Устройство для измерения динамической погрешности аналого цифровых преобразователей

(19) (И 50 4 Н 03 М 1/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ "цК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ /., ф,.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ПОГРЕШНОСТИ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в сетевых измерительных системах и локальных контрольно-из(21) 3711737/24-24(71) Институт электроники и вычислительной техники АН Латв.ССР (72) В.Я.Загурский(56) Авторское свидетельство СССР У 999154, кл. Н 03 К 13/02, 1982.Тези аЯ сопчег 1 егз йЦЫа 11 у, е 1 ес 1 гопдс Резяп 25. Песепйег б, 1975, р. 86-88. мерительных сетях при испытанияхбыстродействующих и высокоточныханалого-цифровых преобразователей(АЦП). Изобретение позволяет повысить точность за счет того, чтов устройство, содержащее генератор13 испытательного сигнала, генератор 15 импульсов, блок 16 регистрации, первый интерфейсный блок 17,вычислительный блок 18, введеныформирователь 9 импульсов, блок20 задержки импульсов, компаратор21, аналоговый интегратор 22, цифровой интегрирующий вольтметр 23,второй 24 и третий 25 интерфейсныеблоки, что, в свою очередь, позволило более четко вычислить основныепараметры, характеризующие динамические характеристики АЦП. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.1 122Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в сетевых измерительныхсистемах и локальных контрольно-иэмерительных сетях при испытанияхбыстродействующих и высокоточныханалого-цифровых преобразователей(АЦП).Цель изобретения - повышениеточности.На фиг. 1 приведены временныедиаграммы, иллюстрирующие работупредлагаемого устройства на фиг,2 функциональная схема устройствадля измерения динамических погрешностей АЦП на фиг. 3 в ,функциональная схема одного из возможных вариантов вычислительного блока 18.На фиг. 1 обозначено: периодический испытательный сигнал 1 произвольной формы, задаваемой функцией Х(1); первая последовательность2 цифровых сигналов, задающих моменты преобразования сигнала 1 испытуемым АЦП, вспомогательный аналоговый сигнал 3, вторая последовательность 4 цифровых сигналов, сформированных из сигнала 1 сигналы5, 6, 7, 8 и 9, последовательносдвинутые по фазе на постоянную величину К д 7, К=1,2,Б, цифровыесигналы 4, функция 10 спектральнойплотности мощности, полученная какрезультат Фурье-преобразования значений выходных сигналов испытуемогоАЦП,ф функция 11 спектральной плотности мощности, полученная как результат Фурье-преобразования средних значений М сигнала 3, К=ш,где ш=4,5,6,7,8,9;,Л+3 соответствует номеру цифровых сигналов 4,5,6,7,8,9 ф нормированная функция 12разности функций 10 и 11, взятаяпо абсолютной величине; Т - периодповторения сигнала 1; Г - максисмальная частота спектральной характеристики сигнала 1; ММ , Мэ -средние значения сигнала 3 сформированного при действии сигналов4, 5 и 6 соответственно,На фиг. 2 показаны генератор 13.испытательного сигнала 1 (фиг. 1),испытуемый аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 14, генератор 15импульсов, блок 16 регистрации цифровых данных с .выхода АЦП 14, первыйинтерфейсный блок 17 ввода цифровыхданных, вычислительный блок 18,формирователь 19 импульсов, управля 1749 гемый блок 20 задержки импульсов,компаратор 21 аналоговых сигналов, .аналоговый интегратор 22, цифровойинтегрирующий вольтметр 23, второйинтерфейсный блок 24 ввода цифровыхданных, третий интерфейсный блок 25вывода цифровых данных, первая 26 ивторая 27 входные шины, выходные шины 28.На фиг. 3 показаны мультиплексор 29, демультиплексор 30, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)31, блок 32 Фурье-преобразования,регистр 33 команд, счетчик 34 команднакапливающий регистр 35, сумматорвычитатель 36, генератор 37 тактовых импульсов, регистр 38 общегоназначения.