Устройство для контроля аналого-цифрового преобразователя

1)5 и 03 М 1/ ЕТЕН ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТпо изобретениям .и отнрьггияпри гкнт ссо ИСАНИЕ ИЗО(71) Ленинградский механический ин".ститут им. Маршала Советского СоюзаУстинова Д, Ф.(56) Авторское свидетельство СССРМ 824428, кл, Н 03 М 1/1 О, 1979,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ АНАЛОГОЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ(57) Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено дляконтроля быстродейсгвующих аналогоцифровых преобразователей (АЦП) и ,обеспечивает достоверность контроляза счет получения информации о точности АЦП с погрешностью, не превышающей части кванта характеристики приИзобретение относится к вычислительной технике и предназначено для контроля быстродействующих аналого цифровых преобразователей (АЦП) и обеспечивает достоверность контроля за счет получения информации о точности АЦП с погрешностью, не превьппающей части кванта характеристики преобразователя АЦП.Цель изобретения - повышение достоверности контроля и расширение области применения за счет контроля биполярных преобразователей.На фиг. 1 приведена схема устройства для контроля аналого-цифрового преобразователя; на фиг, 2 и 3 - временные диаграммы, поясняющие его работу. ЯО 15858 бора. Изобретение позволяет повыситьдостоверность контроля биполярныхпреобразователей за счет того, что вустройство, содержащее генератор сигнала, цифроаналоговый преобразователь,блок управления, блок обработки ииндикации,.аналоговый компаратор,введен регистр, а блок управлениявыполнен на двух формирователях импульсов, элементе ИПИ, трех элемен-тах задержки, блоке элементов НЕ,трех элементах И, элементе И-НЕ, Птриггере, КЯ-триггере, реверсивномсчетчике, элементе 2 И-ИЛИ, инверторе,Такое выполнение блока управленияпозволяет осуществлять поверку приборов как при возрастающем, так и при /убывающем входном испытательном сигнале, а также возможность поверятьбиполярные АЦП. 3 нл. Устройство содержит генератор 1 сигнала, выходную шину 2, аналоговый компаратор 3, цифроаналоговый преоб" разователь 4, блок 5 управления с группой 6 выходов, блок 7 обработки и индикации, регистр 8, а блок 5 управления содержит формирователи 9 и 10 импульсов, элемент ИЛИ 11, элементы 12-14 задержки, блок 15 элементов НЕ, элементы И 16-18, элемент И-НЕ 19, Э-триггер 20, КБ-триггер 21, реверсивный счетчик 22, элемент 2 И-ИЛИ 23, инвертор 24. Для установки элементов и блоков с памятью устройство содержит шину "Сброс" 25, для запус" ка контролируемого аналого-цифрового преобразователя - вторую выходную шину 26, входную шину 27, вход 28 раз 158589 7цешеция за 1 иси ре 1"исто)1 Я и первый 29 т в Горой 30 ".7 Г 1авляющие зходь 1 блофф ка 7 обработки и 1 ндикации.Контролируемъш аналого-цифровой преобразователь 31 имеет входную ши 5 цу 32) шину 33 запуски группу л)хо-ф гОв 34Перед .роведегие;. к;)цтроля первая ВЬ)ХС)ДНа Л)1 На:. )Н В т) "1 С)ЫХОДНсЧЯ ШИ на 26 ",стройства созди:1 Отся соотзет с".) венца с входно 1 1:11 т)й 32 и с шиной )3 За 11" ,Ка СОНро)П)р "г-. ОГ )11 3., а Г".,1," ОЫХОДОЗ ) ЬЦ 1 .)ОДХЛЮта"ТСЯ )к Вх ОД.:с)11,1 тГН".е 2ус)эро 1 ств 1), По)1 контролР 1"раз 1)яД 1 Ого АЦП в составе устроиства контроля пс) ользуется 1)+1 )-разрядитй сА 1 -: )-а+.1) -разядный р ее с;в)11 стетчт)1 кУст 1 йс;:эо Ля ко)ттроля АЦП работает с.:едщим Об):)азо 1 1;П)О).гЕ Пт)СТГУРГя тэ)Г 11 а)а Сбро а Г О 1 Л)ЛЕСброс)" 25 ОЛЕ)ЕчЫ И бЛОКИ с Г 1)тл 1 ,гс а):.т:ттса, в 1)уле)3 ОР ООСЭО;.:.