Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей

(5)5 Н 03 М 1/10 ГОСУДАРСТЕЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ е преобра, с,47.бразовате- М Сов раАНАЛОГО- ЕЛЕЙ адиотехнике устройствах онтроля не- преобразораения являе ения нелин ктеристико кциональная ункциональ(21) 4602233/24(54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТ(57) Изобретение относится к ри может быть использовано вавтоматического измерения и клинейности аналого-цифровых Изобретение относится к радиотехникеи может быть использовано в устройствахавтоматического контроля.и измерения пргрешностей аналого-цифровых преобразо, вателей (АЦП).Целью изобрет тся увеличение точности иэмер ейности АЦПс монотонной хара й преобразования.На фиг.1 представлена фунсхема устройства; на фиг.2 - фная схема блока управления.Устройство содержит генератор 1 шума,генератор 2 гармонического сигнала, аналоговый сумматор 3, проверяемый АЦП 4, накопитель. 5, блок 6 быстрогопреобразования Фурье, вычислитель 7, индикатор 8, блок 9 управления,Вычислитель 7 выполнен на делителе10, оперативном запоминающем устройстве (ОЗУ) 11, умножителе 12, сумматоре 13,вателей (АЦП). Цель изобретения - повы. ение точности измерения нелинейности АЦП, Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные генератор 1 шума, сумматор 3, проверяемый АЦП 4, накопитель 5, блок 6 быстрогб преобразования Фурье, вычислитель 7 погрешности, индикатор 8, В качестве тестового сигнала используется сумма гармонического сигнала и шума, С помощью блока быстрого преобразования Фурье вычисляется спектр выходного сигнала проверяемого АЦП, Полученный спектр используется в вычислителе погрешности для формирования значений нелинейности для соответствующего значения выходного кода АЦП. 1 з,п. ф-лы, 2 ил, Я блоке 14 задержки, вычитателе 15, компа торах 16 и 17, элементе И 18, блоке 19 ключей, блоке 20 задержки, сумматоре 21, делителе 22, вычитателях 23-25, делителе 26, умножителе 27. счетчиках 28 - 30, сумматорах 31 и 32, постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 33.Блок 9 управления выполнен на генераторе 34 тактовых импульсов, счетчиках 35 и 36, одновибраторе 37, ПЗУ 38, тумблере 39,Работает устройство следующим образом.После подключения проверяемого АЦП к устройству происходит начальная установка генератора 2 гармонического сигнала сигналом иэ блока 9 управления, Тестовый сигнал формируется путем сложения в аналоговом сумматоре 3 выходных сигналов генератора 1 шума и генератора 2 гармонического сигнала, Суммарный сигнал представляет собой гармонический сигнал Я 1) = соз в т с максимальной для проверяемого АЦП амплитудой, принимаемой за единицу, с добавлением раскачивающего шума с амплитудой, равной половине интервала квантования (паловине младшего значащего разряда АЦП 4).После аналого-цифровагс преобразования суммарного тестового сигнала выходной сигнал АЦП 4 поступает на вход накопителя 5. Время накопления в накопителе 5 задается сигналом из блока 9. Синхронная с генератором 2 работа накопителя 5 обеспечивается с помощью сигнала (выход Я иэ блока 9 управления. При усреднении выходного сигнала АЦП 4 в накопителе 5 шумы квантования ослабляются, а помехи нелинейности остаются без изменения,Сигнал с.выхода накопителя 5 поступает на вход блока б, в котором цифровые атсчеты тестового сигнала преобразуются в спектральную область. Время обработки Тобр в блоке.б определяется сигналом из блока 9 управления. Спектр сигнала на выходе блоха 6 содержит кроме основной составляющей тестового гармонического сигнала его гармоники, несущие информацию с нелинейности АЦП 4,Цифровой спектр сигнала поступает на вход вычислителя 7 погрешности. При этом на второй вход вычислителя 7 поступают тактовые импульсы, а, на третий вход - управляющий сигнал из блока 9 управления. С выхода вьислителя 7 погрешности на вход индикатора 8 поступают значения интегральной 6 и дифференциальной д щ нелинейнастей, а также значение веса Я 1-го уровня квантования проверяемого АЦП (выходной код АЦП),для которого вычислялось значение нелинейности,Для описания алгоритма работы вычислителя 7 погрешности достаточна представить реальный АЦП в виде последовательного соединения безынерционного нелинейного элемента (БНЭ) и идеальнога АЦП (АЦП с нулевой погрешностью).