор 8, регистр 9 частоты, устройство 10 управления, элемент, ИЛИ 11, арифметическое устройство 12, блок 13 регистрации, При этом один выход устройства 10 связан с управляющим входом преобразователя 1, другой выход - с управляющим входом блока 13, третий соединен с управляющим входом арифметического устройства 12, четвертый связан с входом регис;ра частоты 9, а пятый чс.рсз элемент И.1 И 11 - -с упразляющим входом преобразователя 2, другой вход элемента ИЛИ 11 соединен с выходом счетчика 7,другой выход которого соединен с ы;одомустройства 10, Кодовый выход регистра 9частоты;срез мультивибратор 8 связан свходом счетчика 7 и с управляющими входами цифровых сумматоров 5 и 6 и регистров3 и 4 синуса и косинуса. Кодовые выходысумматоров 5 и 6 соединены с соотвстствуюшими входами регистров 3 и 4, и выходы рс 5 истров 3 и 4 с входами сумматоров 6 и 5соответственно. Выход регистра 4 соединенс ыходом цифро-анало;ового преобразовател 55 1, аиалогОВый ВыхОД которого поступаетиа измерительный вход поверяемого преобразователя 2, а кодовыйвыход - на вход устройства 12, другой вход которого соединен2 О с входом прсооразоыатсля 1, а управляющий вход - с управляющим выходом преобразователя 2, Кодовый выход устройства 12связан с кодовым ьходом блока 13, другойвход которого соединен с выходом регистра9 частоты,Работа устройства о уществляется следуюгцим образом.По сигналу Г 1 уск ы момент 1 происходитсброс регистров 3 и 4, сумматоров 5 и 6 в исзо ходное состояние, а на регистре 9 устанавливается начальное значение интервала Л 10, со.ответсгвующее минимальной частоте генерируемого образцового сигнала ь 5 о. Затем посигналу с устройства управления 10 черезэлемент И 1 И 11 происходит первый запускпреобразователя 2 и запуск мультивибратора 8. Мультивибратор 8 генерирует тактовыеимпульсы с периодом следования ЛО, задаваемым в регистре 9.Тактоыь 5 с импульсы мульп;виоратора 8 управля:от работой сумматоров 5 и 6 и регистров 3 и 4, которые формируют дискретныезначения гармонического сигнала х(1) для момситоы времени45(5 = 0 - ;и)1С ЧаетОтОЙ о 5 =- (Л и)где ичисло формируемых значений х(г)за период синусоиды.Формирование значений х(,) сигнала х(г)осуществляется па основе итерационного алго ритма.Вычисление значений х(,) осуществляетсяпоследовательно ыо времени, начиная с момента 10, когда х(ю) =-О, по следующей итерационной формулебО 1х(1,) =х(1)+р(1) - , х,=0иу (Г,) = у (Й 1) - х (Й-) - , у, = 11и 65 зашаговв регистрах 3 и 4 соответственно, где происходит деление кодов х(6.) н у(1 ) па число и.В каждый момент времени 1.определяемый мультивибратором 8, происходит суммирование кодов регистра 3 (4) и сумматора 6 (5) в сумматоре 6 (5), при этом в сумматоре 6 вычисляются значения В 1 псВА, а в сумматоре 5 значения созоА. Таким образом, с частотой оп, задаваемой мультивибратором 8, процедура, записанная в фопмуле (1), позволяет за и шагов итерации сформировать и цифровых значений за период гармонического сигнала х(О, При этом с момента 1 о счетчик 7 производит подсчет числа шагов итераций с, а цифро-аналоговый преобразователь 1 ппоизводит текщее преобразование каждого значения х(с,) регистра 3 в аналоговую формуУп, з 1 п сп, с,с последующей аппроксимацией в интервалах (с;, с+1. По импульсу запуск с выхода элемента 11 аналоговый сигналУщз 1 пспе, Ро ф+ пр 1преобразуется в преобразователе 2 за время 1 пр в цифровой эквивалент у(со+сп,), который из-за динамических свойств преобразователя 2 отличается от образцового хссо+1 пр) на величину динамической погрешностиу (е+р) г(о+ пр): л Ро+ пр) (2)Определение динамической погрешности ЛРп+пр) осуществляется в устройстве 12.По импульс аналого-циФрового преобразователя 2 Конец преобразования коды х(Рп+пр) образцового сигнала из регистра 3 и код у(4+пр) из ппсобразоватсля 2 считываются в устройство 12, где происходит определение разности по формуле (2).Следующий Запуск преобразователя 2 определяется счетчиком 7, в котором задается частота запуска и ее соизмеримость с частотой измеряемого сигнала оо.