Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей

 

Изобретение относится к аналого-цифровой и информационно-измерительной технике. Устройство может быть использовано для исследования и настройки образцов аналого-цифровых преобразователей при изготовлении, а также при выходном и входном контроле изготовителями и потребителями АЦП, На тактовый вход 25 исследуемого АЦП 23, соединенный с входом счетчика 9, поступают импульсы с выхода генератора 13 тактовых импульсов. На аналоговый вход 24 АЦП 17 подается сигнал сумматора б, на первый вход которого подается постоянное напряжение с выхода делителя 8 напряжения. На вход делителя 8 напряжения сигнал поступает с первого выхода генератора 3 пилообразного напряжения, с второго выхода которого сигнал поступает на вход У (вертикальный развертки) осциллографа 4..Выходной параллельный код преобразуется с помощью

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 1-I 03 M 1/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ Й ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1631725 (21) 4818473/24 (22) 23.04,90 (46) 23.08.92. Бюл. № 31 (71) Московский научно-исследовательский институт приборостроения (72) А.M.ÑèìàãèH (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1631725, кл. Н 03 М 1/10, 1989, (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ АНАЛОГОЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к аналого-цифровой и информационно-измерительной технике. Устройство может быть использовано для исследования и настройки образцов аналого-цифровых преобразователей

„„БЫ,, 1757100 А2 при изготовлении, а также при выходном и входном контроле изготовителями и потребителями АЦП, На тактовый вход 25 исследуемого АЦП 23, соединенный с входом счетчика 9, поступают импульсы с выхода генератора 13 тактовых импульсов. На аналоговый вход 24 АЦП 17 подается сигнал сумматора 6, на первый вход которого подается постояййое напряжение с выхода делителя 8 напряжения. На вход делителя 8 напряжения сигнал поступает с первого выхода генератора 3 пилообразного напряжения, с второго выхода которого сигнал поступает на вход У (вертикальный развертки) осциллографа 4,.Выходной параллельный код преобразуется с помощью

"757i00 выхОдного си Гнала счетчика 9 на прео()разователе 1 кода в последовательныЙ кОд, началО KQTopol В си IxpoifN38Top8

11 выравнивается .. началом с11 нала с формирователя 10 импульса запуска, ll8 ВхОд KQTopol 0 пОступа10т сиГналы с выхоДа сч6тчика 9. Импульсный сиГнал с первого вь1хода синхронизатора запускает горизонтальную развертку осциллографа. Сигнал с Второго Выхода синхронизатора.1 "1 усиливаетсл в преобразователе 12 напряжений и подаетсл í:I вход Z подсвета осциллографа 4, ИзобраИзобретение относитсл к аналого-цифровой N информационно-измарительной технике и является усовершенствованием устройства по авт.св. N 1631725.

УстройстВО М014(8т быть использОвано

ДлЯ исслеДОван ия и настпойки Образц("В аналого-цифровь1Х преобразователей {АЦП) и ри из ГОтовл8 ь! ии, а также при Выходном и

ВХОДНОМ КОНТРОЛ8 ИЗГОТОВитеЛЯМИ И ПОТР6 бителями АЦП. Известно устройство контроля анаг1огоцифровых преобразователей, содержащее преобразователь параллельного кода в последовательный, перВые Входы KQToporo лвляютсл первыГли входами устройствами, генератор пилообразного напряжения, Г1ерВЫЙ ВЫХОД КОТОроГО ГIОДКЛЮЧВН К П8РВОМУ входу осциллографа, источник напряжения, рыход которого подключен к первому входу

Сумматора,. выход которсчо являетсл первым выходом устройства, делитель напряжения, счетчик, формирователь импульса запуска, синхронизатор, преобразователь напряжений и генератор TGKTQBbix импульСОВ, ВЫХОД КОТОРОГО СО8ДИНВН С ВТОРЫМ BblХОДОМ УСТРОЙСТВа, С П8РВЬ1М ВХОДОМ синхронизатора и входом счетчика, выходы - которОГО подключены к Вторы(м входаM пр6образователя параллельного кода в последовательный и входам формирователл импульса запуска, Выход которого соедин 8н с ВтОрым входом синхр01lиЗатора, третий вход которого подкл1очен к выходу преобразователя параллельного кода

В ПОследовательный,. первый ВыхОд к

BTopoMJ входу ОсциллоГрафа, ВтОрОЙ выход генератора пилообразного напряжения соединен с первым входом делителя напряжения, второй вход которого является вторым ВхОдОм устрО lcTB8, а Выхбд пОд" ключен к Второму Входу сумматора, третий

