Устройство для измерения динамических характеристик аналого цифровых преобразователей

)66 О 232 Союз Советских Социалистических Республик(5 Г М Кл.61) Дополнительное к авт. свид-ву 03 13 Заявлено 01,04.77 (21) 246730318-21 исоеди)нением зая Государственный комитет Приоритет 3) , К 6" 1.325 по делан изобретени и открытий. В. Павлов Беляков ОВЕРХОВ И 1) Заявитель(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНАЛО ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Изооретение от)носится к ооласти цифровой электроизмерительнойтехники и предназначено для измерения характер и)ст)ик погрешности аналого-цтфровых п)реобразо)вателей (АЦП) в динамике.При использовании АЦП для кодирования изменяющихся процессов необходи)мо знание их ди)на)хичеоиих характеристик (быстродействия, статистических характеристик д)и)намиче)ской погреш)ности в зависимости от закона распределен)ия, частотного апект)ра и вида корреляционной функции вхо)д)ного воздейст)вия и др.).Известно устройство для поверки АЦП в дияам)ике, содержащее а)налоговый генератор образцового синусоридального сигнала, п)ро)веряемый АЦП, схем)у управления, образцовый пр)ибор для измерения дейст)вующего з)начения входного синусоидалыного сигнала, избирательный уси литель, фазов)ращатель, и 1 ндикаторное устройствонизкочастотный формирователь, каскад совпадений, умнож)итель частоты. Оно п)озволяет измерять мгновенные значе,н)ия си)н)усо)идалвного сигнала заданной частоты в ди)скрет)ные моменты времени 111.Такое устройство имеет сложенную структу)ру, содержит в своем составе в основном узлы а)налогового типа, которые существенно огра)ничивают его метрологические 2Возможно "ти, из 1 еет низкое быстродействие.требует ручной устанозки фазы, амплитуды и частоты генерируемого сигчала, а аналоговый принцип генерирования сигнала не позволяет автоматизировать процесс поверки. Кроме того, основным недостатком этого устройства является то, что поВерка дина.ических характепистик АЦП В них проводится только на синусоидальном О образцовом входном сигнале, в то времякак характеристики динакНческо погрецгности АЦП существенно зависят от законна распределения и корреляционной функции вход)ного сигнала.)5 Следует отметить, что это устройствопозволяет оценить лишь суммарную погрешность АЦП (с)умму статической и динамической погрешности) .Наиболее близким по технической сущ 2 г) ности к данному изобретению является устройст)во, содержащее датчик псевдослучайной кодовой последовательности, регистр, цифро-аналоговый преобразователь, поверяемый АЦП, цифровой вычнтатель, блоки 2;, управления и обработки, а также генератор импульсов и аналоговый сумматор,Такое устройство позволяет автоматически определять статическую погреш ость и время установления АЦП при подаче имз 0 пульсного входного сигнала с выхода циф 6602323роаналогового преобразователя, управляемого датчиком псевдослучайной кодовой последовательности 12.Это усгройство, хотя и является более универсальным, чем рассмотренное ранее, так как онабжено датчиком случайных чисел, однако не позволяет оценивать статические характеристики динамической погрешности АЦП.С целью измерения характеристик динамической погрешности АЦП при воздействии псевдослучайных входных сигналов с заданиным законом распределения и заданной нор мированиной автокорреляциопной функцией, в устройство, содержащее последователыно соединенные датчик псевдослучайных значений уровней, регистр уровней и цифроаналоговый преобразователь уровней, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматОра, выход которого соединен с измерительным входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, выход конец преобразования последнего соедвнен с первым входом блока управления, второй вход которого соединен,с,выходом генератОра импульсов, а первый выход - с первым входом первого блоиа вычитания, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом регистра уровней и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, а выход - с первым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен,со входом датчика псевдослучайных значений уровней, вход генератора импульсов соед 1 инен с шинной пуск, дополнителыно введены датчик псевдослучайных значений скоростей, цифровой управляемый мульгивиОратор, ключ, реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь скоростей, репистр запоминания выходного кода, второй блок вычитания, блок задержки времени и элемент ИЛИ, причем третий выход блока управления соединен с первым входом элемента ИЛИ, а через блок задержки времени - со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с запускающим,входом поверяемого аналого-цифрового,преобразователя, четвертый выход блока управления соединен с первыми входами репистра запоминания