Главная -> Книги

(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) ( 47 ) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73) (47)

единый подход к оценке динамических параметров АЦП отсутствует, наиболее распространенными методами оценки быстродействия АЦП являются: методы с использованием вспомогательного ЦАП; методы быстрого преобразования Фурье; методы, основанные на построении гистограмм выходных кодов (число эффективных бит) с последующей их обработкой; методы основанные на непосредственном измерении одного из важнейших параметров АЦП, определяющих быстродействие АЦП (время преобразования отдельных его составляющих, отношение сигнал-шум, шум мощности, апертурное время, апертурная неопределенность, амплитудно-частотная характеристика и т. д.).

Большую трудность представляет собой выбор метода, преимущественно характеризующего динамические свойства АЦП. Практика показывает, что в каждом конкретном случае применения АЦП число динамических параметров и методы их измерения зависят от структуры АЦП и решаемой ими конкретной задачи. Далее будут рассмотрены конкретные методы измерения и построения измерителей основных динамических параметров АЦП, используемые при выходном контроле АЦП с конкретной аппаратурной реализацией.

6.3.1. ИЗМЕРИТЕЛИ ВРЕМЕНИ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АЦП

Время преобразования состоит из двух основных составляющих: времени цикла кодирования и времени задержки запуска. В зависимости от конкретной структуры АЦП, уровня и стадий производства (разработка, серийный выпуск, входной контроль и т. д.) время преобразования измеряется разными методами и различными средствами измерения.

На рис. 6.5 приведены схемы измерения времени преобразования (а также основных его составляющих) АЦП с внешним и без внешнего запуска, имеющих и не имеющих сигнал окончания преобразования [37, 58, 59]. Источником сигнала является эталонный ЦАП, выходное напряжение которого непосредственно или через ключ, формирующий необходимый фронт импульса, подается на измеряемый АЦП. Цифровое устройство сравнения служит для контроля погрешности преобразования. Частотомер или измеритель временных интервалов (ИВИ) предназначен для измерения интересующих временных интервалов. Регулируемая линия задержки предназначена для определения момента окончания преобразования (в преобразователях, не вырабатывающих импульсы конца преобразования) и измерения времени преобразования.

Интерес представляет измерение времени задержки запуска (рис. 6.6) [47]. В ней на вход измеряемого АЦП через быстродействующий ключ подается сигнал от образцового калибратора с амплитудой, близкой к верхней границе диапазона входных сигналов. Длительность выходных импульсов ключа несколько превы-



Контроль погреШнооти

Эталонный ЦАП

---, {Измеряемый АЦП

Запуск

Контроль поарешности

Цифровое устройство сравнения

Эталонный ЦАП

I---1 Изме-

-\ключ\

ряе-мый АЦП

Частотомер

или измеритель временных интервалов

Запуск

Линия задержки

Цифровое

-V устройство сравнения

Частотомер

или измеритель временных интервалов

Измерение задержки

V Рис. 6.5 Схемы измерения времени преобразования АЦП:

о-с наличием импульса конца преобразования; б - при отсутствии импульса конца преобразования

шает время, равное сумме времени преобразования и максимального времени задержки. Изменяя время задержки линии и фиксируя код, при котором приращения погрещностей по отношению к первонач-аль-ному его значению достигают определенного значения, определяют минимальное время задержки запуска.

Сравнительно простую реализацию и высокую производительность проверки времени преобразования АЦП параллельного типа обеспечивает устройство, структурная схема которого приведена на рис. 6.7 [62]. В нем производятся проверка функционирования и измерение времени преобразования при высоких скоростях изменения входного напряжения и тактовой частоты. Для этого на входы измеряемого АЦП поступают входные и стробирующие импульсы, имеющие определенные частоты повторения и задержку. После выборки выходные коды с помощью стробимпульса записы-

Код числа а II

Одраацовый калибратор

Ключ

Г=нератор

Измеряемый АЦП

Цифровой -\Лкомпаратор

Регулируема линия задержки

Влок компенсации системати ческой составляющей

блок оценки приращения

Рис. 6.6. Схема измерения времени задержки запуска



генератор ГИ

Формиро ват ель стровимпульсов

Измеритель временных интервалов

Формирователь

Измеряемый

Регистр

вховноао сигнала

огичвокое устровстдо

Рис. 6.7. Схема измерения времени преобразования и проверки функционирования при высоких скоростях изменения входного напряжения и тактовой частоты

ваются в регистрирующее устройство и далее поступают на логическое устройство. Логическое устройство анализирует соответствие зафиксированного кода с заданным и выдает информацию о годности измеряемого АЦП (более подробное описание этого принципа измерения дано в § 6.4). Амплитуда входных импульсов должна быть такова, чтобы перекрыть весь диапазон входных напряжений АЦП. При этом выходной код принимает значение ООО ... ООО или 1П ... 111. По каждому выходу измеряется время задержки и максимальное его значение определяет время преобразования tc = = l/fa + 4max, где 4max - максимальное время задержки.

Функциональный контроль АЦП заключается в проверке отсутствия пропуска кодов АЦП при монотонно изменяющемся (с определенной, нормированной скоростью изменения) входном сигнале и максимальной частоте тактовых импульсов. Для более простой аппаратурной реализации в качестве тактовых импульсов используются пачки импульсов. Скорость изменения пилообразного напряжения, подаваемого на аналоговый вход измеряемого АЦП, выбирается исходя из быстродействия АЦП (скорости изменения синусоидального напряжения при определенных значениях амплитуды около точки перехода ее через нулевую линию [63]), оцениваемого на максимальной частоте входного сигнала.

Для определения динамических характеристик АЦП (особенно для их исследования) щироко применяются методы измерения, основанные на восстановлении входного сигнала с помощью образцового ЦАП [6, 17, 20, 60]. Обобщенная схема такого устройства приведена на рис. 6.8, Разрядность сверхбыстродействующего ЦАП должна значительно превышать разрядность измеряемого АЦП. Быстродействие вспомогательного ЦАП должно быть больше измеряемого. Он должен обеспечить неискаженное восстановление входного, чаще всего синусоидального, с предельным для измеряемого АЦП



(0) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12) (13) (14) (15) (16) (17) (18) (19) (20) (21) (22) (23) (24) (25) (26) (27) (28) (29) (30) (31) (32) (33) (34) (35) (36) (37) (38) (39) (40) (41) (42) (43) (44) (45) (46) ( 47 ) (48) (49) (50) (51) (52) (53) (54) (55) (56) (57) (58) (59) (60) (61) (62) (63) (64) (65) (66) (67) (68) (69) (70) (71) (72) (73)