При прохождении гармонического сигнала через БНЭ возникают гармонические составляющие, которые однозначно связаны с характеристикой преобразования БНЭ, Сигнал с выхода БНЭ подается на идеальный АЦП (АЦП без погрешности), который вносит шумы квантования. Аналитически связь характеристики преобразования БНЭ Е(Я) при гармоническом входном сигнале са спектром выходного сигнала можно записать в аиде М - 1Р(Я).=а Т, (Я),(1) я =О где Я - входной сигнал АЦП (Я = сов в т);ал - спектральные отсчеты выходногосигнала (гармоники входного сигнала);То (Я) - полинам Чебышева порядка и;5 Й - число уровней квантования,Зная выходное значение кода АЦП Для1-го интервала квантования, можно. путемпоследовательного перебора значений Я изД,10интервала 96 й(д 1+1/2 до )+ - с2шагом д(Ю - вес 1-го интервала квантования; д- максимальная интегральная нелинейностЬ АЦП; Ь - величина младшего15 значащего разряда АЦП; д го - максимальная дифференциальная нелинейность АЦП)и сравнения вычисленного по формуле (2)20где йо - количество отсчетов на один периодгармонического сигнала;пт - разрядность АЦП, значения 1(Ь) с25 известным значением 1(Ь) для границ 1-гоинтервала квантования идеального АЦП определить действительные величины границинтервалов квантования, а зная их, - величину интегральной и дифференциальной неЭс линейностей 1-га интервала квантованияпроверяемого АЦП,Спектральные составляющие а усредненного сигнала с выхода блока 6 записываются в ОЗУ 11. При атом на адресный вход35 ОЗУ из счетчика 28 поступают коды адресовспектральных составляющих в ОЗУ, С выхода блока 9 управления на вход счетчика 28поступают тактовые импульсы. На управляющий вход ОЗУ 11 из блока 9 управления40 поступает сигнал "Запись".После записи Й+ спектральных составляющих (Й =2 ) вычислитель 7 погрешности сигналом с выхода блока 9 управленияпереводится в режим вычисления нелиней 45 ности. Формирование значений Я осуществляется следующим образом,На выходе счетчика 29 формируется последовательность кодов, соответствующая 50 числам в интервале(-КР 2; К/2), где К- коэффициент деления счетчика 29. Сигнал с выхода счетчика 29 поступает на нормирующий умножитель 27; который осуществляет умножение входных чисел на ве 55личину - (д + д ш /2 ) . На выходе2Кнормирующего умиажителя 27 получают последовательность чисел д из интервала ( - (д 1 о/2+д.),(дщ/2+дс шагом+ - Ь, которая подается на второй вход110вичитателя с выхода сумматора 31. Полученная величина одновременно поступает на первый и второй компараторы 17 и 16, где сравнивается с величинами ип и -сЪ соответственно, При этом, если входной код компаратора 17 меньше величины (Ъ, на .его выходе формируется логическая "1". Ес 20 30 а на выходе вычитателя 24 - величину, равную 3+1 - Б(, Далее с помощью делителя 22 на два, вычитателя 23, на второй вход которого подается код Ю, и второго делителя 26 на два формируется величина интегральной 40 нелинейности дц, она подается на индикатор 8, при этом 3+3+1 -( ) КпЗУ =- 2Яг 1-1 ч 1,где И 1 - номер спектральной составляющей со счетчика 28.Величины спектральных составляющих ап поступают. на первый вход умножителя 12, а на второй вход - значения Тп (31). При этом на адресный вход ОЗУ 11 поспа 1 ют коды адресов из счетчика 28 (Кол " 2 ), а на управляющий вход - сигнал "Чтение" из блока 9 управления, Полученное произведе- ние ал Тл (81) постУпает на пеРвый вхоД 5 сумматора 13, на второй вход которого поступает из блока 14 задержки ранее вычисленная сумма при первом суммировании для каждого значения 8 из блока 14 на 45 50(Ж + д ю )УК, Число К выбирается из условия (2 д+д 1.