Устройство работает следующимобразом,Испытательный сигнал 1 (фиг. 1)с выхода генератора 13 подаетсяна вход испытуемого АЦП 14, Импульсы 2 (фиг. 1) с выхода генератора15 стробируют АЦП 14, в результатечего на его выходе появляются кодымгновенных значений, которые записываются в блок 16 регистрации цифровых данных с выхода АЦП 14, После30заполнения блока 16 цифровыми данными с выхода АЦП 14 интерфейсныйблок 17 подготавливается к передаче массива данных из блока 16 напервый вход вычислительного блока 18.З 5 Одновременно сигнал с выхода генератора 13 подается на вход формирователя 19, который формирует изнего импульсы 4 (фиг. 1), Они поступают на вход блока 20 задержки4 О импульсов, задержка которого задается кодом на управляющем входе свыхода интерфейсного блока 25. Висходном состоянии задержка блока20 ь с =0 и значение кода управления 45 нулевое, Импульсы с выхода блока 20поступают на вход стробированиякомпаратора 21, на первый вход сравнения которого подается испытательный сигнал 1 с генератора 13, а нао второй вход сравнения - аналоговыйсигнал 3 (фиг, 1) с выхода аналогового интегратора 22. Посредствомкомпаратора 21 подаваемые сигналысравниваются в моменты стробирова 55 ния компаратора 21 импульсами 4(фиг. 1) с выхода блока 20.В зависимости от результата сравнения на выходе компаратора 21 появляется сигнал логической "1" (если значение сигнала 1 с выхода генератора 13 больше значения сигнала 3 с выхода аналогового интегратора 22) или сигнал логического "0" (если значение сигнала с выхода генератора 13 меньше значения сигнала с выхода аналогового интегратора 22) Выходной сигнал компаратора 21 интегрируется аналоговым интегратором 22, поступая на его вход. При логической "1" на входе интегратора 22 напряжение на его выходе возрастает, а при логическом "0" - уменьшается.В результате при сравнении сигналов на выходах генератора 13 и интегратора 22 в течение выбранного времени на выходе интегратора 22 формируется напряжение (сигнал 3, фиг, 1), медленно изменяющееся относительно мгновенного значения испытательного сигнала 1 (фиг. 1), соответствующего моментам стробирования компаратора 21 импульсами 4 (фиг. 1) с выхода блока 20 задержки импульсов. Сформированный сигнал напряжения с выхода интегратора 22 поступает на вход цифрового интегрирующего вольтметра 23, посредством которого в течение заданного времени измеряется среднее значение Мр, (фиг. 1) этого напряжения. После окончания цикла измерения цифровой результат с выхода вольтметра 23 по. ступает на вход интерфейсного блока 24, который подготавливается к передаче этого результата на второй вход вычислительного блока 18.Массив кодов данных Х с объемом И, зарегистрированный в блоке 16 через интерфейсный блок 17 (интерфейсные блоки 24 и 25 заблокированы).з вводится в вычислительный блок 18, в котором запоминается и подвергается Фурье-преобразованию в соответствии с формулой (1) . Результат Фурье-преобразования запоминается, интерфейсный блок 17 блокируется, а интерфейсный блок 24 разблокируется.Результат измерений цифрового интегрирующего вольтметра 23 через интерфейсный блок 24 вводится в вычислительный блок 18 и запоминается, после чего интерфейсный блок 24 блокируется, а интерфейсный блок 25 разблокируется. С вычислительного блока 18 через интерфейсный блок 251221749 на входе управления блока 20 задержки импульсов задается такой код управления, что задержка импульсов на выходе блока 20 увеличивается на ье, (импульсы 5, фиг. 1). После измерения среднего значения М (фиг.1) напряжения, соответствующего этой задержке, на выходе интегратора 22 цифровой результат вольметра 23 вводится через разблокированный интерфейсный блок 24 в вычислительный блок 18.