ЛР, ца т)р Г:Г)гь В)1 С)дО 6 блокаъ,;,)т)1:Л, - .-;)т;т УС.) .1 ац;)И-. Е "Си т)ьт)ЕОй кс)ц у.:)ь)сттс,е ):агр.тел)е ЦАП 4 рс)вцо улк), .), э)рол э:сс ),е а.иаГ 1)гового ком)арят 01)а .", джойс).ует нулевое на- Г)Г)1)Хе)ле; 1)р)1 сб 1) 0 СР в ) уд) Рвов ) .ОстОгс, ) О 30 ):г 1,а 1), 1 рт,)н) Лс 1 . . Ои ) н. выхода".:. б)с)ка." эл )эле с) И), . Га Вы ходе ., .".)Ого )Б э".Р)те - :.;а И 1 11 )ыходе с)лс)те)та ИНЕ ,. Ввиду э.о)о на) т)ся уро 1)е 1 ь " а ла. 1 Р.входе того жет) т)ргл)терс)уроне:.ь )О ,. С инцс.рсн)Г о выхода 1.:т) р)"г 1 Рра 21 1, Осту:аРТ уровен), ;1 нт пер 1,;т-; в;рд цтор 01 о элемен" а И. то Обе).нечивает прохож О дение на вход с;,м 1 рт)ьа.;иГ 1)еверев 1 о. го счРтч)1 кя 22 1 г: Гтул)г г)в с 1 нс)лас.г туровне 1) с в 1,)хс)да ГРт):;:Ого 1 элемента задержки,45АнаГ 1 ог.лчно при с)росе 1)-триггер 20устанан)1 ивае 1 ся Б .1 глР)зое состояние а на С-вход 0-триггра О поступает уровень "1"выхода третьего 18 эле Е)Л) а И .)ОодЕН 11 1 тнВЕОСНОГО ВЫХОт) )т , 50да 1)рлггер т О Обе) печньает прохождение короткого импульса с уровнем " 1" с выхода второго 10 формирователя 1)слГульсов чеоез элемент И-ИЛИ 23 и третий 14 эле).с.)т задержки ца вход 28 записи регистра 8 и на первый 29управляющи)л вход блс)ка 7 Обработки и И 1 ЛДИ К ., 1 тЛ 1 Л Если до сброса в нулевое состояние 1)-триггер 20 находился в единичном состоянии, то при сбросе на прямом выходе 13-триггера 20 возникает перепад напряжения, запускающий по второ- )1)т управ)1 яющему входу 30 блОк 7 Обра ботк. и индикации. Р) противном случае запуск блока 7 обработки и индикации происходит в процессе работы устрой"тва контроля в момент времени, когда ) ";,")сэн 1 лтся состояние 11-триггера 20 с .=.ДННЛНОГО На НУЛЕВОЕ,Работа устройства в динамике.Генератор 1 вырабатывает синусоидальное напряжение, частота которого це превышает половины максимальной частоты Гтреобразования АЦП 31, а раз) х превышает двуполярный диапазон ;".":образования (фиг, 2 а) . Диапазон цифроаналогового преобразователя 4 устанавливается не менее диапазона контроли 1)уемого АЦП 31. Аналоговый компаратор 3 сравнивает сигнал генератора 1 с нулевым на Ряжением поступающим на его второй в)сод г. ЦМ 4 и вырабатывает при наличии превышения нулевого уровня противсгфазные сигналы на прямом и инверс.ь. и Г:1,.Ода)тПоло)кительный импульс ).).:г, 2 б) с прямого вьгхода аналогов:. О ко )паратора 3 проходит через втой 3 эле:.,ен задержки на разряд знаа группы выходов 6 блока 5 управ.т .-)ня и .-,д, в сод второго 10 фор)ировател) я импульсов. Второй 10 формирова 1 ъ)ь импульсов вырабатывает из поло). )С тЬНОГО ПЕРЕПаДа СИГНаЛа ПРЯМОГО ь)ъода а.-:атто ового компаратора 3 коротк)л."-с импульс, который проходит черэ: элемент ИЛИ 11 на вторую выходную )Г.)ту 26 и запускает АЦП 31. Величина зад".ржкн э)торого 1)3 элемента задержки р) цна времени преобразования, а поэто= )у на разряде знака группы выходов 6 сохраняется в момент запуска АЦП 31 н)агавой уровень, Рвиду этого (при Г:ренебрежимо малых задержках в аналоГовом компараторе 3, первом 9 и втором О формирователях импульсов, эле Отте ИЛИ 11,)АЦП 31 преобразует практчч=;ски нулевой сигнал как сигнал поЛг);)ЛТЕЛЬНОй ПОЛЯРНОСТИ В НУЛЕВОЙ КОД, ".агтЕСЕН)ЛЕ ПОЛУЧЕННОГО КОДа В РЕГИСТР 8 Г)роисходит после окончания преобра" зовациятак как на вход 28 разрешения записи сигнал с выхода второго 10 фор- мирователя импульсов поступает с зарер)ттксй.равной запаздыванию в элемен5 15858 те 2 И-ИЛИ 23 и третьем 14 элементе задержки.