В момент 1, через элемент ИЛИ 11 (и(и, и/и=Й) происходит второй запуск преобразователя, на вход которого подается синусоидальный сигнал0 щ з 1 п со сп л + пр 1и в устройстве 12 определяется (аналогично описанному) новое значение динамической погрешности ЛИ+Рпр), После А преобразований различных участков гармонического сигнала (не обязательно в течение одного периода) в арифметическом устройстве (его памяти) будет накоплено й значений текущей динамической погрешности, которые по импульсам устройства управления могут подвергаться в арифметическом устройстве текущей статистической обработке. 35 40 45 50 55 Со 55 определяемый счетчиком 7, нл выходе устройства 12 бгчет вьчтгле.д некоторая гтлтцгтц- ЧЕСКаЯ ДЦНДМЦЧЕГКОй ПОГРГЦЦ;Ости п (М (ГПГЧ- нее по молло, средний квдлгат ц т. ч.) для частоты сп., зачлвле.,сойрегистром 9, Злтем ЗНаЧЕНИЕ ЧдгтОтЫ С 1 п ВМЕСТЕ Г ГООТВЕтгт,ЮЩЕй ХаваКтЕГЦГтЦКОй с(М ГЧТЫВДотГЯ М- ильгот угтроцствл с) В бчок 13, гдг пггтгтпцпцотся.После этого описанный процесс пс 1 вторяется для нового знлчеця частоты ср, зл,чдваемоц в регистре 9 г помощно ) стройства 10.Такихс ОбПлзом, ппоцегг повеПкц повторяетгя ччя за.чанного набора частот (с.1;) ц позволяет снять зависимость ;(М от сп,Процесс поверки может быть ппекпдщсц ПРЦ ДОГтпжЕНЦИ ХЛПЛКтЕРЦГтЦКЦ сЗаЧаиного зцлчеиця,7,пОпредепепце мометл достижения ВозммкИО Вцз,л,чьно т о пегсгтрлтого (блок) 13 илц ЛВТОМДТИЧЕГКС В ЛПЦфМГТИЧЕГКОМ ГТПОЙГТВГ 12. Соответгтвуосцля частотз сп; б,четклзывдть нд .чона гтсм О частот Входсого Гссгнала.А.ЛттЛИТС.ДД У,п ГЛПМОНЦпЕГКОГО ГЦГПЛЛЛ Ущз 1 псп 1 реги лип ется выкчючеццем гоответГтючоцтцх рдзрячов ппсобпазовлтеля 1 по гцгпллтстпойгтваппавлецця. Форхс ла изобретения/,Втомлтцчегкое угтройгтво для измергцця динамических характеристик аналого-цифровых ппеобплзовлтелей, содепжзщее поверягмьсй аналого-ццс 1 повой ппеобразователь, Обрлзцовьш пцфро-аналоговый ппеобпазовлтгль, дпис 1 метцческое устпойгтво, гтройство правления, блок регцгтрапцц. Выход Обпдзсового ццфпо-аналогового ппеобрлзовдтсля Гоедццг Г цзмепцтельцым входом повгрягмого аналого-пцфрового преобрлзовлтечя, кочовьй выход которого соединен с одним цз Входов лрцсЬмгтичегкого устпойства, выхоч которого соечцнен с блоком пегигтпацтц, трц Выхода ГГТ- ройгтвл ) правления гоечцнены Г Гоответгтвуюгцими входлмц лпцсЬмети тессого гтпойгтвл, блока регистрации и образцового цифро-лцл- логовОГО преобпдзовлтеля. О т ч и ч л О цс е е г я тем, что. с цельто измерения зависимости динамической погрешности от частоты Вхочцого сигнала, в него введены ччл цифровы.с г) ммлтора и двд регистра Гцю Гл и косинуса. счетчик Игла цтепаций, цифпоуплвляемьтй мльтцвцбпдтор, пегцстп частоты, элемент ИЛИ. при этом 1 етвертьтй Выход 1 Гтройсствл упраВ- ле гия соечцнен через регистр частоты г Вхпчом блока пегцстрациц ц цфпопплвлягмого хсгльтцвсбплтопл. выхоч котопого соединен г тпплвляющцмц Вхочлми двх пцфровых Г)м- МДТОПОВ Ц ЧВ 1 Х ПРГЦГТПОВ ГИНГГЛ и КОГИНГЛ л 1 грез счетч.к числа итераций - - с входом СТРОйСТВа сПРаВЛЕНИЯ Ц С ОДНИМ ЦЗ ВХОДОВ =.лемента ИЛИ, другой вход которого связан605313 фиг 1 с пятым выходом устройства управления и запускающим входом цифроуправляемого мультнвибратора, а выход - с соответствующим входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, унравлгпощий выход которого соединен с соответствующим входом арифметического устройства, кодовь 1 й вход кого- рого соединен с входом образцового цифроаналогового преобразователя и с одним из выходов регистра синуса, другой выход которого через цифровой сумматор косинуса сосдинен с входом регистра косинуса, выход которого чсрсз цифровой сумматор синуса сосдннен с входом регистра синуса.5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР223475,кл. Н ОЗК 1300, 1967.2, Авторское свидетельство СССР319065,10 кл. Н ОЗК, 13/02, 1970,(1 Г) иЛ гп+1 пр)урпп+рпр) ,т прто сс Ут дп Й 1 обап. прппбраппбапап- т Пуск ск 4 цр бпрг б Изд, М 412 Т арственного комитета Сов по делам изобретений и 13035, Москва, Ж, Раушск