о )/Ко, гдесГп -требуемая погрешность измерения нелинейности проверяемого АЦП. С выхода умножителя 27 последовательность чисел поступает на один вход сумматора 32, на другой вход которого подается код измеряемого уровня квантования АЦП, сформированный в счетчике 30 и сложенный в сумматоре 31 с величиной (1/2) Ь( Ь= ширина интервала квантования АЦП). Величина (1/2) Ь постоянно подается на второй вход сумматора 31, Коды на выходе АЦП находятся в интервале 1112. Коэффициент деления со счетчика 30 равен числу выходных уровней проверяемого АЦП.Таким образом, на выходе сумматора 32 формируется величина в виде31 Я+ д+1/2 Ь . (3)Далее в вычислителе 7 погрешности формируется для сравнения с выходным кодом АЦП значение 1(3), определяемое по формуле (1), При этом из ПЗУ 33 считываютсязначения Тл (Ь)Яг(%)= - ,тн,(5,) ои й, ФО;2 т (5,)- (.а 1)Т (5;- при М,=О,где Ти(Ь) - полином Чебышева, й 1 = 0,1.Такая нормировка полиномов эквивалентна приведению выходного сигнала АЦП 4 в диапазон -11.На первый адресный вход ПЗУ 33 последовательно поступают йс = 2 номеровв+1спектральных составляющих с разрядностью гп+1 со счетчика 28, который имеет коэффициент счета 2", т,е. на адресный вход ПЗУ 33 подается код сумматор 13 поступает ноль, для обнуленияна второй вход блока 14 задержки поступаетсигнал переноса при,переходе в нулевоесостояние счетчика 28.Далее в вычитателе 15 из суммыйа, Тп (Я ) вычитается величина %1 ли входной код,компаратора 16 превышает значение -%, то на его выходе формируется логическая "1".Сигнал с выходов компараторов через элемент И поступает на второй вход блока 20 задержки и на управляющий вход блока 19 ключей, на информационный вход которого поступает значение 5 = Щ +,1/2 Ь+ дСигнал на выходе блока 19 представляет собой величину входного сигнала АЦП, которому соответствует верхняя граница измеряемого 1-го интервала квантования. Выходной сигнал блока 19 поступает на блок 20 задержки, время задержки которого равно времени, необходимому для вычисления следующего значения 8 На выходе сумматора 21 получают величину, равную Э+1 + 3 Вычитая из выходного сигнала вычитателя 24 величину Ь в вычитателе 25 и подавая разностный сигнал на третий делитель 10 на два, получают величину относительной дифференциальной нелинейности 1-го интервала квантования АЦП в соответствии с выражением д.О/1 = 81+1 - 31 - Ь, (5) Значение д 1.О/1 подается на индикатор 8,Сигнал с второго выхода счетчика 36 поступает на адресный вход ПЗУ 38 для считывания нового коэффициента деления счетчикз 35.Блок управления вырабатывает на выходах три интервала различной длительности. После формирования третьего интервала сигнал с четвертого выхода счетчика 36 запрещает работу первого счетчика 35 и работа блока 9 управления возобновляется после переключениятумблера 39. Сигнал с выхода блока 9 используется для установки генератора 2 гармонического сигнала, сигнал с выхода одновибратора используется для сброса накопителя 5. Формул а из о бр ете н ия 1 Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей, содержащее гекератор гармонического сигнала, последовательно соединенные накопитель и блок быстрого преобразования Фурье, блок управления, первый выход которого соединен с входом установки генератора гармонического сигнала, второй. выход - с управляющим входом блока быстрого преобразования Фурье, а третий выход-с первым управляющим входом накопителя, блок индикации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет возможности измерения нелинейности преобразователя, в него введены генератор шума, аналоговый сумматор и вычислитель, выполненный на оперативном запоминающем устройстве, двух умкожителях, четырех сумматорах, двух блоках задержки, четырех вычитзтелях, двух компараторах, трех счетчиках, постоянном запоминающем устройстве, трех делителях, блоке ключей и элементе И, первый и второй входы которого соединены соответственна с выходами первого и второго компараторов, а выход - с управляющими входами блока ключей и первого блока задержки, информационные входы которого объединены с соответствующими первыми информационными входами первого сумматора и первого вычитателя и подключены к соответствующим выходам блока ключейа выходы - к