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) (49)

Измеритель среднего квадратического значения

Осциллограф

Генератор -. i- . г-

синусоидального -J- Измеряемый АЦП -zd ЦАП -*- Устранитель вь/вросов напояжвния I--1 \---I L

Осциллограф

Фильтр нижних частот

Вольтметр

Компенсатор €\псс/х

Рис. 6.13. Схема измерения амплитудно-частотной характеристики для большого и

малого сигналов

Аналогичным образом работает устройство (рис. 6.13), позволяющее провести измерения АЧХ как для малого, так и большого сигнала [20]. Для фиксации искажений выходного сигнала при большом сигнале используется осциллограф.

Необходимо отметить, что процесс измерения АЧХ является достаточно трудоемким и не всегда гарантирует работу АЦП на более высоких частотах входного сигнала. В связи с этим измерение АЧХ при выходном контроле АЦП практически не используется.

В ряде случаев, когда АЦП применяется для преобразования и обработки широкополосных сигналов (телевидение, радиолокация, и т. д.), измеряется непосредственный спектр входного кодируемого сигнала. Методика его измерения сводится к преобразованию спектра синусоидального напряжения с частотой, равной частоте кодируемого сигнала, и размахом, равным диапазону его входного напряжения. Критерием работоспособности АЦП является отсутствие пропуска кодов в ХП при заданных частотах тактового и входного сигналов АЦП.

На рис. 6.14 приведена схема проверки функционирования АЦП. Частоты генераторов выбираются исходя из ширины спектра вход-

Гвнвратор формирователь

анапогового сигнала

Измеряемый АЦП

Регистр хранения

Генератор 2

Формирователь ГИ

Визуальный контроль

Схема сравнения кодов

Счетчик импульсов

Влок индикации

Влок управления

Рис. 6.14. Схема проверки функционирования АЦП при заданном спектре входного

сигнала



ного сигнала АЦП, причем они должны иметь автоматическую подстройку частоты, чтобы обеспечить биения между их выходными сигналами, и определенное приращение амплитуды аналогового входного сигнала за один период (десятые доли ЕМР). Для контроля ширины спектра входного сигнала в режиме ГОДЕН-БРАК, как правило, используются кварцованные генераторы (с подстройкой частоты).

6.3.4. ИЗМЕРИТЕЛИ ШУМА АЦП

Шум АЦП во многом определяет его быстродействие и точность преобразования. Сложность измерения шума АЦП по сравнению с измерением шума других четырехполюсников заключается в том, что измеряется не сам шум, а его отклик. В ряде случаев оценка эквивалентного входного шума АЦП производится расчетным путем (измеряются шумы отдельных его узлов). Необходимо отметить, что этот метод дает очень грубую оценку шума и применяется лишь на начальной стадии проектирования АЦП.

Для грубой оценки шума иногда используется метод, при котором на вход измеряемого АЦП подается сумма напряжений постоянного тока и низкочастотного сигнала небольшой амплитуды. С помощью осциллографа наблюдается небольшой участок передаточной характеристики АЦП, по которому и определяется значение шума.

Наиболее важным шумовым параметром АЦП является отношение сигнал-шум, для измерения которого часто используются методы спектрального анализа [20, 60, 61, 151]. Экспериментально доказано, что с достаточной точностью отношение сигнал-шум можно рассчитать по формуле сигнал-шум = 6iV+1,8 дБ, где iV - число разрядов АЦП. Для определения отношения сигнал-шум необходим «чистый» синусоидальный сигнал. Для этого входной (тестовый) синусоидальный сигнал после дополнительной фильтрации (см. структурную схему рис. 6.9) квантуется измеряемым АЦП и анализируется в цифровой или аналоговой форме. По результатам анализа определяются уровень искажения сигнала и шума АЦП. Методы спектрального анализа не позволяют разграничить шумы преобразователя, вызванные нелинейностью ХП, шумами квантования, запоминающего устройства и т. д. Кроме того, при исследовании высокоразрядных АЦП весьма сложной проблемой является получение малошумящего входного синусоидального сигнала.

Широко используются методы измерения шума АЦП, в которых источником входного сигнала служит ЦАП с высокой разрешающей способностью (разрядность ЦАП должна на несколько разрядов превышать разрядность исследуемого АЦП). Сначала устанавливается такое значение входного напряжения АЦП, при котором частота появления двух соседних кодов становится равной. Далее небольшим заданным изменением величины входного напряжения АЦП доби-



ваются одинаковой частоты появления других кодов, и т. д. Зная напряжение входного сигнала, в пределах которого обеспечивается одинаковая частота появления соседних кодов в различных точках характеристики АЦП, можно определить величину шума.

На рис. 6.15 приведена структурная схема измерения шума АЦП при входных напряжениях, незначительно отличающихся от заданного переходного уровня (это обеспечивает наибольшую чувствительность) [152]. В процессе измерения с помощью цепи обратной связи, состоящей из компаратора кодов и интегратора, входное напряжение АЦП поддерживается в окрестностях переходного уровня. Переходный процесс, около которого должно производиться измерение, задается путем подачи соответствующего кода на один из общих входов компаратора. Компаратор производит сравнение заданного кода с кодом исследуемого АЦП, и в зависимости от того, какой из сравниваемых кодов больше, на вход интегратора подается образцовое напряжение любой полярности. Выходное напряжение интегратора, поступающее на вход АЦП, изменяется по пилообразному закону, а знак его изменения поочередно меняется. Точность, с которой поддерживается заданное входное напряжение АЦП, определяется параметрами интегратора (величинами R н С), а также продолжительностью циклов преобразования.

В тех случаях, когда шум отсутствует, входное напряжение АЦП изменяется симметрично относительно переходного уровня и его изменение равно At/. Изменение входного напряжения АЦП при наличии шума принимает случайный характер. Фиксируя закон и величину изменения At/, а также ее частоту, после некоторых математических преобразований можно получить величину шума АЦП [152]. Необходимо отметить, что методы измерения шумовых параметров АЦП являются сравнительно трудоемкими и мало поддаются автоматизации.

Импульс старта

Гwepctmop ТИ

вычитающий счетчик- 7

Вычитающий счетчик 2

Детектор изменения состояния

Измеряемый Alin

Интеаратор

выворки--хранения

Устройство Цифровой

компаратор т-

Опорный код

Коммутатор

Рис. 6.15. Схема измерения шума 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)