Устройство для измерения характе-ристик случайных погрешностейаналого-цифровых преобразователей

Устройство для измерения характе-ристик случайных погрешностейаналого-цифровых преобразователей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Н 03 К 13/02

Гооударстееииый комитет

СССР (23) Приоритет—

Опубликовано 30 07 81 Бктллетень М 28 во делам изобретений и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) Дата опубликования описания 30.07 .81

С.Б.Кутыркин, В.В.Регеда, А.В.Темногрудов, В.С.Шиндов, Г.П.Шлыков и В.И.Шляндин (72) Авторы изобретения

ВС1СОЮЗК, . к (71) Заявитель

Пензенский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК СЛУЧАЙНЫХ

ПОГРЕШНОСТЕЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

Изобретение относится к цифровой контрольно-измерительной технике и может быть использовано при контроле качества иэготовлення аналого-цифровых преобразователей и цифровых вольтметров.

Известно устройство для автомати" ческого измерения статистических характеристик случайных погрешностей аналого-дискретных преобразователей, содержащее блок цифровой установки, тб выход которого соединен с входом образцового преобразователя код-напряжение и с первым входом блока срав.нения кодов, второй вход которого сое1$ динен с выходом контролируемого аналого" цифрового преобразователя, суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика соединены с выходами блока сравнения кодов, генератор импульсов, выход которого соединен с запускающим входом контролируемого аналого-цифрового преобраэсвателя и с входом делителя частоты, первый выход которого соединен с первым входом ключевого элемента, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика, а второй выход соединен с входом устройства управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами генератора импульсов, ключевого элемента, реверсивного счетчика «1 1.

Данное устройство предназначено в основном для измерения функции распределения инструментальной погрешности АЦП. Однако оно не позволяет непосредственно измерить моменты

1-го и 2-го порядков функции распределения этой погрешности °

Известно устройство для измерения случайных погрешностей аналого"цифровых преобразователей, содержащее блок цифровой установки, образцовый преобразователь код-напряжение, блок сложения напряжений, нелинейный элемент, коммутатор, генератор шума, контролируемый аналого-цифровой преобразова3 85176 тель, генератор импульсов, блок управления, блок сравнения кодов, делитель частоты, регистр, реверсивный счетчик и ключевой элемент (2).

Недостатком данного устройства

5 является то, что измерение начальных моментов 1-го и 2-го порядков случайной погрешности аналого-цифровых преобразователей происходит в два раздельных цикла. Это приводит по срав- 10 нению с одновременным вычислением этих моментов к увеличению времени измерения и погрешности. Кроме того, наличие в формуле для измерения 2-го момента. значений, измеренного на 15

1-ом цикле 1-го момента, также не позволяет получить высокую точность;

Цель изобретения — повышение точности и уменьшение времени измерения начальных моментов первого и второго

20 порядков инструментальной погрешности аналого-цифровых преобразователей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения .характеристик случайных погрешностей анало25 го-цифровЫх преобразователей, содержащее блок цифровой установки, выход которого соединен со входом образцового преобразователя код-напряжение

-и с первым входом блока сравнения кодов, второй вход которого со цинен с выходом контролируемого аналогоцифрового преобразователя, при этом суммирующий и вычитающий входы ре35 версивного счетчика соединены с выходами блока сравнения кодов, а выход генератора импульсов соединен с за- . пускающим входом контролируемого аналого-цифрового преобразователя и

40 с входом делителя частоты, первый вход которого соединен со входом блока управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами генератора импульсов и ревер- 45 сивного счетчика, кроме того, выход управляемого генератора шума через нелинейный элемент соединен с первым входом коммутатора,, выход которого .соединен с первым входом блока слоS0 ,.жения напряжения, второй вход которого подключен к выходу образцового преобразователя код-напряжение, а выход — ко входу контролируемого анапого-цифрового преобразователя, ввеSS дены переключатель, второй реверсивный счетчик и инвертнрующий усили тель, вход которого соединен с выхо" дом нелинейного элемента, а выход—

4 4 со вторым входом коммутатора, причем входы переключателя соединены с выходами блока сравнения кодов, а коммутируемые выходы — с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с выходом блока управления, при этом второй выход делителя частоты соединен с управляющими входами переключателя и коммутатора, а управляющий вход управляемого генератора шума соединен с выходом генератора импульсов.

