RU2326494C1 - Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation - Google Patents

Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation Download PDF

Info

Publication number
RU2326494C1
RU2326494C1 RU2007108994/09A RU2007108994A RU2326494C1 RU 2326494 C1 RU2326494 C1 RU 2326494C1 RU 2007108994/09 A RU2007108994/09 A RU 2007108994/09A RU 2007108994 A RU2007108994 A RU 2007108994A RU 2326494 C1 RU2326494 C1 RU 2326494C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
inputs
analog
digital
code
Prior art date
Application number
RU2007108994/09A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Мари Сергеевна Бондарь (RU)
Мария Сергеевна Бондарь
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ставропольский государственный аграрный университет
Priority to RU2007108994/09A priority Critical patent/RU2326494C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2326494C1 publication Critical patent/RU2326494C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, measurement.
SUBSTANCE: invention relates to instrumentation, in particular, to methods of correction of analogue-to-digital conversion (ADC) errors for use in information and measuring systems. The ADC error correction method involves testing and correction; corrected n-bit ADC (7) is tested continuously during 2n cycles since the moment of its activation, by applying a test signal generated by high-precision n-bit DAC (5) to the ADC input, with subsequent storing, in (the random-access memory) (RAM) (8), the ADC (7) output pattern difference code and the cycle number code, by the address of the output pattern of corrected n-bit ADC (7). After the continuous testing completion, periodic ADC (7) testing and error correction processes alternating during one cycle are performed; in the correction mode, the output pattern of ADC (7) serves simultaneously as the minuend code and the address of the subtrahend code (in (n+1)-bit adder) (9) - the code written to RAM (8) earlier, during the testing mode, carrying information about the deviation of the actual conversion response of ADC (7) from the ideal one. The device also includes clock oscillator (1), n-bit binary counter (2), (n+1)-input AND element (3), 2x(n+1)-input inverting digital switch (4), analogue signal switch (6), OR element (10), and halver (11).
EFFECT: simplification of analogue-to-digital conversion error correction method and increase in its accuracy and speed.
2 cl, 6 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования и устройствам для их осуществления, и может быть использовано в информационно-измерительных системах.The invention relates to measuring equipment, in particular to methods for correcting errors of analog-to-digital conversion and devices for their implementation, and can be used in information-measuring systems.

Уровень техникиState of the art

Известен способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования включающий аналого-цифровое (прямое) преобразование исходного сигнала, цифро-аналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сигнала прямого преобразования исходного сигнала; полученный сигнал подвергают прямому преобразованию, осуществляют также обратное преобразование сигнала, увеличенного на величину образцового сигнала результата прямого преобразования исходного сигнала, полученный сигнал также подвергают прямому преобразованию, вычисляют скорректированный результат преобразования исходного сигнала по формулеA known method for correcting errors in analog-to-digital conversion includes analog-to-digital (direct) conversion of the original signal, digital-to-analog (inverse) conversion of the signal, reduced by the value of the model signal of direct conversion of the original signal; the received signal is subjected to direct conversion, the signal is also converted back, increased by the value of the reference signal of the result of the direct conversion of the original signal, the obtained signal is also subjected to direct conversion, the corrected result of the conversion of the original signal is calculated by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

где К - величина образцового сигнала;where K is the magnitude of the reference signal;

Y1 - результат аналого-цифрового преобразования исходного сигнала;Y 1 - the result of analog-to-digital conversion of the original signal;

Y2 - результат аналого-цифрового преобразования значения цифроаналогового преобразования величины (Y1-К);Y 2 is the result of analog-to-digital conversion of the digital-to-analog value conversion (Y 1 -К);

Y3 - результат аналого-цифрового преобразования значения цифроаналогового преобразования величины (Y1+К).Y 3 is the result of analog-to-digital conversion of the digital-to-analog value conversion (Y 1 + K).