выходното кода и ключа, пятый выход - с первым, входом второго блока вычитания, выход котОрого соединен со вторым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со входом датчика псевдослучайных значений скоростей, первый выход которого через последовательно соединенные ревероианый счетчик и цифроаналоговый преобразователь скорости соединен со,вторым входом аналогового сумматора, второй выход датчика псевдослучайных значений скорости через цифровой управляемый мультивибратор соединен со вторым входом ключа, выход которого соединен со входом реверсивного счетчика,выход последнего соединен с четвертымвходом первого блока вычитания, выходрегистра запоминания выходного кода сое 5 динан со,вторым входом второго олока вычитания, третий вход которого соединен совторым входом, регистра запоминания выходного кода и с кодовым выходом поверяемого аналого-цифрового преобразователя.1 о На фиг. 1 прдставлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.Усгройство содержит датчик псевдослучайных значений уроаней 1, репистр уров 15 ней 2, цифроаналоговый преобразовательуровней 3, датчик псевдослучайных значений скоростей 4, реверсивный счетчик 5,цифроаналоговый преобразователь скоростей 6, анало,говый сум,матор 7, циф,ровой20 управляемый мультивибратор 8, ключ 9,регистр запоминания выходного кода 10,поверяемый аналого-цифровой преобразователь 11, блок обработки 12, первый блоквычитания 13, второй блок вычитания 14,;5 генератор импульсов 15, блок управлеиия16, блок задержки времени 17 и логическийэлемент ИЛИ 18.Работа устройства осуществляется следующим образом,зо По сигналу пуск с генератора импулысов 15 начинают поступать сигналы вблок управления. При этом, по командеблока управления 16 производится сбросрегистров 2 и 10, счетчика 5 и блоков вызБ читания 13 и 14 в исходное состояние, акаждый из датчикав псевдослучайных последователыностей 1 и 4 генерирует одноиз чисел псевдослучайной последовательности. Случай 1 ное число с выхода датчика 140 записывается,в,регистр уровней 2 и преобразуется в эквивалентное значение напряжения с помощью цифроаналогового преобразователя уровней 3, которое подаетсяна первый вход аналогового сумматора 7.4 з Случайное число с выхода датчика 4 поступает на вход цифрового, управляемогомультивибратора 8, который начинает генерировать импульсы с частотой, пропорциональной значению числа, поступившегоБо на его вход, Импульсы соответствующейчастоты через ключ 9 посгупают на входреверсивного счетчика 5, управляющегоЦАП скоростей 6, причем при поступлениикаждого импульса на вход реверсивного55 счнтчика 5 выходное напряжение ЦАП 6изменяется,на величину кварцита ЛУ, (ЛУ,выбирается значителыно меньше величинымладшего разряда поверяемого АЦП), которая,поступает на второй вход аналогово 6 о го сумматора 7.Таким образом на измерительный входповеряемого АЦП 11 поступает образцоВое напряжения ( Уц обр, ) являющеесяалгебраической суммой постоянного напрябз жения с выхода ЦАП 3 (Уо,) и сгупенча 660232точизменяющегося напряжения с выходаЦАП 6 (С 02) (фиг. 2).с 02 = Л(01 Нуы1 пр (1)ГДЕпуы - ЧЯСТОТЯ ВЫХОДбЪХ ИхЛУГЛЬСОВцифрового управляемого мультивибратора 8;1 нр - арвмя преобразования поверяемого ЛЦП 11,У вх.обр = 01 + 02 (2)Одноьрвмвнно с подачей напряжвнияУ вх.обр На ИЗМЕрИтЕЛЬНЫй ВХОД ПОВЕряЕмого ЛЦП 11, значения образцовых кодовРегисРЯ У 1 Ровней 2 (1 ъур) и РевеРсивногосчетчика 5 (Мсч. ) СУммиРУютсЯ в пеРвахблоке выч 1 итания 13.Ф вх.выч.1 = Мур + Усч (3)По комха)нде зануска АЦП 11 с блокауправлвния 16 производитсб первое преобразование, а чврез блок задержк 1 и времени17 1 зан1 пр. ВГОрОе преобрязовяние 00 разцового сигнала.После окончания первого преобразования в момент времени Г;, сигнал конецпреобразования с Выходя поверяемогоЛЦП 11 поступает на первый вход блокауправления 16, который выдает сипнал назакрывание ключа 9, прекращая поступление импульсов на вход реверсивного счетчика 5,Таким образом, в конце первого преобразования имеемУвх.обр (Й к,) = С 01 + 02 (к,) = ч вх,выч.1 ( к 1)(4)Выходной код из поверяемого ЛЦП 11Левых. Лцн В МОМЕНТ ВрЕХЕНИ 1 к, ПОСЛЕ ПЕр.вого преобразования записывается в ргистр задом 1 инания выходных кодов 10,кроме того, в первом блоке вычитания 13производится вычитание этого кода из кода Ж вх,выч., (к, ). РаЗнОСтьА, АцП.повн = Лвх.выч., ( к,) - Лвых.АПП, (5)является суммарной погрешностью преобразования .изеняюшегося входного сигнала, включающей в себя статическую и динамическуо составляощие:1:х АЦПполн = Л АЦП.ст + 1.Х АЦП.лнн (6)Второе преобразование поверяемыйЛЦП 11 производит при постоянном образЦОВОЪ,ВХОДНОМ СИГНЯЛЕ (вх,обр (к )После конца второго преобразования вовтором блоке вычитания 14 вычисляетсяразность между выходными кодами поверяемого ЛЦП 11 после первого и второгопреобразований, которая представляет собой собствевно динамическую ошибкуЛЦПЬ АЦП.