соответствующим вторым информационным входам первого сумматора и первого вычитателя, выходы которого через второй вычитатель и первый делитель соединены с соответствующими первыми информационными входами блока индикации, вторые информационные входы которого через второй делитель соединены с соответствующими выходами третьего вычитателя, первые информационные входы которого черезтретий делитель соединены с соответствующи 35 40, первыми информационными входами четвертого вычитателя, вторые информацион 50 5 10 15 20 25 30 ми выходами первого сумматора, а вторые информационные входы объединены с соответствующими третьими информационными входами блока индикации и соответствующими первыми информационными входами второго сумматора и подключены к соответствующим выходзм первого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом старшего разряда второго счетчика, выходы которого соединены с соответствующцми первыми информационными входами первого умножителя, а счетный вход - с выходом старшего разряда третьего счетчика, выходы которого соединены с соответствующими адресными входами оперативного запоминающего устройства и постоянного запоминающего устройства, выход переноса соединен с управляющим входом второго блока задержки, а "четный вход - с четвертым выходом блока управлания, пятый и шестой выходы которого соединены соответственно с вторым управляющим входом накопителя и входом "Запись-считывание" оперативного запоминающего устройства, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами блока быстрого преобразования Фурье, а выходы - с первыми информационными входами второго умножителя, вторые информационные входы которого соединены с соответствующими выходами постоянного запоминающего устройства, а выходы - с соответствующими первыми информационными входами третьего сумматора, вторые информационные входы которого соединены с соответствующими выходами второго блока задержки, а выходы - с соответствующими информационными входами второго блока задержки и ные входы которого объединены с соответствующими первыми информационными входами четвертого сумматора и подключены к соответствующим выходам второго сумматора, а выходы соединены с соответствующими первыми информационными входами первого и второго компараторов, вторые информационные входы которых, а также вторые информационные входы второго вычитателя, первого умножителя и второго сумматора являются соответствующими шинами заданных кодов, выходы первого умножителя соединены с соответствующими вторыми информационными входами четвертого сумматора, выхсды которого соединены с соответствующими информационными входами постоянного запоминающего устройства и блока ключей, выход генератораСоставитель И, РомановаТехред М,Моргентал Корректор Т. Пал едактор Т,Юрчикова 3 348 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 ий комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина ванно-иэдател рои гармонического сигнала соединен с первым входом аналогового сумматора, второй вход которого соединен с генератором шума, а выход является выходной шиной устройства, входной шиой котороо лясс информационные входы накопителя.2. Устройство по п,1, отл ич а ю ще ес я тем, что блок управления выполнен на генераторе тактовых импульсов, одновибраторе, постоянном запоминающеЪ устройстве, двух счетчиках и тумблере, вцход которого является первым выходом блока и соединен с входами синхронизации первого и второго счетчиков, счетный вход перво го из которых соединен с выходом генератора тактовых импульсов и является четвертым выходом блока, входы предустановки соединенц с соответствующими выходами 5 постоянного запоминающего устройства,адресные входы которого соединены с соответствующими выходами второго счетчика и.являются соответственно третьим, вторым и шестым выходами блока, пятым выходом ко 1 О торого является выход одновибратора, входкоторого соединен с выходом младшего разряда второго счетчика, выход старшего разряда которого соединен с входом "Запрет счета" первого счетчика.