CN108508385A - 一种低成本高精度自动校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量仪器的高精度、低器件成本的自动校正方法。通过选择精度较高的源作为基准(可以选择系统内部或外部的源)，利用软件自校正自动对电路系统的输入输出通路中的多级增益电路的关键误差源进行测量，并在系统的FLASH中写入校正表，然后利用校正表可以完成对电路系统输入输出通路的关键参数校正，从而消除由于器件本身指标较差带来的精度上的影响。该方案能够修正电路系统器件在直流偏置点、增益、程控衰减等参数上的误差。本发明通过软件自校正的方式，在低成本器件设计下，能够很大程度提高电路系统输入输出结果的精度。

Description

一种低成本高精度自动校正方法

技术领域

本发明涉及一种低成本高精度自动校正方法，属于测量仪器精度校正技术领域。

背景技术

目前普遍使用的电子测量仪器中，对测量精度都有较高的要求，但是测量仪器需要配合大量前置电路，包含放大器、量程转换器单元，同时还需要用到大量电阻等元件，而存在的主要问题是由于选用的模拟器件存在离散性以及器件本身精度不高，如电阻和数字衰减器等器件的精度，同时不同增益档下具有不同的直流偏移和增益误差，导致系统的输入输出通路存在精度误差，这降低了系统的输入输出精度。

针对这样的问题，目前采取的主要解决办法是采用人工调试可变电阻或可变电容的方法，通过人工校正的方式，对不同的增益档和量程档进行逐一校正，但是这种方法增大了人工调试的工作量，使得调试的成本相应提高；此外，也可以选用高精度器件，如高精度的放大器、量程转换器、电阻等，保证了仪器测量的精度，然而由于高精度器件的使用，使得开发成本大大提高，该方案不便于推广普及。

发明内容

本发明正是针对现有技术中一般用人工手动调整，逐一测量修正误差或使用高精度器件的方法，公开了一种高精度低器件成本自动校正方法。在低器件成本的条件下，选用系统内部或外部的一个高精度源作为参考，通过设计的自动校正流程，实现自动校正的目的，校正误差后，实现了高精度信号的输入输出。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种低成本高精度自动校正方法，其特征在于：所述校正方法包括以下步骤：

步骤1：选取数字信号采集系统中较准确的参数作为参考标准，

步骤2：根据已知的输入道路的增益和失调误差，对系统中输出道路的增益误差进行测量；

步骤3:利用步骤1和步骤2中所获得的增益及误差生成校正表格，并写入系统的存储单元；

步骤4，利用步骤3生成的校正表校正系统的输入输出结果。本发明利用软件自校正的方法，自动计算电路系统器件在直流偏置点、增益、程控衰减等参数上的误差，自动生成相应的校正表，记录在系统的存储单元，实现系统在低器件成本的条件下，经过校正后高精度信号输入、输出。该方案是一个全自动的校正方法，避免了需要人工操作繁琐的步骤，可以极大地提高效率。

作为本发明的一种改进，所述步骤1具体如下：该参考标准的选择是多样性的，如选择电路中高精度的电源电压作为参考标准。本发明中，为了保证高精度参考标准在校准过程中的灵活性，选择使用系统中的低速高精度低成本数模转换器(DAC)，利用其高精度输出来校正输入通路。包括：

1.1、输入通路接地，记录接地时输入通路的测量值；

1.2、输入输出通路直连，设置DAC的输出，使输入通路的测量值与步骤1.1记录的测量值尽可能接近，记录此时DAC的输出值，获得了失调误差；

1.3、输入输出通路直连，输入通路设置不同的增益档位，设置DAC输出，根据已获得的偏移误差，计算输入通路在不同增益档位下的增益误差。

作为本发明的一种改进，所述步骤2具体如下：

2.1、输入输出通路直连，在调整DAC的输出抵消失调误差；

2.2、输入输出通路直连，输出通路设置不同的增益档，同时输出通路给出已知的输出信号；

2.3、利用已获得的输入通路的增益误差及当前的实际测量值，计算输入通路在不同增益档下的实际增益，从而获得输出通路的增益误差。

作为本发明的一种改进，所述步骤3具体如下：

3.1、计算机设置输入通路(2)增益，使得该通路对交流衰减最大，利用高精度参考源的输出，测量输入通路的直流，并与理论值进行对比，得到该通路的直流偏移；

3.2、在获取输入通路直流偏移的条件下，用计算机自动改变输入通路的增益档，获取不同增益情况下，输入通路中各级增益的误差值；该误差值作为输入通路的误差校正参数，自动生成校正表，写入系统的存储单元；

