Способ измерения динамических характеристик преобразования быстродействующих и высокоточных аналого-цифровых преобразователей и устройство для его осуществления

Номер патента: 1203699

Автор: Загурский

ZIP архив

Текст

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОсудАРственный кОмитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт электроники и вычислительной техники АН НатвССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ И ВЫСОКОТОЧНЫХ АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ измерения динамических характеристик преобразованиябыстродействующих и высокоточныханалого-циАровых преобразователей,заключающийся в суммировании двухиспытательных сигналов с разнойскоростью изменения, подаваемыхна испытуемый аналого-циФровой преобразователь, Аормировании основныхтактовых сигналов при переходебыстро изменяющегося испытательногосигнала через опорный уровень, Аормировании кода, пропорциональногосумме двух испытательных сигналов,и сравнении данного кода с заданнымкодом в моменты поступления основныхтактовых сигналов, Аормированиимедленно изменяющегося сигнала порезультатам сравнения, измерениикода среднего значения медленно изменяющегося испытательного сигнала,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности, при ЯО 1203699 Ас 50 4 Н 03 М 1/10 сравнении кодов в качестве заданного кода используют код соответствующего опорного уровня после измерения кода среднего значения медленно изменяющегося испытательногосигнала, величину опорного уровняизменяют до момента равенства кода,измеренного среднего значения медленно изменяющегося испытательногосигнала заданному коду опорногоуровня, в точке перехода через опорный уровень быстро изменяющегосяиспытательного сигнала определяютвеличину и знак его производной,Асормируют вспомогательную последовательность тактовых импульсов ссинхронизацией ее с основными тактовыми сигналами, а Аормированиекода, пропорционального сумме двух испытательных сигналов на последующих тактах преобразования, осуществляют в моменты поступлениявспомогательной последовательноститактовых сигналов, измеренный кодсреднего значения медленно изменяющегося испытательного сигнала,соответствующий определенной величине производной быстро изменяющегосясигнала, используют в качестве параметра динамической характеристикииспытуемого аналого-циАрового преобразователя. 2Устройство для измерения динамических характеристик преобразования быстродействующих и высокоточных аналого-цифровых преобраэоватЕ- лей, содержащее блок Формирования быстро изменяющегося испытательного сигнала, блок Аормирования медленно изменяющегося испытательного1203 б 99 сигнала, выход которого соединен спервым входом аналогового сумматора,выход которого подключен к первойвыходной шине, первый вход блокациАроного сравнения кодов соединенс входной шиной, второй вход - с первым выходом блока задания кодов,выход блока циАрового сравнениякодов подключен к входу блока Аормирования медленно изменяющегося испытательного сигнала, циАровой интегрирующий вольтметр, о т л и ч а -ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены блокзадания пороговых уровней, блокФиксации порогового уровня, блок компараторов, измеритель временного интервала, синхронизируемый генераторимпульсов, причем выход блока Аормирования быстро изменяющегося испытательного сигнала соединен непосредственно с вторым входом аналогового сумматора и с первым нхоИзобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано для измерения динамических характеристик быстродействующих и высокоточных аналого-цифровых преобразователей в сетевых измерительных системах, их метрологической аттестации в динамическом режиме,Цель изобретения - повышение точности измерений динамической характеристики преобразования аналогоциАровых преобразователей.На Аиг.1 приведены временные диаграммы, иллюстрирующие предлагаемый способ; на Лиг,2 - Аункциональная схема устройства для реализации предлагаемого способа.