Измерение начальных моментов пер- ного m и второго m g порядков слу4 чайной погрешности АЦП производится в один цикл. Причем в перном реверсивном счетчике. накапливается результат, пропорциональный значению m, а но втором — результат, пропорциональный значению m . Необходимые в прототипе дополнительйые вспомогательные операции в данном устройстве отсутствуют.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 — рисунок, поясняющий работу устройства.

Устройство содержит блок 1 цифровой установки, образцовый преобразователь 2 код-напряжение, блок 3 сложения напряжений, контролируемый аналого-цифровой преобразователь 4, блок

5 сравнения кодов, первый реверсивный счетчик 6, генератор 7 импульсов, делитель 8 частоты, устройство 9 управления, управляемый генератор 10 шума, нелинейный элемент 11, коммутатор 12, инвертирующий усилитель 13, переключатель 14. второй реверсинный счетчик 15 °

Блок 1 цифровои установки, определяющий точку шкалы контролируемого аналого-цифрового преобразователя 4, соединен с входом образцового преобра» зователя 2 код-напряжение и с первым входом блока 5 .сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом контролируемого аналого-цифрового преобразователя 4, а выходы соединены с суммирующим и вычитающим входом первого реверсивного счетчика 6. Выход генератора 7 импульсов соединен с запускающим входом контролируемого анаЛого-цифрового преобразователя и с входом делителя 8 частоты, первый выход которого соединен с входом, устройства 9 управления, управляющие

;выходы которого соединены с управA+0 д р у j g j A

О, ill>A со®=

2N

Я Sf jb. -+(-q ) p„)

5 851764 6 ляющими входами генератора 7 импуль- С помощью инвертирующего усилителя сов и первого реверсивного счетчика 13 из шума V формируют шум V =1/ с

Г

6. )правляющии вход генератора 10 плотностью распределения равной шума соединен с выходом генератора 7 (фиг.2,б) импульсов, а выход через нелинейный 5 . " )Ч f À

1 элемент 11 соединен с первым входом в(ч) = коммутатора 12, выход которого соеди- о, / v(>А нен с первым входом блока 3 сложения Коммутатор 12 подключает ко входу напряжений, втоРой вход котоРого блока 3 сложения напряжений шум / соединен с выходом образцового и еобД Р Ц в го преоб" 10 в виде напряжения в нечетные такты д а ряжение, а выход запуска (дискретизации) АЦП 4 и шум (1/ в четные такты запуска. Управление цифрового преобразователя 4. П ичем

ФР р р т ля 4. Причем работой коммутатора 12 осуществляетвход инвертирующего усилителя 13 ся сигналом с второго выхода делитесоединен с выходом нелинейного эле- 15 ля 8 ча частоты. мента 11, а выход — с вторым входом напряжение шума V (или V ) в коммутатора 12, управляющий вход ко сумме с напряжением Ч =ц(Н 0 5) торого соединен с вторым выхо ом с тоРым выходом де- где q — ступень квантования АЦП 4, — код, соответствующии номеру теля 8 частоты соединен также с 20 контролируемой точки его шкалы, изуправляющим входом переключателя 14, меряется контролируемым аналого-цифвходы которого соединены с выходами ровым преобразователем 4. Резульблока 5 сравнения кодов, а коммути- таты измерения Щ в виде кода руемые выходы с сумми ующим и вычиумм Рующнм H Bb&H, Н сравниваются блоком 5 сравнения тающим входами втоРого РевеРсивного 25 кодов с контрольным кодом Н. При счетчика 15, установочный вход которо- этом на первом выходе блока 5 появго соединен с вьжодом устройства 9 ля ляется импульс, если значение Нi больше или равно значению Н, а на управления.