3.3、将输入通路与输出通路短接(3)，利用校正过的输入通路，对输出通路(4)进行校正；

3.4、计算机设置输出通路输出固定直流，利用校正过的输入通路测量该直流，从而获取输出通路的直流偏移；

3.5、在获取输出通路直流偏移的条件下，用计算机自动改变输出通路的增益档，获取不同增益情况下，输出通路中各级增益的误差值；该误差值作为输出通路的误差校正参数，自动生成校正表，写入系统的存储单元。

作为本发明的一种改进，所述步骤4具体如下：

4.1、在输入通路中，根据当前输入通路设置的增益，查找FLASH中校正表对应的项，获取实际增益及失调误差后，对输入信号自动进行校正，从而提高输入信号的精度；

4.2、在输出通路中，一般要求输出幅度可以连续变化，而校正表中记录的是不同增益档下的误差值，是一个离散校正表。因此，输出通路采用校正表校正+数字增益微调对输出信号进行调节，从而保证高精度输出。具体为根据输出信号的要求，选择输出通路的一组增益，查校正表推算出信号产生端应该给输出通路的理论信号幅值，信号产生端实际输出的信号幅值与该理论值之间存在差异，在系统中用数字增益调节的方式来补偿。

相对于现有技术，本发明的效果如下：本发明公开的低成本高精度自动校正方法，能够在不增加硬件成本的基础上，自动对系统的误差进行校正，克服低成本器件带来的误差，如系统输入输出通路上模拟器件的增益误差、失调误差和电阻精度误差，从而提高系统输入输出通路上的精度，使得使用5％精度的器件实现了1‰的输入输出精度。

附图说明

图1校正系统框图；

图2为系统校正流程图；

图3为系统工作流程图；

图4为高精度自校正电路实现框图；

图5为为应用实例校正方案流程图；

图中：1、低成本高精度参考源，2、输出通路，3、校正过程，4、输入通路，5、主控单元，6、程控衰减器，7、放大器，8、放大器，9、程控衰减器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：参见图1-图3，一种低成本高精度自动校正方法，所述校正方法包括以下步骤：

步骤1：选取系统中较准确的参数作为参考标准，

步骤2：根据已知的输入道路的增益和失调误差，对系统中输出道路的增益误差进行测量；

步骤3:利用步骤1和步骤2中所获得的增益及误差生成校正表格，并写入系统的存储单元；

步骤4，利用步骤3生成的校正表校正系统的输入输出结果。

所述步骤1具体如下：该参考标准的选择是多样性的，如选择电路中高精度的电源电压作为参考标准。本发明中，为了保证高精度参考标准在校准过程中的灵活性，选择使用系统中的低速高精度低成本数模转换器(DAC)，利用其高精度输出来校正输入通路。包括：

1.1、输入通路接地，记录接地时输入通路的测量值；

1.2、输入输出通路直连，设置DAC的输出，使输入通路的测量值与步骤1.1记录的测量值尽可能接近，记录此时DAC的输出值，获得了失调误差；

1.3、输入输出通路直连，输入通路设置不同的增益档位，设置DAC输出，根据已获得的偏移误差，计算输入通路在不同增益档位下的增益误差。

所述步骤2具体如下：

2.1、输入输出通路直连，在调整DAC的输出抵消失调误差；

2.2、输入输出通路直连，输出通路设置不同的增益档，同时输出通路给出已知的输出信号；

2.3、利用已获得的输入通路的增益误差及当前的实际测量值，计算输入通路在不同增益档下的实际增益，从而获得输出通路的增益误差。

所述步骤3具体如下：

3.1、计算机设置输入通路(2)增益，使得该通路对交流衰减最大，利用高精度参考源的输出，测量输入通路的直流，并与理论值进行对比，得到该通路的直流偏移；

3.2、在获取输入通路直流偏移的条件下，用计算机自动改变输入通路的增益档，获取不同增益情况下，输入通路中各级增益的误差值；该误差值作为输入通路的误差校正参数，自动生成校正表，写入系统的存储单元；

3.3、将输入通路与输出通路短接(3)，利用校正过的输入通路，对输出通路(4)进行校正；

3.4、计算机设置输出通路输出固定直流，利用校正过的输入通路测量该直流，从而获取输出通路的直流偏移；

3.5、在获取输出通路直流偏移的条件下，用计算机自动改变输出通路的增益档，获取不同增益情况下，输出通路中各级增益的误差值；该误差值作为输出通路的误差校正参数，自动生成校正表，写入系统的存储单元。

所述步骤4具体如下：

4.1、在输入通路中，根据当前输入通路设置的增益，查找FLASH中校正表对应的项，获取实际增益及失调误差后，对输入信号自动进行校正，从而提高输入信号的精度；

4.2、在输出通路中，一般要求输出幅度可以连续变化，而校正表中记录的是不同增益档下的误差值，是一个离散校正表。因此，输出通路采用校正表校正+数字增益微调对输出信号进行调节，从而保证高精度输出。具体为根据输出信号的要求，选择输出通路的一组增益，查校正表推算出信号产生端应该给输出通路的理论信号幅值，信号产生端实际输出的信号幅值与该理论值之间存在差异，在系统中用数字增益调节的方式来补偿。