Установка управляющего кода на входе блока 20 и ввод измеренного вольтметром 23 среднего значения напряжения на выходе аналогового интегратора 22 повторяется до тех пор, пока в вычислительном блоке 18 будет накоплено Б средних значений (М) напряжений сигнала с выхода интегратора 22. После этого интерфейсные блоки 24 и 25 блокируются, а в вычислительном блоке 18 производится Фурье-преобразование массива средних значений напряжений в соот ветствии с формулой 1 О 15 20(1) 30 где п=1,2,3,ИРезультаты Фурье-преобразования сравниваются в вычислительном блоке 18 между собой, после чего вычисляется соотношение сигнал/шум и нелинейность испытуемого АЦП по формуле 35 С(Ш20 РоАЮ хю 40 а линейность испытуемого в динамикеАЦП, как А Цее е аЕЗееб -б. Р 45 50 55 где К=1,2,3,Вычислительный блок 18 работает следующим образом.С второго входа регистра 33 ко. - манд устанавливается на управляющем входе мультиплексора 29 такой код команды управления, что выход интерфейсного блока 17 соединяется с входом запоминающего устройства 31 и содержимое блока 16 регистрации пере- записывается в ОЗУ 31. Все остальные узлы вычислительного блока 18и интерфейсные блоки 24 и 25 заблокированы, так как на других выходах регистра 33 команд установлены коды блокировки и ввод или вывод информации с их помощью невозможен.После окончания перезаписи с второго выхода регистра 33 команд устанавливается такой код команды управления, что мультиплексор 29 отключает выходы блоков 17 и 24 от ОЗУ 31. С третьего выхода регистра 33 по входу мультиплексора 29 устанавливается такой код команды, что выход ОЗУ 31 соединяется через демультиплексор 30 с блоком 32 Фурье- преобразования, При этдм посредством блока 32 производится преобразование массива данных, записанных из блока 16 регистрации в ОЗУ 31. После этого на втором выходе регистра ко" манд устанавливается код команды, в результате чего посредством демультиплексора 30 выход ОЗУ 31 отключается от блока 32 Фурье-преобразования, выход которого через мультиплексор 29 подключается к ОЗУ 31 и результаты Фурье-преобразования записываются в ОЗУ 31.Затем с второго выхода регистра 33 устанавливается по управляющему входу мультиплексора 29 такой код команды управления, в результате которого обеспечивается соединение интерфейсного блока 24 с ОЗУ.31 и запись в него цифровых результатов измерения вольтметра 23. После окончания записи с первого выхода регистра 33 команд устанавливается код команды управления, обеспечивающий изменение (через интерфейсный блок 25) кода задержки в блоке 20 задержки импульсов на величину ь . Входы (от блоков 17 и 24)мультиплексора 29 и демультиплексора 30 заблокированы, так как на втором выходе регистра 33 установлен код блокировки, Ввод результатов цифрового измерения вольтметром 23 с помощью интерфейсного блока 24 через мультиплексор 29 в ОЗУ 31 и установка кода задержки в блоке 20 через интерфейсный блок 25 с первого выхода регистра 33 производится до накопления в ОЗУ 31 массива цифровых данных от вольтметра 23.При работе вычислительного блока 18 тактирование его узлов 31, 32, 33 производится при помощи генератора 37, а подсчет числа тактов определяющих количество данных (напримерБ) или число команд, реализуетсясчетчиком 34 команд. Код числа по 5вторений команды задается по первому,входу счетчика с второго выхода регистра 38 общего назначения,а кодвида команды задается с первого вы 1 О хода регистра 38 по второму входурегистра 33 команд. Счетчик 34,подсчитав заданное число тактов,выдает сигнал блокировки по перво -му входу регистра 33 команд, в результате чего с выходов регистра33 выдается код блокировки. Блокировка продолжается до смены кодавида команды и кода числа ее повторения с выходов регистра 38 общегоазначния.После накопления массива Б данных от вольтметра 23 с выходов регистра 33 устанавливается код команды, блокирующей выходы интерфейс 25 ных блоков 17 и 24 посредством сигналов по входу управления мультиплексора 29 и вход интерфейсногоблока 25 - непосредственно с выходарегистра 33. По входу демультиплексора 30 устанавливается такой кодкоманды, что блок ОЗУ 31 соединяется через демультиплексор 30 с блоком 32 Фурье-преобразования. Затемпроизводится Фурье-преобразованиемассива .