Устройство для измерения начальных втором выходе — в противном случае. моментов 1-ro и 2-ro пор дков Случай- 30 Результа сравн н к езультаты сравнeíèÿ кодов "i можной погрешности АЦП работает следую- но описать знаковой функцией щим образом.

В исходном состоянии на блоке циф- Z""8 и(а--1/. ровой установки 1 набран необходимый код (H ) номера точки шкалы контроли- эу « ФЫ 1 . -Ч """ "1 "Н руемого аналого-цифрового преобразователя 4. При подаче сигнала "Пуск" блок 9 управления устанавливает нер- где Ь1; - значение инстРУментальной вь!й реверсивный счетчик 6 в нулевое погрешности АЦП в 1.м такте д скресостояние, а второй Реверсивный счет- 40 тизации чик 15 в состояние, соответствующее Переключатель 14 по сигналам с максимальному числу М, которое может второго в да де теля 8 частоты быть подсчитано этим счетчиком. За- соеДннЯет в нечетные такты Дискретитем блок 9 управления включает гене- заЩ и первый выхоД 6aoma сумми ратор 7 импульсов, который выдает 45 рующим, à второй выход блока 5 - с импульсы на запуск контролируемого ычнтаюЩим вхоДом второго Реверсив аналого-цифрового преобразователя 4, на каждом такте дискретизации АЦП 4 дискРетизации пеРеключатель 14 пРоизгенератор шума 10 по сигналам с ге- воДит обРатные коммутации, т.е. пер нератора импульсов 7 формирует в ви-, %0 вый выход блока 5 соединяет с вычитаде напряжения очередное значение рав",ющим, а второй выход блока 5 - с сумномерного 1пума, которое с помощью мУРуюЩим вхоДом втоРого РевеРсивного ! нелинейного элемента 11 преобразуется . в шум с плотностью распределения рав- Такии-обРазом, пеРвый РевеРсивный1 ной (фиг.2,а) счетчик 6, усредняя выходной сигнал

z блока 5, находит оценку вида

851764

7 а второй реверсивный счетчик 15 находит, оценку вида

2М „+ .Е (s) в<р (ь;+(-1) ((Ä)+ss, где 2Й вЂ” четное число равное коэффициенту деления делителя 8 частоты по первому выходу и характеризующее объем выборки.

Импульс с первого выхода делителя

8 частоты поступает на вход блока 9 управления, который выключает генератор 7 импульсов. На этом цикл измере" ния моментов первого и второго порядка считается законченным. Число, под15 считанное первым реверсивным счетчиком 6, будет пропорционально значению а первого момента, а число, подсчитанное вторым реверсивным счетчиком 15—

20 значению m2 второго начального момента случайной погрешности д. Действительно оценку математического ожидания сигнала z< можно записать в соответствии с опи ан с ными алгоритмами . 25

+ 1

М fsqP (a-V)+spy (a-v )1 = - 2 (spy(а, .й 3-.1 21-ч

y ) ча(Д21-ч 2 ))1

Аналогичным путем получается выражение для математическо1.о ожидания знаковой функции san { f) s

1 1

А-М1

IA(s$Il(ss- (ц. — —,J ((, ) (1 () Д-1м 6.М1 д М

1 м J (k™s) ss(4s(s(+ — S «s((s+

-А-И11 2-д я

А .

+J oU(L)oLa.