Диаграммы (Лиг.1) показывают быстро изменяющийся испытательный сигнал 1, медленно изменяющийся испытательныйсигнал 2; сигнал 3, равный сумме сигналов 1 и 2, подаваемыхона вход испытуемого аналого-циАрового преобразователя; опорный сигнал 4, соответствующий выбранной точке характеристики преобразования, сформированный сигнал 5 дискриминации,цом блока компараторон, второй итретий входы которого соединены спервым и вторым выходами блока задания пороговых уровней непосредственно, четвертый вход через блокфиксации порогового уровня подключен к третьему выходу блока заданияпороговых уровней, а первый и второй выходы соединены с соотнетстнующими входами измерителя временногоинтервала, а третий соединен с первым входом синхронизируемого генератора импульсов, второй вход которого подключен к второму выходу блока задания кодов, а первый и второйвыходы соединены с второй выходнойшиной и третьим входом блока циАроного сравнения кодов соответственно,выход блока Аормиронания медленноизменяющегося испытательного сигнала соединен с входом цифрового интегрирующего нольтметра2перехода сигнала 1 через заданныйпороговый уровень Оо , соответствующий выбранному значению сигнала 1;.результирующий сигнал 6 сравнения;5 сигналы 7 дискриминации, соответствующие переходам сигнала 1 через измененный относительно Оо пороговыйуровень О при определении величины и знака производной сигнала 1 в 1 О точке А, сигналы 8 дискриминации,соответствующие переходам сигнапа1 через изменяемый относительно О,и эаАиксированный пороговый уровеньЦ ц, дополнительно сАормированную 15 вспомогательную последовательностьциАровых сигналов 9; сигналы 10,полученные синхронизацией сигналов8 последовательностью сигналов 9;последовательность сигналов 11, ил люстрирующую действительные моменты дискретизации суммы испытательных сигналов 3, точки А, Б переходасигнала 1 через пороговый уровеньО , в которых производная имеет 25 разную величину и знак; среднеезначение В сигнала 2; точку Г сигнала 3, соответствующую моментудействия сигнала 5, задержанного на5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Таилзадержку Тб,отсчета аналого-цифрового преобразователя,временной интервалмежцу сигналами 5 и 7, время Тпр преобразованияиспытуемого аналого-цифрового преобразователя, период следования Тсигнала 1.На схеме устройства (фиг.2) показаны блок 12 формирования быстроизменяющегося испытательного сигнала; блок 13 формирования медленноизменяющегося испытательного сигнала, аналоговый сумматор 14, испытуемый аналого-цифровой преобразователь(АЦП) 15; цифровой блок 16 сравнения кодов, блок 17 задания кодов,цифровой интегрирующий вольтметр 18;блок 19 задания пороговых уровней;блок 20 фиксации порогового уровня,блок 21 компараторов, измеритель22 временного интервала, синхронизируемый генератор 23 импульсов, первая 24 и вторая 25 выходные шины ивходная шина 26,В качестве блока 12 может бытьиспользован любой генератор периодического сигнала со стабильной частотой повторения и произвольной формы.В качестве блока 13 может быть использован, как и в известном устройстве, аналоговый интегратор напряжений, управляемый биполярным коммутатором напряжений, управляющий входкоторого является входом блока 13.В качестве блока 17 используетсяблок, аналогичный блоку задания кодов в известном устройстве, содержащий дополнительный триггер (разряд)регистра записи кодов, выход которого является дополнительным выходомблока 17. В качестве блока 21 использованы три (согласно числу уров.ней Оо, Ц1-1 тацп ) одинаковыхкомпаратора, суммирующие входы которых соединены вместе и являются входом блока 21. Вычитающие входы первого и второго компараторов соединены непосредственно с первым и вторымвыходами блока 19, а вычитающий входтретьего компаратора через блок 20соединен с третьим выходом блока 19.Вычитающие входы компараторов являются соответственно первым, вторым итретьим управляющими входами блока21, а выходы его являются выходамисоответствующих компараторов. В качестве синхронизируемого генератора,23 импульсов использован генераторс внешним запуском. Реализация предлагаемого способа производится следующим образом.Формируют быстро изменяющийся сигнал 1 (фиг.1), необходимыми и достаточными условиями для которого являются периодичность и долговременная стабильность частоты,= 1/т Формируют сигнал 2, постоянная времени изменения которого за время его изменения в пределах между двумя рядом выбранными точками характеристики преобразования (кванта), задается равной времени формирования не менее, чем нескольких десятков периодов сигнала 1.Сумму 3 сигналов 1 и 2 подают на вход испытуемого А 1 Ц 1Одновременно с суммированием сигналов 1 и 2 формируют сигнал 5, который может соответствовать любому выбранномузначению сигнала 1, Для простоты рассмотрения на фиг.1 показан пороговый уровень О , равный нулю и соответствующий нулевым значениям сигнала 1 в точках А и Б, а такжепоказан сигнал 5, точно (без задержки) соответствующий точке А сигнала 1, где производная имеет положительный знак, но ее величина не известна, так как форма сигнала 1 отличная от синусоицальной, хотя ее среднее значение равно нулю.Выходной сигнал испытуемого объекта, представляющий текущий результат аналого-цифрового преобразования сигнала 3, в моменты действия сигналов 5, сравнивают с опорным сигналом 4, равным заданному пороговому уровню о =О. При сравнении текущий результат аналого-цифрового преобразования сигнала 3, равный мгновенному значению сигнала 3 в момент действия сигнала 5 (фиг,1), представляется цифровым кодированным сигналом с соответствующим численным значением, Опорный сигнал 4, равный нулю, представляется также цифровым сигналом, с численным значением равным О =О, т.е, с нулевым, кодом во всех разрядах.Посредством результирующего сигнала 6 сравнения опорного сигнала 4 и текущего результата преобразования сигнала 3, формируют сигнал 2 следующим образом. Если результатаналого-циФрового преобразованиясигнала 3 в момент действия сигнала5 равен сигналу 4, то сигнал 6 изменяется из состояния низкого уров12036 ня в состояние высокого, в результате чего сигнал 2 начинает нарастать. Если результат преобразования сигнала 3 больше сигнала 4, то сигнал 6 изменяется в состояние низкого уровня, а сигнал 2 начинает спадать. Описанный процесс многократно повторяется, при этом сигнал 2 колеблется относительно заданного опорного сигнала 4, равного в рассматриваемом случае заданному пороговому уровню ОоВ соответствии со способом при сравнении измеряют среднее значение сигнала 2, Поскольку сигнал 4 установлен равным ОО=О, среднее значение сигнала 2 численно также должно быть равно 0=0, Отличие его от величины О=О тем меньше, чем точнее выполняется равенство между мгновенными значениями сигналов 3 и 4, сравниваемыми в моменты действия сигналов 5.Поскольку реальный испытуемый АЦП имеет задержку отсчета То,п, 25 величина которой заранее точно не известна, то действительное значение сигнала 3 соответствует точке Г, которая определяется моментом действия сигнала 5, задержанного на Таы.к Из-за различия между значениями сигнала 3 в точках А и Г формируется сигнал 2, среднее значение которого отличается от нулевого на величину различия значений сигнала 3 в точ 35 ках А и Г.1Затем согласно способу изменяют величину порогового уровня сигналов дискриминации относительно заданного порогового уровня О,=О до величин 4 О Оь . В результате происходит формирование сигналов 7, соответствующих переходам сигнала 1 через пороговый уровень О . По величине временного интервала 1 по величине и знаку отклонения уровня Оь от О определяют величину и знак производной в точке перехода сигнала 1 через . заданный пороговый уровень Оо , При этом для формализации определения величины и знака производной принигъмается, что.имеет условно отрицательный знак, если сигнал 5 задержан относительно сигнала 7, и положительный, если сигнал 7 задержан относительно сигнала 5, Величины пороговых уровней ОЬ и Оо аЛгебраически вычитаются с их знаками, а 99 6величина и знак производной определяется, как с 1"/с 3 й -Оь )ойь и дляточки А(фиг.1) равна с 8 Я -О-О(-= (1Величина изменений порогового уровня О относительно О ограничивается допустимой методической погрешностью линейной аппроксимации сигнала 1 в точке А, С учетом указанногоформального правила определение величины и знака производной может бытьпроизведено в любой точке сигнала 1,например Б,При дальнейшем изменении порогового уровня фиксируют его измененнуювеличину 0 т при равенстве измерениюного среднего значения В сигнала 2величине заданного порогового уровняЦ, . Зафиксированной величине Очцпсоответствуют сигналы 8, которыеопережают по времени сигналы 5 навеличину Тщр . При этом.действительные моменты сравнения результатапреобразования сигнала 3 с опорнымсигналом 4, равным заданному уровнюОо =О, точно соответствуют точкамА сигнала 1, значение сигнала 1 вкоторых равно 1 о, а величина изнак производной определены,В соответствии со способом одновременно с фиксациейОтсцп формируютвспомогательную последовательностьцифровых сигналов 9, период повторения которых должен быть большимили равным Тпр и кратным периодусигнала 1, Синхронизируют сигналы 9с сигналами 8. В результате синхронизации добиваются периодическогосовпадения одного из сигналов 9 ссигналами 8 и получают сигналы 10Таким образом обеспечивается точнаяпривязка по фазе сигналов 10 с сигналами 8 и сигналом 3, т.е. становитсяточно известным местоположение любого иэ сигналов 10 относительно сигнала 3После синхронизации сигналов 9 с сигналами 8 дискретиэируют сигнал 3 посредством сигналов 10, используемых для стробирования испытуемого АЦП, В результате выполнения рассмотренных операций способа действительные моменты дискретизации сигнала 3 соответствуют сигналам 11, в моменты сравнения выходного сигнала испытуемого объекта с опорным соответствуют сигналам 5. Поскольку сигналы 11 (фиг.1) соответствуют различным значениям сигнала 3 в пре.5 10 20 25 30 35 45 50 55 делах периода сигналов 5, а сигналы 5 всегда соответствуют одним и тем же значениям сигнала 3 н точке А,то с учетом известной величины - знака производной в точке А и периода Т сигналов 11 - имеет место соответствие точно известных условий испытаний измеряемой динамической характеристике преобразования. Одновременно с фактической дискретизацией сигнала 3 в моменты действия сигналов 11 сравнивают, Фактически в моменты действия сигналов 5, выходные сигналы испытуемого АЦП с опорными сигналами 4, соответствующими выбранным точкам его характеристики преобразования,Таким образом,при ее измерении обеспечиваются реальные условия испытуемого объекта с учетом влияния как величины и знака производной, так и переходных процессов установления в нем при преобразовании разных значений сигнала 3.Влияние этих Факторов при Формировании сигнала 2 приводит к отклонениям средних значений сигнала 2 от опорных сигналов 4, соответствующих выбранным точкам характеристики преобразования. Отклонения связаны с тем, что значения результата преобразования сигнала 3 в точках А в моменты сравнения отличают от действительных значений из-за неспособности испытуемого преобразователя правильно реагировать во всех точках характеристики преобразования на заданную величину (знак) производной испытательного сигнала 3 при стробировании АЦП с заданным Выбирая частоту и амплитуду сигнала 1, а также период повторения Тр сигналов 9, можно в широких пределах варьировать исходные условия измерения динамических характеристик преобразования, соответствующих значениям этих параметров, При этом задавая все или только выбранные точки характеристики посредством задания соответствующих опорных сигналон 4 по отклонениям от них средних значений, сформированных в процессе измерений сигналов 2, можно судить о всей или отдельных участках динамической характеристике преобразования, контролируя появление отклонений, равных или больших допустимым. Устройство работает следующим образом.Выходной сигнал блока 12 поступает на сумматор 14 вместе с сигналом 2 с выхода блока 13, Суммарный сигнал 3 с выхода сумматора 14 подается на вход испытуемого АЦП 15. Одновременно выходной сигнал 1 блока 12 подается на вход блока 21,С выхода блока 19, который предстанляет источник стабильных напряжений, задаются пороговые уровни,соответствующие Оо, О и и ОьцоВеличины О и О задаются постоянными, а пороговый уровень на третьем выходе изменяется до Фиксациивеличины 0 посредством блока 20,представляющего любой Фиксируемыйрегулятор напряжений, например градуированный потенциометр, положение которого Фиксируется оператором при изменении уровня напряжения, Импульсные сигналы 5 и 7 с первого и второго выходов блока 21 поступают на входы измерителя 22 временного интервала, а с третьего выхода сигналы 8 поступают на вход синхронизируемого генератора 23. При логическом сигнале с низким уровнем г(логический Он), поступающим на вход управления генератора 23 с выхода блока 17, синхронизируемый генератор выключен и импульсные сигналы с третьего выхода измерителя 22 проходят через генератор 23 на входы стробирования АЦЛ 15 и блока 16 сравнения. На входе испытуемого АЦП 15 действует при этом суммарный сигнал 3 (Фиг.1). В моменты стробирования АЦП 15 мгновенное значение напряжения сигнала 3 на его входе равно текущему значению напряжения сигнала 2 на выходе блока 13. Пусть на вход блока 16 с выхода блока 17 задан код, численно равный Оо , Если выходной код АЦП 15, полученный при стробиронании, равен при сравнении коду с выхода блока 17, то результирующий сигнал 6 с выхода блока 16 .управляет блоком 13 таким образом, что выходное напряжение блока 13 начинает возрастать, Когда оно достигает значения, при котором, выходной код испытуемого АЦП 15 преньппает код, установленный в блоке 17, выходной сигнал 6 блока 16 управляетсблоком 13 так, что напряжение наего выходе начинает уменьшаться.