По истечении времени, равного за-держке(фиг. 2 а) разряд знака принимает уровень "1", а остальные разряды группы выходов 6 сохраняются нулевыми, так как на инверсном выходе аналогового компаратора 3 сохраняется нулевой уровень и состояние реверсивного счетчика 22 не изменяется. По истечении времени, равного половине периода,.сигнал генератора 1 проходит через нулевое значение (момент 2 фиг, 2 а), а аналоговый компаратор 3 изменяет состояние на противоположное: на инверсном выходе устанавливается. уровень "1", а на прямом выходе - уровень "О". Из положительного перепада инверсного выхода первый 9 фор О мирователь импульсов вырабатывает короткий импульс, который проходит через элемент ИЛИ 11 на вторую ныходную шину 26 и запускает АЦП 31.Так как на разряде знака группы 25 выходов 6 действует уровень "1", после запуска нулевое напряжение сигнала преобразуется как отрицательное напряжение.Таким образом, за период сигнала генератора 1 АЦП 31 запускается дважды и, следовательно, работает с максимальной частотой, когда наиболее сильно сказываются,на динамическую погрешность переходные процессы.Полученный при преобразовании от- З 5 рицательного сигнала код не заносится в регистр 8, так.как 0-триггер 20 сохраняет нулевое состояние, и импульс с выхода первого 9 формирователя не проходит через элемент 23 2 И-ИЛИ.Напротив,. положительный перепад с инверсного выхода аналогового компаратора 3 проходит через первый элемент 12 задержки, через второй элемент И 17 на вход суммирования ревер- ф 5 сивного счетчика 22 и изменяет его со держимое на единицу. Задержка второго элемента 12 задержки составляет часть времени преобразования АПП 31, зависящую от быстродействия ЦАП 4. Через 5 О время, равное задержке второго элемента 13 задержки, нулевой уровень прямого выхода аналогового компаратора 3устанавливается на разряде знака группы выходов 6 и на выходе ЦАП 4 уста навливается положительное напряжение,-Щсоставляющее 2 часть кванта контролируемого АЦП 31 (см. ступенчатая кривая, фиг, 2 а)97 6Через интервал времени, несколько больший половины периода сигнала, напряжение с выхода генератора 1 превысит напряжение второго входа аналогового компаратора 3 (момент 3, фиг. 2 а) и состояние аналогового компаратора 3изменится на единичное. Как и при .первом, нечетном преобразовании в мо.мент 1, после перехода аналоговогокомпаратора 3 в состояние "1" вырабатывается импульс запуска АЦП 31 и импульс разрешения записи результатапреобразования в регистр 8. При от-сутствии у АЦП 31 погрешности в регистр 8 запишется нулевой код.Через время, равное задержке вовтором элементе 13 задержки, разрядзнака группы выходов 6 принимает уровень "1" и на выходе ЦАП 4 устанавливается отрицательное напряжение,Фравное 2 части кванта АЦП 3. Далеен момент 4 (аналогично, как в четныймомент 2) АЦП 31 преобразует отрица тепьное напряжение в код, который незаписывается н регистр 8,Таким образом, из выходных сигналов аналогоного компаратора 3 вырабатываются импульсы запуска контролируФемого АЦП 31 как при положительных,так и при отрицательных значенияхсигналов, и с поступлением каждогоимпульса запуска АЦП 31 преобразуетв код напряжение с мгновенным значе нием и полярностью, существовавшимив момент запуска. Однако пока код навыходе реверсивного счетчика 22 увеличивается от нулевого до единичногои затем уменьшается от единичного донулевого, в регистр 8 записываетсярезультат только нечетных преобразований, т.