А-111(Учитывая, что сумма (разность) математического ожидания двух величин равна математическому ожиданию суммы, (разности) этих величин, найдем выра.жения для математического ожидания

r суммы и разности знаковых функций

fg -v) и Sgn (a v )

А-И11

Ф(м 11 (a )+sq11(a- V )1= — I (+1„„) °

4-ик(A 1 (1 кщ(д,)д(.д+,) (A)cLL

+А-1в„

А-1и (М ВЯ, ((a-V)-Вс и(д- ч ) 3= —" J(111()

А-111 хЩ ((,)Ц -J(y { g)0{ g

А m1

Полученные выражения при условии

А((3 ():3,2,гдеб() — среднее квадратическое значение случайной погрешности АЦП, можно переписать:

35 В то же время математическое ожидание знаковой Функции sgn (a-V) в общем виде с учетом выражения для плотности распределения шума У (фиг.2,а) и

40 независимости процессов V .и L можно записать

М(Р и(ь-Ю)-.Ъ (д) 9 11(д-ч),с, Дд

Фф 2А

Выполняя необходимые преобразования, окончательно получим:

50 . P-1м

sss(ssp (ss- v>) = — J (h-sss„) (р 1 р- м

А-П(1 д- в А пЧ вЂ” (ать„)ш(11д ь-- Jsss(ss(d(s+Jsss(1gI, ss

-A-м А-Ф

m Д- (, - первый начальный момент.

М (в и(а -д)+вс и (Е -у 7) =

211И, М Щ11 (Ь-Ч)-S%n (a-V 1= +1, Поэтому окончательно можно записать: д . 2N

1я1 2 1,1, Е (Я И(й,; „- /,.;„) 8с и

1М

"(ь;-V2. ))

ХК

2 (sy (ы „»„- V,„„)-sq °

1"-1 (ь „-,))+к, что и доказывает возможность измере ния моментов (01 н m 2 с помощью предлагаемого устройстза.

Так как измерение моментов m< н

m случайной погрешности ЦП осуществляется за один цикл одновременно, то и время, необходимое на измерение при одинаковых объемах выборки

2N-К по сравнению с прототипом, уменьшится вдвое. Кроме того, н выражении для определения второго моменГ та не входит (как это имеется в устройстве-прототипе) измеренное с конечной точностью значения первого

9 85 l 7 момента m . Тем самым повышается точ1 ность измерения второго момента. изобретения

Формула

Устройство для измерения характеристик случайных погрешностей аналогоцифровых преобразователей, содержащее блок цифровой установки, выход которо-10

ro соединен со входом образцового преобразователя код-напряжение и с первым входом блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом контролируемого аналого-цифро- 1s вого преобразователя, при этом суммирующий и вычитающий входы реверсивного счетчика соединены с выходами блока сравнения кодов, а выход генератора импульсов соединен с запускающим вхо- 20 дом контролируемого аналого-цифрового преобразователя и с входом делителя частоты, первый вход которого сое-:, динен со входом блока управления, управляющие выходы которого соединены 25 с управляющими входами генератора импульсов и реверсивного счетчика, кроме того, выход управляемого генератора шума через нелинейный элемент соединен с первым входом коммутатора, 30 выход которого соединен с первым входом блока сложения напряжения, второй вход которого подключен к выходу об64 1О разцового преобразователя код-напряжение, а выход — ко входу контролируемого аналого-цифрового преобразователя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени измерения начальнь;х моментов первого и второго порядков инструментальной погрешности ана.— лого-цифровых преобразователей, введены переключатель, второй реверсивный счетчик и инвертирующий усилитель, вход которого соединен с выходом нелинейного элемента, а выход — со вторым входом коммутатора, причем входы переключателя соединены с выходами блока сравнения кодов, а коммутируемые выходы — с суммирующим и вычитающим входами второго реверсивного счетчика, установочный вход которого соединен с выходом блока управления, при этом второй выход делителя частоты соединен с управляющими входами переключателя и коммутатора, а управляющий вход управляемого генератора шума соединен с выходом генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l.Àâòîðñêîå свидетельство СССР

Р 319065, кл.Н 03 К 13/02, 08.06.70.

2.Авторское свидетельство СССР

У 690625, кл.Н 03 К 13/02, 04.07.77.