应用实例：首先选用系统内部的一个低速高精度低成本数模转换器(DAC)作为参考。如图5示，在高精度自动校正电路的校正方案中首先将输入接地，测量并记录ADC模块转换后的码字；

然后将输入和输出短接，调整外部DAC的输出直到ADC处码字和输入接地时误差最小，记录此时外部DAC码字为D0，换算至电压VD0；

保持输入输出直连，按照预设的衰减控制字搜索每个输出档位的D_new；

保持输入输出直连，按照设计的电压输出已知的直流电压，根据ADC码字换算电压来计算通道增益，调整输入通路各级增益和设计的增益误差最小，记录各级增益Gain_INx；

保持输入输出直连，直流输出0V，测量输出通路各增益级在不同状态下，每个档位Gain_OUTx(初始预设，不会改变)下ADC码字，记录为input_zero；

保持输入输出直连，按照设计的电压输出已知的直流电压，输出通路各增益级设置为得到的Gain_OUTx，用input_zero计算并记录mV/LSB；

保持输入输出直连，在每个设计的输出增益档位的状态下，设置外部DAC输出D_new，由DAC模块分别输出两个差4000LSB的码字，并用合适的输入档位测量两者的电压差值记为Record_word。

按照此设计流程，将得到待测误差源测试参数，形成校正表。

整个过程为软件自动实现，无需人工干预。

高精度自校正电路的实现方法，主要包含微控制器(自带模数/数模转换器)、衰减器、放大器和一块高精度的DAC,如图5示。微控制器主要完成对硬件系统的控制。高精度的DAC是放置于程控衰减与固定输出的信号链路，对关键误差源参数进行测量。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种低成本高精度自动校正方法，其特征在于：所述校正方法包括以下步骤：

步骤1：选取数字信号采集系统中较准确的参数作为参考标准，

步骤2：根据已知的输入道路的增益和失调误差，对系统中输出道路的增益误差进行测量；

步骤3:利用步骤1和步骤2中所获得的增益及误差生成校正表格，并写入系统的存储单元；

步骤4，利用步骤3生成的校正表校正系统的输入输出结果。

2.根据权利要求1所述的低成本高精度自动校正方法，其特征在于：所述步骤1具体如下：

1.1、输入通路接地，记录接地时输入通路的测量值；

1.2、输入输出通路直连，设置DAC的输出，使输入通路的测量值与步骤1.1记录的测量值尽可能接近，记录此时DAC的输出值，获得了失调误差；

1.3、输入输出通路直连，输入通路设置不同的增益档位，设置DAC输出，根据已获得的偏移误差，计算输入通路在不同增益档位下的增益误差。

3.根据权利要求1所述的低成本高精度自动校正方法，其特征在于：所述步骤2具体如下：

2.1、输入输出通路直连，在调整DAC的输出抵消失调误差；

2.2、输入输出通路直连，输出通路设置不同的增益档，同时输出通路给出已知的输出信号；

2.3、利用已获得的输入通路的增益误差及当前的实际测量值，计算输入通路在不同增益档下的实际增益，从而获得输出通路的增益误差。

4.根据权利要求1所述的低成本高精度自动校正方法，其特征在于：所述步骤3具体如下：

3.1、计算机设置输入通路(2)增益，使得该通路对交流衰减最大，利用高精度参考源的输出，测量输入通路的直流，并与理论值进行对比，得到该通路的直流偏移；

3.2、在获取输入通路直流偏移的条件下，用计算机自动改变输入通路的增益档，获取不同增益情况下，输入通路中各级增益的误差值；该误差值作为输入通路的误差校正参数，自动生成校正表，写入系统的存储单元；

3.3、将输入通路与输出通路短接(3)，利用校正过的输入通路，对输出通路(4)进行校正；

3.4、计算机设置输出通路输出固定直流，利用校正过的输入通路测量该直流，从而获取输出通路的直流偏移；

3.5、在获取输出通路直流偏移的条件下，用计算机自动改变输出通路的增益档，获取不同增益情况下，输出通路中各级增益的误差值；该误差值作为输出通路的误差校正参数，自动生成校正表，写入系统的存储单元。

5.根据权利要求1所述的低成本高精度自动校正方法，其特征在于：所述步骤4具体如下：

4.1、在输入通路中，根据当前输入通路设置的增益，查找FLASH中校正表对应的项，获取实际增益及失调误差后，对输入信号自动进行校正，从而提高输入信号的精度；

4.2、在输出通路中，要求输出幅度连续变化，而校正表中记录的是不同增益档下的误差值，是一个离散校正表。