е. преобразований положительных значений сигнала,При монотонном увеличении кода на выходе реверсивного счетчика 22 от нулевого до единичного состояния В- триггера 20 и КЯ-триггера 21 остаются нулеными, так как при наличии "1" хотя бы в одном разряде реверсивного . счетчика 22 на выходе третьего элемента И 18 и, следовательно, на С" входе Э-триггера 20 установлен нуленой уровень, а на К-входе и В-входе КБ-триггера 21 действуют уровни "11В этом случае при нормальной работе АЦП 31 мантисса его кода монотонно увеличивается и выходному коду регистра 8 соответствует аналоговое на-.; пряжение (фиг. 2 в), о 1585897 8При достижении единичного кода навыходах реверсивного счетчика 22 состояние Р-триггера 20 не изменяется,а ВБ-триггер 21 перейдет в состояние"1, так как с выхода элемента 19 И 11 М 5НК на Б-вход поступит уровень "0".С переходом КБ-триггера 21 в состояние "1" создаются условия для прохож- "дения сигнала с выхода первого элемента 12 задержки через первый элемент И 16 на вход вычитания реверсивного счетчика 22.В связи с этим в дальнейшем код1гна выходах реверсивного счетчика 2, 15убывает от единичного до нулевого,ана выходе ЦАП 4 вырабатывается ступенчатое знакопеременное напряжениес убывающим модулем. При этом Э-триггер 20 и РБ-триггер 21 сохраняют свои 20состояния, а импульсы запуска АЦП 31и записи в регистр 8 формируются ана"логично: два преобразования АЦП 3 1за период сигнала и запись в регистр8 результата преобразования толькоположительных значений сигнала,При достижении кодом реверсивногосчетчика 22 нулевого значения выходной уровень третьего элемента И 18 .изменится с нулевого на единичный, а 30Р-триггер 20 перейдет в состояниеРБ-триггер, наоборот, из единичного состояния перейдет в нулевое,так как на его К-вход с выхода ин"вертора 24 поступит нулевой уровень.Реверсивный счетчик 22 переходит врежим суммирования. При переходе Ртриггера 20 в состояние " 1" создаются условия для прохождения на вход 28записи регистра 8 импульса с выхода 40первого 9 формирователя импульсов,созданного из положительного перепадаинверсного выхода аналогового компаратора 3, переходящего в нулевое состояние под действием сигнала отрица" 45тельной полярности.Далее работа устройства для контроля протекает аналогично; код на выходереверсивного счетчика 22 монотонноувеличивается от нулевого до единичного, затем реверсквный счетчик 22переводится в режим вычитания, и кодубывает до нулевого. Отличие и состоитв том, что в регистр 8 записываетсярезультат преобразования сигнала отрицательной полярности (четных преобразований)еОбработка и индикация результатовконтроля АЦП 31 определяется составом блока 7 обработки и индикацииПрицифровой обработке в блоке 7 обработки и индикации проводится подсчет .повторяющихся кодов с выхода контролируемого АЦП 31,При работе АЦП 31, близкой к идеальной т.е. дифференциальная нелиЮнейность не хуже 2 части кванта,код с выхода АЦП 31 повторяется 2раз при нарастании и убывании кодареверсивного счетчика 22, При худшейнелинейности повторяется меньше раз,чем 2 раз, Задание допуска в блоке 7обработки и индикации и сравнение сним числа повторений, кодовых комбинаций позволяет принять и индицироватЬрешение в соответствии контролируемого АЦП техническим условиям,В варианте блока 7 обработки и индикации, использующим и-разрядныйцифроаналоговый преобразователь, входы которого соединяются с выходамирегистра 8, а выход подключается квертикальному входу осциллографа,цифровая информация с выхода регистра 8 преобразуется в аналоговую форму и индицируется на экране осциллографа в виде ступенчатой функции,огибающей которая близка к синусоидальной кривой (диаграмма фиг. 3, по.