ВХОД УСТРОЙСТВа СОВДИНен С ВХОДОМ ИСТОЧника напряжения. жение на экране осциллографа 4 представляет собой растровое изображение, в котором Одновременно содержится информация как о p83p8108101 способности АЦП при нескольких соседних кодовь1Х комбинациях, Т8К и 0 значениях этих комбинаций, Отдельный I;QHтрольный разряд, образую1цийся на

3 I(p8 Н8 Ос цилл ОГра фа 4 с пОмОЩью бл 0ка 20 масштабиоОВаниЯ, компаратора

17, ко;"лмутатора 18 и мультиплексора i9, позволлет постоянно контролировать работоспосООность jjcTpoйlства, 2 ил.

Недоста1ком известного устройства является HNBiK8ÿ gfocTQBepfiocb из-38 отсутствия сигнала о исправности самогÎ устройства, т.с. при полу -Г811ии на вь1ходе исследуемоГО АЦП сигналов, не соответстВующих llpBBNльным, Возникает вопрос О исправности самого устройства контроля

{118пр1лмер, отсутствии сбоев в цифровых узлах, а также о уровне собственных шумов

УСТРОЙ СТ В 8).

Цель1о изобретения является повышеНИЕ ДОCTOBCPНОСТИ И TOЧНОСТИ, Поставленная цель достигается тем, что в устройство введень компаратор, коммутаТор, мультиплексор и блОк масштабирова нил, вход которого соединен с выходом источника напрлженил, а выход — с первым входом компаратора, второй вход которого является общей шиной, выход компаратора соединен с информацион11ым Входом

Koммутатора„первые выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными Входами мульти Г1лексора, Вторые информационные входы которого

ЯВЛЛ1ОТСЯ COÎTP81СТВУЮ11 ИМИ ПЕРВЫМИ ВХОДными шинамN Выходы мультипле:<сора с08 ди 18llbl с соотватстьующими первыми

Входами преобразователя параллельного кода в последовательный, третий ВхОд l

cx6i48 и р6дл Ох<8 н но Го устройстВа, на фиг, 2 — теневое изображение выходного тока АЦП и контрольного разряда на экране осциллогрaфа, илл1острирующее принцип построения изображения с использованием модуляции луча flo яркости, Устройство контролл аналого-цифровых преобразователей copCpMNT flpGot3p8 0881757100 тель 1 параллельного кода в последовательный (ПК), входы 2 являются первыми входами устройства, генератор 3 пилообразного напряжения, осциллограф 4, источник 5 напряжения, сумматор 6, выход которого 5 является первым выходом 7 устройства, делитель 8 напряжения, счетчик 9, формирователь 10 импульса запуска, синхронизатор

11, преобразователь 12 напряжений (ПН) и генератор 13 тактовых импульсов, выход ко- 10 торого соединен с вторым выходом 14 устройства, с первым входом синхронизатора

11 и входом счетчика 9.

Выходы счетчика 9 подключены к вторым входам преобразователя 10 импуль- 15 са запуска, выход которого соединен с вторым входом синхронизатора 11, Третий вход синхронизатора 11 подключен к выходу преобразователя 1 параллельного кода в последовательный. Первый выход синхро- 20 низатора 11 соединен с вторым входом осциллографа 4, а второй выход через преобразователь 12 напряжений с третьим, входом осциллографа. Первый выход генератора пилообразного напряжения подклю- 25 чен к первому входу осциллографа 4, второй — к первому входу делителя 8 напряжения.

Второй вход делителя напряжения является

BTopblM входом 15устройства, а выход делителя 8 напряжений подключен к второму 30 входу сумматора 6. Третий вход 16 устройства соединен с входом источника 5 напряжений, Выход компаратора 17 подключен к информационному входу коммутатора 18, выходы которого подключены к первым ин- 35 формационным входам мультиплексора 19, вторые входы которого являются соответствующими первыми входными шинами 2 устройства, а выходы подключены к первым входам преобразователя 1 параллельного 40 кода в последовательный. Третий вход преобразователя 1 подключен к второму выходу коммутатора,1 8.