Для реализации данного способа использовано измерительно-вычислительное устройство, содержащее управляющий вычислительный комплекс (УВК), магистраль типа "общая шина", точный цифроаналоговый преобразователь, источник измеряемого сигнала, входной коммутатор аналоговых сигналов, групповой нормирующий преобразователь с нелинейной функцией преобразования, аналого-цифровой преобразователь (Авторское свидетельство СССР №984030 от 23.12.1982 г.).To implement this method, a measuring and computing device containing a control computer complex (UVK), a common bus line, an accurate digital-to-analog converter, a source of the measured signal, an input switch of analog signals, a group normalizing converter with a nonlinear conversion function, and an analog-to-digital converter were used (USSR author's certificate No. 984030 dated 12/23/1982).

Недостатком данного способа и устройства его реализации является высокая сложность, низкая точность и низкое быстродействие, а кроме того, при определенных характеристиках преобразователя, когда существенное значение имеет нелинейность, алгоритм коррекции оказывается нереализуемым.The disadvantage of this method and device for its implementation is high complexity, low accuracy and low speed, and in addition, for certain characteristics of the converter, when nonlinearity is essential, the correction algorithm is not feasible.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и взятый авторами за прототип, является способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, заключающийся в формировании кодового сигнала, пропорционального входному аналоговому сигналу с последующим его запоминанием, осуществлении n циклов коррекции, в первом из которых формируют первый эталонный кодовый сигнал, в качестве которого используется запомненный кодовый сигнал с последующим цифроаналоговым и аналого-цифровым его преобразованием с запоминанием результата, после чего формируют второй эталонный кодовый сигнал путем добавления образцового кодового сигнала к первому эталонному кодовому сигналу с последующим цифроаналоговым и аналого-цифровым его преобразованием с запоминанием результата, вычисляют скорректированный код входного аналогового сигнала по кодовым сигналам, пропорциональным входному и двум эталонным сигналом, запоминают его и сравнивают с запомненным кодовым сигналом, пропорциональным входному сигналу, если полученная разность не превышает наперед заданную величину, то формируют выходной кодовый сигнал, равный скорректированному кодовому сигналу, в противном случае осуществляют следующие циклы коррекции, в которых в качестве первого эталонного кодового сигнала используют запомненный в предыдущем цикле коррекции скорректированный кодовый сигнал; вычисление скорректированного кодового сигнала осуществляют по формуле (2)Closest to the proposed invention and taken by the authors as a prototype is a method for correcting errors of analog-to-digital conversion, which consists in generating a code signal proportional to the input analog signal with its subsequent storage, implementing n correction cycles, in the first of which the first reference code signal is generated, which is used as a stored code signal followed by digital-to-analog and analog-to-digital conversion with storing the result, after h it is formed by the second reference code signal by adding an exemplary code signal to the first reference code signal followed by its digital-to-analog and analog-to-digital conversion with storing the result, the corrected code of the input analog signal is calculated from the code signals proportional to the input and two reference signal, it is stored and compared with a stored code signal proportional to the input signal, if the received difference does not exceed a predetermined value in advance, then form yhodnoy coded signal equal to the corrected signal to the code, otherwise perform the following correction cycles in which to use the stored previous cycle adjusted correction code signal as a first reference code signal; the calculation of the corrected code signal is carried out according to the formula (2)

Figure 00000003
Figure 00000003

X'(i-1).ск=X(i-1).ск+Ki, причем:X ' (i-1) .sk = X (i-1) .sk + K i , moreover:

Figure 00000004
Figure 00000004

для i=2, ..., n;

Figure 00000005
for i = 2, ..., n;
Figure 00000005

где К - величина образцового сигнала;where K is the magnitude of the reference signal;

Хнск - не скорректированный код входного сигнала;X nsk - not adjusted code of the input signal;

Xi.ск - скорректированный код входного сигнала;X i.sk - adjusted code of the input signal;

Figure 00000006
- результат цифрового измерения входного сигнала;
Figure 00000006
- the result of digital measurement of the input signal;

Yi, Y'i - результаты аналого-цифрового преобразования первого и второго эталонных сигналов.Y i , Y ' i - the results of analog-to-digital conversion of the first and second reference signals.