данных и запись в ОЗУ ре 35зультатов фурье-преобразования совокупности средних значений М аналогично описанному для массива данных с блока 16,После окончания записи с выходов регистра команд коды команд управления такие, что ОЗУ через демультиплексор 30 соединяется с накапливающим регистром 35 и сумматоромвычитателем 36. Работа всех остальных блоков блокирована кодами команд с других выходов регистра 33.После установки с выхода регистра38 общего назначения кода числа тактов в счетчик 34 равного числу Б внакапливающий регистр 35 и на входсумматора-вычитателя 36 поступаютданные результатов Фурье-преобразования массивов с блока 16 и от вольтметра 23. Эти результаты последовательно обрабатываются сумматором-вычитателем 36 (т,е. вычисляется ихразность). Поскольку разность вычисляется без учета знака, то имеетместо операция взятия по модулю.Результат каждого вычисления разнос-,ти записывается в ОЗУ 31. Для этого с выхода регистра 33 подаетсяпо входу мультиплексора 29 такойкод команды, что выход сумматора36 соединяется с ОЗУ 31. В результате в ОЗУ последовательно записывается в цифровом виде вся функция12 (фиг. 1),Формула изобретения1. Устройство для измерения динамической погрешности аналого-цифровых преобразователей, содержащее генератор испытательного сигнала, выход которого является первой выходной шиной, генератор импульсов, выход которого является второй выходной шиной, блок регистрации, входы которого являются входной шиной, а выходы через первый интерфейсный блок подключены к первым входам вычислительного блока, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены формирователь импульсов, блок задержки импульсов, компаратор, аналоговый интегратор, цифровой ин тегрирующий вольтметр, второй и третий интерфейсные блоки, причем выход генератора испытательного сигнала подключен к входу формирователя импульсов, выход которого подключен к первому входу блока задержки импульсов, выход которого подключен к входу стробирования компаратора, первый вход сравнения которого соединен с выходом генератора испытательного сигнала, а выход подключен к входу аналогового интегратора, выход которого подключен к второму входу сравнения компаратора и входу цифрового интегрирующего вольтметра, выходы которого через второй интерфейсный блок подключены к вторым входам вычислительного блока, выходы которого через третий5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 интерфейсный блок подключены к вторым входам блока задержки импульсов.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что вычислительный блок выполнен на мультиплексоре, демультиплексоре, оперативном запоминающем устройстве, блоке Фурье-преобразования, регистре команд, счетчике команд, накапливающем регистре, сумматоре-вычитателе, генераторе тактовых импульсов, регистре общего назначения, причем первый и второй входы мультиплексора являютсяпервыми и вторыми входами вычислительного блока соответственно, выходы подключены к первым входам оперативного запоминающего устройства, третьи входы соединены с первыми выходами регистра команд, вторые выходы которого являются выходами вычислительного блока, а третьи выходы подключены к первым входам демультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами оперативного запоминающего устройства, первые выходы подключены к первым входам блока Фурье-преобразования, выходы которого соединены с четвертыми входами мультиплексора, вторые выходы демультиплексора подключены к первым входам накапливающего регистра и к первым входам сумматоравычитателя, к вторым входам которого подключены выходы накапливающего регистра, а выходы соединены с пятыми входами мультиплексора, первый вход регистра команд соединен с выхо. дом счетчика команд, первый вход которого объединен с вторыми входами оперативного запоминающего устройства, блока Фурье-преобразования и накапливающего регистра и подключен к выходу генератора тактовых импульсов, вторые входы счетчика команд соединены с первыми выходами регистра общего назначения, вторые выходы которого соединены с вторыми входами, регистра команд, а вход является шиной "Запуск".