Вход блока 20 масштабирования соединен с выходом источника напряжения, 45 а выход — через компаратор 17 с входом коммутатора 18. Управляющие входы коммутатора 18 и мультиплексора 19 являются соответственно четвертым 1 и пятым 22 Входами устройства, 50

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый АЦП 23 подключается с помощью входной шины 24 аналогового 55 сигнала к выходной шине 7 устройства, с помощью входной шины 25 тактовых импульсов — к выходной шине 14 устройства, Шины 26 выходного кода АЦП 23 соединяются с входными шинами 2 устройства, Предложенное устройство работает в двух режимах; "Работа" и "Контроль", В режиме "Работа" по сигналу с шины

22 мультиплексор 13 подключает входы 2 устройства к входам преобразователя 1 параллельного кода в последовательный.

Контроль и измерение параметров (разрешающей способности и дифференциальной нелинейности) АЦП 23 осуществляется по растровому изображению на экране осциллографа 4. На экране осциллографа 4 с помощью специальной развертки и модуляции яркости луча создается растровоe изображение, в котором одновременно содержится информация как о разрешающей способности АЦП 23 при нескольких соседних кодовых комбинациях, так и о значениях этих комбинаций, Измеряемая величина разрешающая способность) отображается геометрически — высотой определенного элемента изображения, что облегчает срав нение соседних элементов при определении дифференциальной нелинейности, На вход контролируемого АЦП 23 с выхода аналогового .сумматора 6 подается напряжение сложной формы, представляющее собой суммы постоянной регулируемой составляющей, образующейся на выходе источника 2 напряжения (ИН) и низкочастотной переменной составляющей (симметричной пилообразной формы), формирующейся на выходе генератора 3 пилообразного напряжения (ГПН). Величина пилообразного напряжения на входе аналогового сумматора 6 определяется коэффициентом деления делителя 8 напряжения.

Частота повторения циклов преобразователя (т,е, частота преобразования входного сигнала), задаваемая с помощью генератора 13 тактовых импульсов, во много раз и ревышает частоту пилообразного напряжения на выходе ГПН 3, поэтому в течение любого одного цикла преобразования входное напряжение АЦП практически не успевает существенно измениться. Код с выхода АЦП

23, соответствующих этому напряжению, преобразуется в последовательную форму (фиг.2а) в преобразователе 1 кода; а затем после привязки в синхронизаторе 11 выводится на экране осциллографа 4 через третий вход (канал 2 управления яркостьн

Развертка осциллографа 4 запуска.т;я одновременно с началом выдачи последовательного кода, для чего в формирователе 10 из сигналов счетчика 9 вырабатывается импульс запуска, передний фронт которого перед поступлением на вход синхронизации осциллографа 4 выравнивается в синхронизаторе 11 с передним фронтом первого разряда последовательного кода.

1757100

25

40

Последовательный код, поступая на вход Z, модулирует яркость луча при его движении вдоль линии развертки по горизонтали, поэтому любая кодовая комбинация отображается сочетанием светлых и темных отрезков горизонтальной линии, Эти линии периодически перемещаются по вертикали под действием пилообразного . напряжения, поступающего с выхода ГПН 3 на первый вход Y осциллографа 4, Поскольку вертикальные перемещения линий развертки производятся одновременно с изменением входного напряжения AUfl 17, которое вызывает соответствующее изменение кода на выходах 26 АЦП 23, П К 1 и ПН

12, на экране осциллографа 4 получается растровое изображение, показывающее связь между входным напряжением и кодом на выходе АЦП 17 (фиг.26), Если отношение частот горизонтальной развертки и пилообразного напряжения достаточно велико, отдельные линии растра сливаются и перестают различаться, Полученное изображение можно представить состоящим из ряда горизонтальных полос, отображающих ряд кодовых комбинаций.

Высота какой-либо полосы пропорциональна величине шага квантования, саответствующего отображаемой комбинации, т.е, высота полосы геометрически отображает разрешающую способность АЦП 23 при определеином коде на выходе. Количество одновременно наблюдаемых на экране. полос зависит от размаха пилообразной составляющей напряжения иа входе АЦП 22 и может быть выбрано любым (по усмотрению оператора) с помощью изменения коэффициента передачи делителя 8 напряжения; посылая соответствующий сигнал по шине

15. При изменении величины разрешающей способности количество полос обычно выбираются не более 6. В любом случае порядок отображения отдельных разрядов кода сохраняется неизменным, поэтому в изабражении можно также выделить столбцы, которые соответствуют разрядам и сохраняют свое расположение при любых изменениях входного напряжения АЦП 23.

