гsHepamop /года

Измвряе-мый АЦП

Цифровой компаратор

Рис. 6.1. Схема измерения с опорным ЦАП

Рис. 6.2. Усовершенственная схема измерения с опорным ЦАП

Индикаторное ротройство 1

Г°нератор импульсов

Счетчик импульсов 7

Опорный ЦАП

Цифровой

измеряе- .ТоГпара- мый АУП rriop А-В

Счетчик импульсов 3

i ЭВМ i

I I

Компаратор

напряжения i-i , ,

/ I Индикаторное

устройство Z

Компаратор на/7рям-вния\-л

Формирователь импульсов

Формирователь импульсов

ряда невозможно. Этот метод применяется только для ориентировочной оценки работоспособности АЦП.

Для повышения разрешающей способности необходимо использовать ЦАП, число разрядов которого больше, чем АЦП (рис. 6.2).

В начальный момент первый и второй счетчики импульсов установлены в нуль, а третий - в единицу. После запуска генератора первый и второй счетчики подсчитывают число поступающих импульсов, что приводит к изменению выходных напряжений опорного и вспомогательного ЦАП. Число разрядов опорного ЦАП на 4-6 больше числа разрядов измеряемого АЦП, поэтому на входе АЦП напряжение меняется относительно плавно. За каждый период сигнала измеряемый АЦП должен производить не менее одного преобразования. После некоторого числа импульсов напряжение опорного ЦАП станет равным первому уровню квантования измеряемого АЦП и на его выходе появится код, равный значению кода третьего счетчика. В этот момент цифровой компаратор выдает сигнал А=В, по которому генерация импульсов прекращается. Число импульсов, зафиксированное в данный момент вторым счетчиком, пропорционально напряжению смещения нуля. Затем второй счетчик устанавливается в нуль, а третий - увеличивает свой код на единицу. При этом выходной сигнал цифрового компаратора А=В запускает генератор. После определенного числа импульсов напряжение опорного ЦАП станет равным второму уровню квантования и коды на входах цифрового компаратора опять совпадут, что вызовет прекращение генерации. Число импульсов, зафикси-

рованное в данный момент вторым счетчиком, пропорционально ступени квантования, а отклонение его от номинального значения - дифференциальной нелинейности. С помощью вспомогательного ЦАП это число преобразуется в напряжение, и компараторами проверяется, находится ли оно в допустимых пределах. Результат проверки передается во второе индикаторное устройство. В даль-нейщем процесс повторяется до окончания проверки всех возможных кодовых комбинаций или останавливается при такой комбинации, которая у измеряемого АЦП отсутствует, т. е. фиксируется отсутствие кода, значение которого отображается первым индикаторным устройством.

Таким образом, по окончании цикла работы устройства будут проверены дифференциальная нелинейность и отсутствие пропуска кодов.

Если предположить, что по - число и.мпульсов, зафиксированное вторым счетчиком во время первого такта работы, т. е. до появления первого заданного кода, п\ - число импульсов второго такта, П2 - третьего такта и т. д., N - число возможных значений кода измеряемого АЦП, то дифференциальная нелинейность [ЕМР] в г-й точке ХП

6л = («,-«)А. где «=(2

1 = 1

Если опорный ЦАП имеет значительно меньшую нелинейность, чем измеряемый АЦП, то по данному методу возможно определить и нелинейность. Для этого необходимо зафиксировать результаты подсчета импульсов первого счетчика в моменты появления нового кода на выходе измеряемого АЦП и произвести соответствующий расчет. Легко заметить, что первый и второй счетчики подсчитывают одни и те же импульсы. Отличие заключается в том, что второй счетчик ведет счет в пределах ступени квантования. Результат первого счетчика всегда можно рассчитать путем суммирования результатов второго, соответствующих предыдущим ступеням квантования. Поэтому на ЭВМ достаточно передавать только результаты второго счетчика. При наличии ЭВМ вспо.могательный ЦАП, компараторы напряжения и второе индикаторное устройство могут отсутствовать. Необходимо отметить, что при этом может быть достигнуто большее быстродействие системы в режиме ГОДЕН-БРАК (только для оценки дифференциальной нелинейности). .

Нелинейность [ЕМР] может быть рассчитана по формуле

=(2 «,-fe«-«o)/"

Данная формула соответствует аппроксимации характеристики пре-

1.39

образования по конечным точкам и оценке отклонения от прямой линии средних точек ступеней квантования.

Устройство отличается простотой и высоким быстродействием, особенно если не требуется проверка нелинейности, поэтому может быть рекомендовано, например, для проверки функционирования на пластинах.

Недостаток устройства в том, что погрешность определения уровня квантования может быть значительной, если измеряемый АЦП имеет растянутую зону неопределенности этого уровня. Для устранения этого недостатка необходимо повысить частоту преобразования измеряемого АЦП. Для этого каждый импульс генератора и тем самым каждый уровень входного сигнала подвергаются многократному преобразованию. По частоте появления сигнала А =В, измеряемого частотомером, подключенным к выходу цифрового компаратора, можно судить о вероятности появления заданного кода при входном сигнале, соответствующем очередной ступеньке ЦАП. Если запретить прохождение сигнала А =В от цифрового компаратора в следующие блоки до тех пор, пока частота появления этого сигнала не станет равной половине частоты преобразования, точность устройства значительно повысится. Найденное таким образом значение уровня квантования будет соответствовать действительному уровню квантования - значению входного напряжения, при котором вероятность появления заданного и предшествующего кодов равна.

61 2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УРОВНЯ КВАНТОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

ИНТЕГРАТОРА

На рис. 6.3 приведена структурная схема устройства для определения параметров ХП АЦП с автоматическим поиском и поддержанием входного сигнала при равной вероятности появления заданного и предшествующего кодов. Устройство работает следующим образом. Генератор кода по команде ЭВМ устанавливает код, для которого необходимо определить уровень квантования. Цифровой компаратор сравнивает текущий выходной код АЦП и код, установленный на выходе генератора. Если значение выходного кода АЦП меньше установленного, цифровой компаратор выдает сигнал А <В, по которому управляющее устройство приводит ключ в положение, увеличивающее входной сигнал. Наоборот, если значение выходного кода АЦП равно или больше установленного, входной сигнал будет уменьшаться. Таким образом, напряжение на входе АЦП будет изменяться по пилообразному закону со случайной амплитудой переменной составляющей, но не превышающей значения, соответствующего зоне неопределенности уровня квантования. С помощью интегрирующего измерительного прибора определяется среднее значение этого напряжения, которое соответствует равновероятностному появлению заданного или пред-