строенная для случая и = 4 и ш = 1).Запуск осциллографа проводитсясигналом с прямого выхода Р-триггера20, а первым управляющим входом 29блока 7 обработки и индикации является канал Е осциллографа. Количествоповторяющихся кодов (фиг. 3)определяется по яркостным отметкам.Устройство для контроля аналогоцифрового преобразователя повышаетдостоверность контроля, обеспечиваяизмерение дифференциальной нелинейности с погрешностью, составляющейчасть кванта контролируемого АЦП.При этом АЦП проверяется в биполярномрежиме высокочастотным синусоидальным сигналом, к коэффициенту гармоник и к качеству калибровки амплитуды которого не предъявляется особыхтребований.Формула изобретенияУстройство для контроля аналого-, цифрового преобразователя, содержащее генератор сигнала, выход которого является первой выходной шиной и подключен к первому входу аналоговогокомпаратора, второй вход которого соединен зы,ом цифроаналоговогопреобразователя, входы которого соединены с соответствующими выходамигруппы выходов блока управления, блокобработки и индикации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля и расширения области применения за счет кон Отроля биполярных преобразователей,введен регистр, а блок управления выполнен на двух формирователях импульсов, элементе ИЛИ, трех элементахзадержки, блоке элементов НЕ, трехэлементах И, элементе И-НЕ, Р-триггере, КБ-.триггере, реверсивном счетчике, элементе 2 И-ИЛИ, инверторе,выход которого соединен с Р-входомК-триггера, Я-вход которого соединенс выходом элемента И-НЕ, а прямой иинверсный выходы соединены соответственно с первыми входами первого ивторого элементов И, вторые входы которьм соединены с выходом первого 25элемента задержки, вход которого объ-.единен с входом первого формирователя импульсов и соединен с инверснымвыходом аналогового компаратора, прямой выход которого соединен с входами второго формирователя импульсов ивторого элемента задержки, выход которого и выходы реверсивного счетчика являются соответствующими выходами группы выходов блока управления,входы суммирования и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами второго и первого элементов И соответственно, вход установки в "О" .объединен с входами установки в "О"П-триггера, блока обработки и индикации, регистра и является шиной"Сброс", С-вход Р-триггера объединенс входом инвертора и соединен с выходом третьего элемента И, входы которого соединены с соответствующимивыходами блока элементов НЕ, входыкоторого объединены с соответствующи"ми входами элемента И-НЕ и подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, выходы первого и второго Формирователей импульсов соединены с первым и вторым входами элемента 2 И-ИЛИ соответственно и подключены к первому и второму входамэлемента ИЛИ, выход которого является второй выходной шиной устройства,входной шиной которого являются информационные входы регистра, выходыкоторого соединены с соответствующими информационными входами блока обработки и индикации, первый управляющий вход которого объединен с входомзанесения регистра и подключен к выходу третьего элемента задержки, входкоторого соединен с выходом элемента2 И-ИЛИ, третий вход которого объединен с Р-входом Р-триггера и подключенк инверсному выходу Р-триггера, а .четвертый вход объединен с вторым управляющим входом блока обработки ииндикации,и подключен к прямому выходу Р-триггера.1раж 66 одписн КНТ СС роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 аказ 2332 НИИПИ Госуда