Приведенное на фиг,26 изображение соответствует лишь небольшому участку статической хара ктеристи,ки. Возможность контроля любых участков характеристики обеспечивается плавной регулировкой постоянной составляющей входного напряжения АЦП 23.

Для регулировки постоянной составляющей оператор подает управляющий сигнал на шине 16, изменяющий сигнал источника 5 напряжения в нужную область напряжений. Поиск требуемого участка характеристики АЦП 23 облегчается тем, что изображение представляет. Собой характерный узор из прямоугольников, закономерность построения которого обнаруживается достаточно просто, а также тем, что величина отображаемого участка также регулируется оператором, Любые нарушения закономерности построения узора, вызываемые нелинейностью характеристики,.легко отмечаются оператором и для их обнаружения не требуется обращаться к таблице или производить расчеты, Подключение второго выхода коммутатора 18 к второму выходу преобразователя параллельного кода в последовательный позволяет сформировать дополнительный контрольный разрез, который наравне с разрядами АЦП 23, проходя через блоки 1, 11, 12, отображается на экране осциллографа 4, Контрольный разряд отличается от остальных тем, что у него постоянный вид на экране (крайний слева на фиг, 26), а именно из-за того, что HB первый вход компаратора не поступает пилообразное напряжение, а второй вход постоянно подключен к ОВ. В зависимости от коэффициента масштабирования блока 20 уровень перехода свет-тень в контрольном разряде может быть разный (на фиг, 2 приведен случай Kzo = Кв, т.е, когда коэффициенты преобразования выходного напряжения блока 5 в блоках 20 и 6 одинаковы, переход свет-тень в контрольном разряде происходит в середине экрана осциллографа). Так как в формировании дополнительного разряда задействованы все блоки устройства кроме двух (делителя 8 напряжения сумматора 6 и частично преобразователя 1}, то наличие дополнительного разряда на экране осциллографа дает возможность с определенной вероятностью судить о исправности устройства в целом.

В режиме "Контроль" по сигналу с шины

22 мультиплексор f3 подключает выходы коммутатора 18 к входам преобразователя

1, при этом по сигналам с шины 21 выход компаратора 17 через коммутатор 18 и мультиплексор 19 последовательно подключается ко всем первым входам преобразователя

1. Данная операция позволяет последовательно просматривать работоспособность устройства по всем входам преобразователя 1.

Кроме того, так как шумовые характеристики компараторэ 17 известны, шум (характеризуемый шириной зоны перехода сеет-тень) в дополнительном разряде может служить эталоном для определения шума предложенного устройства, что позволяет определить шумы АЦП 23 по формуле

ЛОАЦп1 = Л U Ацп! - (Л 0кр - Л Ок), 10

1757100

// у/ У > РР 8 7 6 Х 4 з Г / Р . / <3+Hc4/ г Р(Ус ЗУй;ЯВИ. lю

Я c Я х 6Х4ЗР IР

4 РРС где ЛБдцщ — искомое шумовое напряжение в разрядах ВЦП 23;

ЛО дцп — измеренное по экрану осциллографа 4 шумовое напряжение в разрядах

АЦП 23;

A UKp — шумовое напряжение в контрольном разряде;

Л Ur — справочное (или измеренное специально) шумовое напря>кение компаратора 17, Определенное по формуле 1 шумовое напря>кение ЛОдцп являешься более точной характеристикой АЦП 23, чем измеренное е

A0лцп,. использованное в известном устройстве, Использование изобретения позволит повысить точность измерения шумов АЦП и достоверность, получаемой с помощью устройства информации, послу>«ит быстрому определению МоМВНТВ выхода из строя устройства.

Формула изобретения

Устройство контроля аналого-цифровых преобразователей по авт.св. ¹ 1631725, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и достоверности, в него введены компаратор, коммутатор, мультиплексор и блок масштабирования, вход

5 которого соединен с выходом источника напряжения, а выход — с первым входом компаратора, второй вход которого является общей шиной, выход компаратора соединен с информационным входом

10 коммутатора, первые выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными входами мультиплексора, вторые информационные входы которого являются соответствующими

15 первыми входными шинами, выходы мультиплексора соединены с соответствующими первыми входами преобразователя параллельного кода в последовательный, третий вход которого подключен к второму выходу

20 коммутатора, управляющие входы которого являются соответствующими четвертыма входными шинами, управляющий вход мультиплексора является пятой входной шиной,