ннн = .ЧАЦП (тк, ) - Л АЦП (Г к,) (7)Первый цикл преобразования заканчивается после того, как содвржимое блоковвычитания 13 и 14 пвреписывается в блокобработки 12.При последующих циклах преооразова,Н,Ий (СМ. фИГ. 2 (102 - 1 к, ) И т, д.) ПОсигналам генератора импульсов 15 произВОДИТСЯ ОЦВНКЯ Л Ацп,полн И 1 хАЦП.дпн В01 О соответствии с Опсанных рачее алгоритмом, Число циклов задается блоком удравлвния 16 и определяется требуемым объемом выборки для голучвния соответствующих оценок, например стапстических характвристк погрешностн в блоке обработки 12.Если в одном из циклов преобразова. нияЛ вх.вычл = .Ъ Ацпыах, (8) где хлцплпах - код, соответсты.ющийпределу измврения, то оценка погрешностей поверяемого ЛЦП 11 в этом цикле не произзодится.Так как в обшем случае динамческая пагрвшность АЦП зависит от скорости измвнвния входного сипнала и от значвнич входного сгнала в момент времвни 10 начала преобразования, то 1 опользован дат 20о 3 35 40 45,50 55 60 65 чик рсввдослучайных значений уровней 1 с нармальных или рав,нохврнььм законом распрвделвния и заданных математическим ожиданивх и дисперсией.Таким образом, устноство позволяет измврять характерстик динамической погрешности ЛЦП пр:. воздействии псевдослучайных входных сигналов с заданным законом распределения и заданной автокорреляцонно функцией путем подачи на вход поверяемого АЦП образцового сипнала, являющегося суммой постоянного и ступенчатонизменяюшегося, с определенными скоростями сигналов, без генерирования самого заданного случайного входного процвсса.Формула изобретенияУстройство для измерения динажческих характвристк аналого-цифровых преобразователей, содержащее последовательно соединенные датчик псевдослучайных значений уровней, регстр уровней 11 цифроаналоговый преооразователь уровчей, выход которого соединен с первым входом аналогового сумматора, выход которого соединен с измерительным входом поверяемого аналого-цифрового преобразователя, выход конец преобразованя последнего соединен с первым входом блока управления; второй вход которого соединен с выходом гвнератора импульсов, а первый выход - с первым входом первого блока вычитания, вто 1 рой и третий входы которого соединены соответственно с выходом регистра уровней и с кодовым выходом поверяехого аналого-цифрового преобразователя, а выход - с первым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со входом датчика псевдослучайных значений уровней, вход генератора импульсов соединен с шиной пуск, о т л ич а ю шее с я тем, что, с цель 1 о измерения характеристик динамической погрешности аналого-цифрового преобразователя при воздействии псевдослучайных входных сигналов с задавнььм законом распределения и задаяной нэрмированной автокорреляционной функцией, в него дополнительно введены датчик,псевдослучавных значений скоростей, цифровой управляемый мультивиоратор, ключ, ревераивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь скоростей, регистр запаминания выходного кода, второй блок вычитания, блок задержки времени и элемент ИЛИ, причем третий выхюд блока управления соединен с перовым входом элемента ИЛИ, а через блок задержки аремеви - со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с запускающим входом поверяемого аналога-цифрового,преобразователя, четвертый выход блока управления соединен с первыми входами регистра запоминания выходного кода,и ключапятый выход - с первым входом второго блока вычитания, выход которого соединен со вторым входом блока обработки, второй выход блока управления соединен со входом датчика псевдо.лучайных значений скоростей первый выход которого через последователнно соединенные 8ревереиьный счетчик, цифроаналоговый преобразаьатель скорости соединен со вторым входом аналогового сумматора, второй выход датчика псевдослучайных значенчй скоростей через цифровой управляемый мультивибрамр соединен со втарым входом ключа, выход котОрого соединен со входом реверсивного счетчика, выход последнего соединен с четвертым входом перпо вого блока вычитания, выход регистра запоминания выходного кода соединен со втОрым входом второго блока вычитания, треий вход которого соединен со вторым входом репистара запоминания выходного 1 з кода и с кодовым выходом поверяемогоаналого-цифрового преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе20 1, Авторское свидетельство СССР223485, кл, Н ОЗК 13(02, 1967.2. К. Губер, Тестер для поверки аналого-цифровых преобразователей, Электронщика (руссиий перевод),13, 1972,д с. 61 - 62.ПодписноеЗаказ 4691 зд ,о 409 Тираж 1060 НПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий 1,ЗО 35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома