Устройство для автоматического измерения динамических характеристик быстродействующих аналого-цифровых преобразователей

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ Изобретени тельной и эле ке и может бы верки АЦП в р тносится к вычислиоизмерительной технииспользовано для поме изменяющегося вход 70 ного сигнала,Известно устройство для автомати"ческого измерения характеристик аналого"цифровых преобразователей, содержащее последовательно соединенные основной блок цифровой уставки и первыйпреобразователь код-напряжение, дваэлемента сравнения, второй преобразователь код-напряжение, блок обработки кодов, первый вход которого подключается к выходу контролируемого аналого-цифрового преобразователя, апервый выход соединен со входом индикатора, генератор линейно нарастающего напряжения, два ключа, два триггера, пять элементов И, сумматор и дополнительный блок цифровой уставки,причем выход генератора линейно нарастающего напряжения соединен с первымивходами обоих элементов сравнения и с первым входом первого ключа, второйвход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход соединен свыходом второго ключа и со входом конт-ролируемого аналого-цифрового преобразователя, выход первого преобразователя код-напряжение соединен со вторым входом первого элемента сравнения,первым входом сумматора и первым входом второго ключа, второй вход которого подключен к выходу второго элемента И, второй вход сумматора через вто-.рой преобразователь код-напряжение соединен с первым входом третьего элемента И и через последовательно соединенный со вторым преобразователемкод-напряжения дополнительный блокцифровой уставки - с выходом четвертого элемента И, а выход сумматораподключен ко второму входу второгоэлемента сравнения, выходы обоих элементов сравнения подключены к соответствующим входам первого триггера,выход которого соединен с первыми вхо 892 705 4дами первого и второго элементов И, причем второй вход первого элемента И соединен со вторым входом третьего элемента И и первым выходом второго триггера, второй вход второго элемента И соединен со вторыми входами четвертого и пятого элементов И и вторым выходом второго триггера, вход которого соединен со вторым выходом блока обработки кодов, третий выход щ которого подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен со входом дополнительного блока цифровой уставки, второй вход блока обработки кодов соединен 13 с выходом третьего элемента И, а третий - с выходом пятого элемента И, первый вход которого соединен с выходом основного блока цифровой уставки 1.Однако с помощью известного устройства невозможно определить динамические характеристики аналого-цифровых преобразователей при произвольно изменяющемся входном сигнале, так как в д этом случае нельзя вычислить приращение сигнала за известный промежуток Времени - время цикла преобразования.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей. ЗО Поставленная цель достигается тем, что в устройство для автоматического измерения динамических характеристик быстродействующих аналого-циФровых преобразователей, содержащее блок циф-ровой уставки, преобразователь коднапряжение, два элемента сравнения, блок обработки кодов, блок регистрации, причем выход блока цифровой ус 40 тавки подключен ко входу преобразователя код-напряжение и к первому входу блока обработки кодов, второй вход которого соединен с первым выходом контролируемого аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока обработки кодов соединен с первым . входом блока регистрации, первые входы элементов сравнения соединены между собой, введены блок выбора режимов работы, блок задания зоны и элемент совпадения, формирователь, причем выход преобразователя код-напряжение соединен со входом блока задания зоны, выходы которого соединены со вторыми входами элементов сравнения, ЗЗ выходы которых подключены к первому и второму входам элемента совпадения, а. третьи выходы через формирователь подключены ко второму выходу контролируемого аналого-цифрового преобразователя, третий выход которого соединен с третьим входом элемента совпадения, четвертый вход которого через блок выбора режимов работы соединен с первыми входами элементов сравнения, а выход соединен с третьим входом блока обработки кодов, второй выход которого соединен с первым входом блока цифровой уставки, четвертый вход подключен ко второму выходу последнего и к шине "Пуск", при этом вход контролируемого аналого-цифрового преобразователя соединен с первыми входами элементов сравнения и с шиной входного сигнала, а второй вход блока регистрации подключен к третьему выходу блока обработки кода.Кроме того, блок обработки кодов содержит два формирователя, три трйггера, два счетчика, узел занесения кода, генератор, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, узел сравнения кодов, два элемента И, регистр, причем первый вход блока подключен к первому входу узла занесения кода, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выход через реверсивный счетчик подключен к первому входу узла сравнения кодов, второй вход которого подключен к выходу регистра, а выход - с первыми входами первого формирователя и первого элемента И, второй вход которого подключен к генератору, третий вход - к первому входу второго элемента И и к выходу первого триггера, при этом его первый выход подключен к первому входу счетчика, а второй выход подключен к счетному входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен к прямому"выходу второго триггера и ко второму выходу блока, а вход вычитания соединен с инверсным входом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемента И, а нулевой вход - с нулевыми входами первого и третьего триггеров, с первым входом регистра и выходом первого формирователя, второй вход которого соединен с четвертым входом бло" ка и с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединен с третьим входом блока и с единичным входом третьего триггера, его же выход соединен со вторым выходом блока и вторым входом первого счетчика, первйй выход которого соединен с первымвыходом блока, а второй выход соединен со вторым входом второго элемента И и первым входом элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с еди- уничным входом первого триггера, вторым входом регистра и через второйформирователь - с выходом третьеготриггера, при этом третий вход регистра соединен со вторым входом блока, а 11выход - ко второму входу узла сравнения кодов,На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для автоматического измерения динамических характе%ристик бь 1 стродействующих аналого-цифровых преобразователей; на Фиг. 2 -временная диаграмма.Устройство содержит преобразователь код-напряжение (ПКН) 1, блок 2 ЗВзадания зоны, контролируемый анало 1 го-цифровой преобразователь (АЦП ) 3,.элемент 4 совпадения, элементы 5 и 6сравнения, блок 7 обработки кодов,блок 8 регистрации, блок 9 цифровой 25уставки, формирователь 10, блок 11 выбора режимов работы, блок обработкикодов состоит из формирователей 12 и13,триггеров 14, 15, 16, узла занесения кода 17, реверсивного счетчика 18, зфузла сравнения кодов 19, элементов И 20 и 21,регистра 22, элемен-та И 23, генератора 24, счетчиков 25и 26.На выходе цифро-аналогового преоб. разователя 1 формируется напряжение0 у, которое через блок 2 задания эоныпоступает на входы элементов 5 и 6сравнения, При этом на входе элемента 5 действует напряжение 0 О +ДО, ана входе элемента 6 - 0 О ",0, Значение Ь 0 соизмеримо со статической погрешностью контролируемого АЦП, т.е.очень мало. На вторые входы элементов 5 и 6 сравнения и на вход конт"ролируемого АЦП подается входной сигнал либо детерминированный, либо случайный. Необходимо, чтобы этот сигнал многократно проходил через задан"ную зону для того, чтобы получить требуемое число отсчетов. Это накладывает определенные ограничевиц на случайный входной сигнап, в частностинижняя граница спектра этого сигналадолжна быть достаточно высокой.Для повышения точности в устройстве использованы элементы сравненияс запоминанием и третий выход контролируемого АЦП через формирователь 10 соединен с третьими входами элементов сравнения. Формирователь введендля того, чтобы точно совместить момент отсчета АЦП с моментом опросаэлементов сравнения. В этом случаес третьего выхода АЦП Фактически берется импульс, который появляется несколько раньше момента отсчета, например импульс запуска АЦП,Устройство работает следующим образом.По команде "ПусК" в блоке 9 цифровой уставки устанавливается код,соответствующий начальной точке диапазона входного сигнала, в которойбудут производиться измерения. На выходе преобразователя 1 появляется напряжение Оэ. Элементы 5 и 6 сравнения и элеиейт 4 совпадения образуют/1систему контроля входного сигнала.АЦП производит многократные измерения, Если в момент выдачи кода (припоявлении импульса "Выход данных")контролируемого АЦП входной сигналпопадает в зону 2 дО, то на выходеэлемента 4 совпадения появляется единица. По этому сигналу выходной кодпереписывается в регистр 15 блока 7обработки кодов. Предварительно за,писанный в блок 7 кодло вычитается.в этом блоке из выходного кода контролируемого АЦП, Разность кодов представляет собой погрешность АЦП в динамическом режиме. Если на входеконтролируемого АЦП действует детерминированный сигнал, например линейно-изменяющееся напряжение, то в этомслучае производятся многократные измерения и результаты их усредняются.В результате этого получают среднеезначение погрешности контролируемогоАЦП в динамическом режиме при заданной скорости изменения входного сигнала в заданной точке шкалы. Это значение фиксируется и блоке 8 регистрации, после чего устройство переходитк следующему значению 0 О и повторяет измерения и тд.Если на входе контролируемого АЦПдействует случайный входной сигнал,то блок обработки кодов, кроме Функции вычитания кодов и усреднения, будет выполнять более сложные операции,например выбор максимальной погрешности или получение функции распределения погрешности и т.д. Очевидно, чтопредлагаемое устройство работает прислучайном входном сигнале, так какбезразлично, сверху или снизу войдет892705 входной сигнал в зону 2 Ь, лишьбы этот момент совпал с моментом по" явления импульса "Выход данных".Рассмотрим работу устройства по временной диаграмме (фиг. 2). Входной сигнал, в общем случае случайный, поступая на входы элементов срав" нения, многократно проходит через зону 2 ЬО. Значение этой зоны может быть соизмеримо с порогом чувствитель ности элементов сравнения, т.е. очень мальм. Допустим, контролируется АЦП с аналоговым запоминанием на входе. Импульсы моментов отсчета, совпадающие с моментами перехода аналогового запоминающего блока в режим хранения, производят опрос элементов сравнения, которые запоминают свое состояние в эти моменты, Совпадение может быть очень точным, так как апертурные времена элементов сравнения и аналогового запоминающего блока соизмеримы и могут составлять доли наносекунды, Устройство работает в таком режиме до тех пор, пока момент опроса компараторов не совпадет с моментом прохождения, входного сигнала через зону 20, например момент ", на фиг,2. В этот момент на выходах элементов сравнения появляются логические единицы, которые, поступая через элемент 4 совладения в блок обработки кодов разрешают запись кода с выхода контролируемого АЦП в регистр в моу Имент времени, так как данный код соответствует значению входного сигнаЭ 5 ла в момент ъ , Таким образом, предлагаемое устройство из всех моментов отсчета выбирает лишь некоторые, что уменьшает быстродействие схемы. ОднаЮ ко этот недостаток не играет первостепенной роли, а так как предлагаемое устройство предназначено для определения динамических характеристик быстродействующих АЦП, то моменты ф будут появляться достаточно часто.43 Рассмотрим подробнее работу блока 7 цифровой обработки,Измерение начинается по сигналуН 1Пуск , которым производится сброс ффтриггеров 16, 15, 14 и счетчиков 26,25. Сигналом с выхода триггера 14 за прещается прохождение импульсов с генератора 24 через элемент 20 совпадения. В момент времени . на выходе ффИэлемента 4 совпадения появляется единица, которая переводит триггер 16 вединичное состояние н записывается 8в счетчик 26. Этот перепад поступает на формирователь 13, на выходе которого образуется короткий импульс. При этом код с выхода контролируемого АЦП переписывается в регистр 22, триггер 14 переводится в единичное состояние, разрешающее прохождение импульсов от генератора 24 на счетный вход реверсивного счетчика 18 и на счетный вход счетчика 25. Одновременно импульсом с выхода формирователя 13 через элемент ИЛИ 23 установленный код с помощью узла занесения кода 17 записывается в реверсивный счетчик 18, который сразу начинает работать нв вычитание, Код реверсивного счетчика сравнивается с кодом регистра 22 с помощью узла 19 сравнения кодов. Допустим, код регистра 22 больше. Счет производится до момента переполнения группы разрядов счетчика 25 погрешности. В момент переполнения импульс с выхода этого счетчика через элемент ИЛИ 16 вновь записывает первоначальный код в реверсивный счетчик. Этот импульс, проходя через элемент 21 совпадения, переводит триггер 15 в единичное состояние, чем обеспечивается режим сложения реверсивного счетчика 18. Вновь начинается счет. В момент равенства кодов нулевым сигналом с выхода узла сравнения кодов 19 запрещается прохождение импульсов от генератора через элемент 20 совпадения. Этим сигналом через формирователь 12 производится сброс триггеров 14, 15 и 16, т.е. все основные узлы вновь переводятся в состояние ожидания импульса с выхода элемента совпадения устройства 4. При поступлении второго импульса с выхода элемента 4 совпадения все про-, исходит аналогичным образом, причем в счетчике 25 результаты измерения суммируются. Емкость счетчика 26 выбирается в соответствии с числом измерений, которые необходимо произвести при заданном значении 00, При переполнении этого счетчика блок 9 цифровой уставки устанавливает код, соответствующий новому значению Об. Одновременно с выхода счетчика 25 на блок 8 регистрации выдается среднее значение погрешности контролируемого АЦП в динамическом режиме в даннойточке шкалы. После этого производится новый цикл измерений при новом Ор. Очевидно, что при такой реализации892705 блока обработки кодов на входе контролируемого АЦП должен действоватьдетерминированный сигнал, имеющийпримерно одну и ту же скорость изменения в момент С . При случайном характере входного сигнала блок 7 обработки кодов должен быть построен по-другому, хотя основные его узлы останутся такими же, Например, в блоке 7могут присутствовать уэлы для выбора 16максимума погрешности и т.д.При определении динамических характеристик АЦП во многих случаях, особенно прн случайном входном сигнале,необходимо определять характеристики 1порознь при положительных, отрицательных и случайных по знаку скоростях изменения входного сигнала.Для обеспечения этой возможностив предлагаемое устройство дополнитель-но введен блок 11 выбора режимов работы, содержащий последовательно соединенные дифференцирующул цепь и нуль 1орган. Если в момент й скорость изменения входного сигнала имеет нужныйзнак, то единица с выхода блока 11разрешает работу устройства.Таким образом, изобретение позволяет определить динамические характеристики АЦП непосредственно в услови- щях эксплуатации или же в режиме, наиболее близком к этим условиям.Кроме того, за счет четкой синхронизации моментов отсчета с моментамиопроса элементов сравнения, повышается точность измерения, Использованиеэлементов сравнения с запоминаниемпозволяет практически исключить влияние изменения времени задержки элементов сравнения на точность измерения. В известном устройстве такой режим работы синхронный при сохранении точности обеспечить невозможно.Использование блока выбора режимовработы позволяет расширитЬ функциональные возможности предлагаемогоустройства,2. Устройство по и, 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что блок обработки кодов содержит два формирователя, три триггера, два счетчика, узел занесения кода, генератор, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, узел сравнения кодов, два элемента И, регистр, причем первый вход блока подключен к первому входу узла занесения кода, второй вход которого подключен к выходу элемента ИЛИ, а выход через реверсивный счетчик подключен к первому входу узла сравнения кодов, второй вход которого подключен к выходу регистра, а выход - с первыми входами первого фор" мирователя и первого элемента И, вто. рой вход которого подключен к генератору, третий вход - к первому входу второго элемента И и к выходу перформула изобретения 1. Устройство для автоматического измерения динамических характеристик быстродействующих аналого-цифровых преобразователей, содержащее блок цифровой уставки, преобразователь коднапряжение, два элемента сравнения, блок обработки кодов, блок регистрации, причем выход блока цифровой устанки подключен ко входу преобразователя код-напряжение и к первому входублока обработки кодов, второй вход которого соединен с первым выходом конт"ролируемого аналого-цифрового преобразователя, первый выход блока обработки кодов соединен с первым входомблока регистрации, первые входы элементов сравнения соединены между со,бой, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей, введены блок выборарежимов работы, блок задания эоны иэлемент совпадения, формирователь,причем выход преобразователя код-напряжение соединен со входом блока задания зоны, выходы которого соединенысо вторыми входами элементов сравнения, выходы которых подключены к первому и второму входам элемента совпадения, а третьи выходы через формирователь подключены ко второму выходуконтролируемого аналого-цифрового преобразователя, третий выход которогосоединен с третьим входом элементасовпадения, четвертый вход которогочерез блок выбора режимов работы соединен с первыми входами элементовсравнения, а выход соединен с третьимвходом блока обработки кодов, второйвыход которого соединен с первым входом блока цифровой уставки, четвертыйвход подключен ко второму выходу последнего и к шине "Пуск", при этомвход контролируемого аналого-циФровогопреобразователя соединен с первымивходами элементов сравнения и с шиной входного сигнала, а второй входблока регистрации подключен к третьему выходу блока обработки кода.вого триггера, при этом его первыйвыход подключен к первому входу счетчика, а второй выход подключен к счетному входу реверсивного счетчика, суммирующий вход которого подключен кпрямому выходу второго триггера и ковторому выходу блока, а вход вычитания соединен с инверсным входом второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго элемен фта И, а нулевой вход - с нулевыми входами первого и третьего триггеров,с первым входом регистра и выходомпервого формирователя, второй вход которого соединен с четвертым входом "блока и с первым входом второго счетчика, второй вход которого соединенс третьим входом блока и с единичнымвходом третьего триггера, его же выход соединен со вторым выходом блокаи вторым входом первого счетчика, пер.вый выход которого соединен с первымвыходом блока, а второй выход соединен со вторым входом второго элемента И и первым входом элемента ИЛИ,второй вход которого соединен с единичным входом первого триггера, вторым входом регистра и через второйформирователь - с выходом третьеготриггера, при этом третий вход регистра соединен со вторым входом блока,а выход - ко второму входу узла срав"кения кодовИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе. Авторское свидетельство СССР У 60 б 204, кл. Н 03 К 13/17, 19.04.74.Составитель Л. БеляеТехоеп А. Бабинец,редактор Г. Вол Заказ 11283/85 Тираж 991осударственного комитета СССР елам изобретений и открытий сква ЖРаушская наб, д. Подписное ВНИИПИ по 13035/5 на иал ППП "Патент , г. Ужгород, ул. П