Изменяя Величину порогового уровня на третьем входе блока 21, сдвигают по фазе импульсы на третьем выходе блока 21 относительно сигналовс выхода блока 12. При этом измеряют среднее значение напряжения навыходе блока 13 с помощью цифровогоинтегрирующего Вольтметра 18,Когда измеренное среднее значение напряжения сигнала 2на выходе блока 13 становится равно установленному с блока 19 на первом входе блока 21 уровню напряжения О , фиксируют уровень напряжения на третьем входе блока 21 припомощи блока 20, После фиксации 11 гана третьем выходе блока 21 формируютсЯ импульсы 8 фиг о 1 )1 ОчнОопределяющие результат преобразования АЦП 15 положения сигнала 3в точке А с учетом ко 1 П 1 ансации вли -Яни 51 задерхы 51 Отсч.та 1.до,я о Воливпроизводной си; нала " в этойгочка и ее знак с гределяют по устаНОВ:1 Е Ннь М 3 Ьа Ч. НЬ 51 М 11 Л РяжЕНИЙ ОО, - Од (ф 11 г.1) 11 а 11 ервом и второмвыходах блока 9 и Врэменному интервч.л" 1. Измеряемому измерите-лем 22 временного интсрва 51 а, Приэтом величины - 1 п и О алгебраически вычитаются с их знаками, а длялусловно принимается Отрицательныйзнак, если сигнал 5 задержан относительно сигнала 7, и .Оложительный,если сигнал 7 задержан Относительносигнала 5, При фиксированном подключении входов измерителя 22 к вы(1ходам блока 21 условие 51 чя 1 легко обнаруживается пс результату измерения либо не 11 осредственно величины 1. в первом случае, либо величины ТС 1 п1 де .1.; - период сигнала(фиг 1). Исходя из этого величинаи знак производной в точке А (фиг 1)равна ЗО(Й=-О-О(-ьь- Оь 1,При изменении логического сигналана управляющем входе синхронизируемого генератора 23 в состояние свысоким уровнем (логическая и 1")происходит его включение В автоколебательный режим, При этом генератор 23 синхронизируется импульсами203699 5 10 15 О 25 ЗО 45 108, работая с собственным периодомповторения импульсов 9 - Т 11 выПРбранным кратным периоду Тс повторе.ния импульсов 8. На первом выходегенератора 23, подключенном к входустробирования АЦЛ 15, действуютимпульсы 10, а на втором выходе,подключенном к входу стробированияблока 16, - импульсы 8,В результате обеспечивается стробирование испытуемого АЦП 15 в моменты времени (импульсы 11, фиг.1),соответствующие различным значениямнапряжения сигнала 3 на выходе сумматора 111. Одновременно обеспечиваетс управление формированием сигнала2 на выходе блока 13 только в моменты сравнений (сигнал 5, фиг.1), когда мгновенные значения напряжения навыходе блока 13 должны быть равнымгновенным значениям напряжения навходе испытуемого АЦП 15.Среднее значение выходного напряжения блока 13 измеряется в течение большого числа циклов его изменения цифровым интегрирующим вольтметром 18. Цифровой результат измерения соответствует границе перехода от одного кванта к другому нахарактеристике преобразования испытуемого АЦП 15. Отклонение цифровогорезультата измерения (среднее значение В) от кода (опорного сигнала4, фиг.1), задаваемого с первоговыхода блока 17 на второй вход блока 16, характеризует погрешностьдинамической характеристики преобразования в этой точке. Погрешностьгочно соответствует определенной величине и знаку производной и заданному ТР,После регистрации оператором результата измерений в блоке 17 задания кодов устанавливают код, соответствующий значению следующейточки измеряемой характеристики преобразования. Измерения повторяютсяпри неизменных значениях кода навтором выходе блока 17, пороговыхуровнях напряжений Оо,(1 п ,Отде,п навходах блока 21 и неизменной величине Тпц до получения полной информации о всех точках характеристики преобразования испытуемого АЦ 11.

Смотреть

Заявка

3733105, 21.04.1984

ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ АН ЛАТВССР

ЗАГУРСКИЙ ВАЛЕРИЙ ЯКОВЛЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: H03M 1/10

Метки: аналого-цифровых, быстродействующих, высокоточных, динамических, преобразования, преобразователей, характеристик

Опубликовано: 07.01.1986

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-1203699-sposob-izmereniya-dinamicheskikh-kharakteristik-preobrazovaniya-bystrodejjstvuyushhikh-i-vysokotochnykh-analogo-cifrovykh-preobrazovatelejj-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ измерения динамических характеристик преобразования быстродействующих и высокоточных аналого-цифровых преобразователей и устройство для его осуществления</a>

Похожие патенты