Способ калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности калибровки линейности одноквадрантных и двухквадрантных ЦАП, Цель изобретения достигается за счет того, что погрешность линейности определяется по п формуле ПЛ| Т а Ј|, где а 0,1, а i 1 Ј| д HI (1 -f 1) + + 2(п-1)- -д нп а значение дн находят из выражения дп 2, (A2j - AIJ )/m - qH 1 1 где AIJ - первая разность, измеренная при включении j-ro разряда ЦАП, Agj - вторая разность, измеренная при включении всех младших разрядов относительно j-ro, дн - номинальное значение кванта. 1 ил 1C

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц5 Н 03 M 1/10

ГОСУДАРСТВЕ ННЪ|Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

| р(п — 1) — | .д или

00(OQO — ----- Ц Е

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4730264/24 (22) 18.09.89 (46) 15,08.92. Бюл. М 30 (71) Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов (72) Г.С.Власов, А,П.Воронов и Г.П.Шлыков (56) Авторское свидетельство СССР

М 1051702, кл. Н 03 М 1/10, 1982.

Авторское свидетел ьство СССР

М 1317657, кл. Н 03 M 1/10, 1987, (54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИНЕЙНОСТИ

ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к измеритель-. ной технике и может быть использовано для калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности калибровки линейности одноИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП} в процессе контроля точностных параметров, Цель изобретения — расширение области применения за счет возможнос ги калибровки линейности одноквадрантных и двухквадрантных ЦАП.

На чертеже представлена схема устрой. ства, реализующего данный способ.

Устройство содержит источник 1 опорного напряжения. задатчик 2 кода, инвертор

3, цифровой измерительный вольтметр 4, переключатель 5, делитель 6 напряжения, устройство 7сопряжения с ЭФВМ (контроллер), микроЭВМ 8, входная клемма 9, выход Ж 1755373 А1 квадрантных и двухквадрантных ЦАП, Цель изобретения достигается за счет того, что погрешность линейности определяется по и формуле ПЛ| = а|@, где а = 0,1, а

| =1

Е| = HI + H(1+1) + а значение дн| находят из выражения дм! =, {Л2) Л)) )/m — )) ! =1 где Л11 — первая разность, измеренная при включении j-го разряда ЦАП, hate — вторая разность, измереннаЬ при включении всех младших разрядов относительно j-го, {1н— номинальное значение кванта. 1 ил. ная клемма 10, выходная шина 11, калибруемый ЦАП 12.

Способ калибровки линейности ЦАП реализуется следующим образом.

Представим модель преобразования некоторых кодов в виде:

0 0 f 000 u+ +E.3 5 6

0 0 00(-----q+U+E i E,6

0003 3 f — — -- — -q+U+E, +F с

5 6

1755373 (5) По аналогии для остальных, полученных

10 на основных кодах преобразования, запйшем:

25 где дн — погрешность дифференциальной нелинейности в данной (основной или разрядной) точке преобразования.

Весовые абсолютные погрешности од30 нозначно определяются из следующей системы уравнения;

1= и, 4,1 2 3и,+ Уи,k -g

35 ;+ н(+ )+----+ < и„ -1 и(- )

E.-g-,,п1и g-()-О.

40 (nt1) =

Ц+ ЕЗ вЂ” Е4 — Е5 — Е6 (4) не зависит от напряжения компенсации(-В), высокая стабильность которого должна быть поддержана лишь нэ время получения информации о значении указанных аналоговых эквивалентов, Таким образом, если между двумя измерениями аналоговых эквивалентов кодов

001000 и 0000111, компенсирующая величина -В сохраняет свою стабильность, то разность соседних аналоговых эквивалентов можно измерить с высокой точностью путем снижения диапазона измеряемых аналоговых величин (перевод измерителя в режим, например, микровольтметра) в область со- 5 измеримую с квантом преобразования.

Выразим значения локальных погрешностей дифференциальной нелинейности (ГОСТ 24736-81) как разницу реального (2) и () где и — количество разрядов поверяемого

ЦАП;

45 i — текущее значение поверяемого разряда, Нелинейность и локальная погрешность линейности;

ПЛ =- a> е, ИН

i=1 ин=, (в> где V — идеальное значение выходного напряжения, полученное от включения третьего разряда шестиразрядного кода 0001000 (количество разрядов выбрано произвольно), е1 — весовая абсолютная погрешность

i-го разряда калибруемого ЦАП;

q — номинальное (теоретическое) значение кванта преобраэовМния.;

Если часть модели (1) справа от стрелки (знак преобразования) назвать аналоговым эквивалентом йреобразуемого кода, то разница таких аналоговых эквивалентов кодов, как 001000 и 000111 из (1) равна: (\I+ ез)-(-q+V+ ел+ е5+ еб) = и представляет собой действительный (реальный) квант данной точки характеристики преобразования между кодами 000111 и

001000.

Модель частичной или полной компенсации аналоговых эквивалентов кодов

001000 и 000111 дополнительным опорным сигналом имеет вид:

Ев

00< 000 — --- (l+ +

ЕвЕ,Ев

000 1 (1 — — — — - -$+U E< 5 e а разница таким образом скомпенсированных аналоговых эквивалентов (V+ Ез - В )-(-q+V+ 4+ Е+ Еб - В) =(4) значения кванта преобразования и теоретического НЗ=Ц+ <3 A Ю á q =

3„,= Е,-Е -(-з- +- 5-Kq

3и = Е -EE@-Eq.-E5 — Ед ) Н, = Е- 3 - - Ф - 5 - 6, 1755373

Любая техническая реализация стабильной дополйительной опорной меры напряжения (-В) имеет определенные ограничения, Так, например, стабилйтронь, типа КС191, 2С108 низкочастотный дрейф 5 со спектром менее 1 Гц и размахом в десят-. ки микровольт. Такой дрейф не может быть полностью подавлен входными фильтрами измерительных приборов. Поэтому с целью повышения точности измерения параметра " 10 д, ) необходимо выполнить статическую об.I работку m произвольйо выбранных независимых измерений:

При этом; как следует из статической -теории измереййй, точность измеренйя па- 15 раметра дн) можно повысйть в Г раз . Если согласно выражению (4) представленные в скобках разности выразить вели- чинами Л1) и Azi, то в качестве дн) можно 20 выбрать более адекватную модель:

П)

Bill g (j)zj — Aц ) т — ан. (9) где Л11 — первая разность между соответст25 вующим аналоговым эквивалентом кода и дополнительным опорным сигналом — В;

hei — вторая разность между соответствующим аналоговым эквивалентом смежно- 30

ro кода и дополнительным опорным сигналпги -В;

m — количество измерений в i-й точке преобразовайия.

УстРойство, Реализующее предложен- 35 ный способ, работает следующим образом:

МикроЭВМ 8 через контролер 7 устанавливает переключатель 5 в положение, соответствующее формированию на выходе 4 управляемого делителя 6 опорного сигнала, с полярностью выходного сигнала калйбруемого ЦАП 2 в основном квадранте преобразования, Далее, микроЭВМ 8 через . задатчик 2 кодов, представляющий собой 45 набор регистров, подает на ЦАП 12 едийич-. ные коды N, а через контролер 7 на управляемый делитель 6 напряжения код, вырабатывающий на выходе делителя 6 .. компенсирующий аналоговый зквйвалент—

В, Компенсирующий аналоговый эквивалент -В может отличаться по абсолютному значению от выходного сигнала калибруемого ЦАП, т.е. можно выполнять компенсацию не до полного уравновешивания, а с 55

:некоторой точностью укладывающейся в диапазон нижнего предела измерения вольтметра 4. Так, например, вольтметр Щ31 на пределе измерения 100 MB имеет высокую разрешающую способность, равную 1 мкВ, Недокомпенсация путем регулировки опорного делителя 6 в 90 мВ позволяет иэмери-,ь локальное значение дифференциальной нелинейности в диапазоне близком 10 мВ что с допуском в пять и более раз, для ЦАП имеющих более 12 разрядов, превышает квант преобразования. Вольтметр 4 измеряет первую Разность Л ) и вырабатывает сигнал окончания измерения, который фиксируется койтролле)ром 7, ЭВМ 8 опрашива-. ет контроллер 7 и после поступления в него сигнала "окончание йэмерения" записывает в память значение Л1), После этого, ЭВМ8 подает через задатчик 2 кода смежный код (-1), вольтметр 4 измеряет вторую разность

hei. После поступления второго сигнала

"окончание измерения на контроллер 7, происходит перепись в ЭВМ8второй разности Л)), Дал ее, микро Э В М 8 вычисл яет согласно выражению (9) значения д ) находит абсолютные весовые погрешности е) иэ (7) и вычисляет иэ (8) значения нелинейности, Градуировка характеристики преобразования согласно значений ПЛ (8) отражает поставленную цель калибровки нелинейности ЦАП по шкале преобразования.

Предложенный способ позволяет исключить из результата измерения погрешность смещения нуля кОнтролируемого

ЦАП, так как величина смещения нуля преобразователя войдет в параметр -В согласно уравненйя (4) и в дальнейшем исключается при вйчислении согласно (9), Согласно предложенному способу можно осуществлять калибровку линейности одно и двухквадратных ЦАП, а также умножающих прецйэионных серии 427.

Формула изобретения

Способ калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей, заключающи9ся в последовательном для всех его и разрядов измерении первой разности меж:ду выходным сигналом калибруемого цифроаналогового преобразователя при подаче йа его вход соответствующего единичного кода и соответствующим дополнительным сигналом и измерении второй разности между выходным сигналом калибруемого цифроаналогового преобразователя при подаче на его вход соответствующего кода и тем же дополнительным сигналом, формировании третьей разности, запоминании полученных значений первой, второй и третьей разностей, определении весовых погрешностей разрядов e) калибруемого цифроаналогового преобразователя и определении результатов калибровки по формулам

1755373 цифроаналогового преобразователя с последующий их запоминанием, третью разность дн1 формируют как

flfll = а rl.

l =1

ИН - Е

l=1 дн =g (Лг — ЛИ )/m — Он, где Ьц и hei — первая и вторая разности соответственно;

qH — номинальное значение кванта, где flfll — пОгРешность линейности в 1-й точ- а весовые погрешности разрядов калибруеке характеристики преобразованйя: мого цифроаналогового преобразователя а1 - (0,1) - значения соответствующего определяют из системы уравнений разряда для соответствующего кода;

ИН, ИН вЂ” подожительные (огтрицателц 20 ные) значенйя интегральной нелинейности, при этом полярность дополнительного сиг: нала устанавливают соответствующей полярности . основного квадранта преобразования калибруемого цифроанало- гового преобразователя, отл и ч а ю щи и с я тем, что, с целью расширения области применения путем калибровки линейности ьдноквдрангтных, двухквадрантйых цифроа, налоговых преобразователей при-последо. вательном измерении первой и второй разностей. осуществляют (m-1)-е дополнительное измерение первой и второй разноcteA для всех и разрядов калибруемого

,- н+4+24 н,+...+ " н„ (в-1)-i e

Е = Н, fg(i 1+ " t 2 ОНл 1

Ф =.-,-4(.-,, 4.! nm ? n

25 . при этом соответствующий код при измере-. нии второй разности выбирают как единич-. ный во всех младших разрядах относительно i-го.