Для реализации данного способа использовано измерительно-вычислительное устройство (комплекс), содержащее магистраль, цифроаналоговый преобразователь, коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, вычислитель (Патент РФ №2085033 от 20.07.1997 г.).To implement this method, a measuring and computing device (complex) was used, containing a trunk, a digital-to-analog converter, a switch, an analog-to-digital converter, and a computer (RF Patent No. 2085033 of 07.20.1997).

Недостатком данного способа и устройства его реализации является высокая сложность, низкая точность и низкое быстродействие.The disadvantage of this method and device for its implementation is high complexity, low accuracy and low speed.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемого изобретения, сводится к снижению сложности реализации при одновременном повышении точности и быстродействия.The technical result, which can be achieved using the present invention, is to reduce the complexity of implementation while improving accuracy and speed.

Технический результат достигается тем, что в способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, включающий коррекцию на основе последовательного цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов, с последующим сохранением результата аналого-цифрового преобразования в оперативном запоминающем устройстве, введен процесс тестирования, который в начале осуществляется в непрерывном режиме с момента включения аналого-цифрового преобразователя в течение 2n тактов, с последующим запоминанием кода разности выходного кода аналого-цифрового преобразователя и кода номера такта по адресу выходного кода корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя, на вход которого подается тестовый сигнал, представляющий собой ступенчатую функцию напряжения, уровень мгновенного значения которого пропорционален коду числа тактовых импульсов, и в случае линеаризации за полный период тестирования (2n тактов) будет совпадать с идеализированной характеристикой аналого-цифрового преобразования, при этом в ходе непрерывного тестирования режим коррекции блокируется, а по завершении непрерывного тестирования начинается этап коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, причем режимы коррекции и периодического тестирования в течение одного такта чередуются, а периодическое тестирование проводится ввиду возможной нестабильности характеристики преобразования аналого-цифрового преобразователя, при этом в режиме коррекции выходной код аналого-цифрового преобразователя служит одновременно уменьшаемым кодом и адресом вычитаемого кода - кода, записанного ранее в оперативное запоминающее устройство в ходе режима тестирования, несущего информацию об отклонении искаженной (реальной) характеристики преобразования аналого-цифрового преобразователя от идеальной; результат вычислений представляет собой код значения напряжения, лежащего на идеализированной характеристике аналого-цифрового преобразования.The technical result is achieved by the fact that in the method of correction of errors of analog-to-digital conversion, including correction based on sequential digital-to-analog and analog-to-digital conversion of signals, followed by storing the result of analog-to-digital conversion in random access memory, a testing process is introduced, which is carried out at the beginning continuous operation from the moment the analog-to-digital converter is turned on for 2 n cycles, followed by storing the output difference code of the analog-to-digital converter code and the clock number code to the address of the output code of the corrected n-bit analog-to-digital converter, to the input of which a test signal is presented, which is a stepwise voltage function, the instantaneous value of which is proportional to the code of the number of clock pulses, and in the case of linearization for a complete test period (n 2 cycles) will coincide with an idealized characteristic of the analog-digital conversion, wherein during the continuous testing mode correlator It is blocked, and upon completion of continuous testing, the stage of correction of errors in the analog-to-digital conversion begins, and the correction and periodic testing modes alternate for one clock cycle, and periodic testing is carried out due to the possible instability of the conversion characteristics of the analog-to-digital converter, while the output code is in the correction mode An analog-to-digital converter serves as both a reducible code and the address of a subtracted code - a code recorded earlier in the operation Noe memory during the test mode, carrying information about a deviation distorted (real) conversion characteristic analog-digital converter from the ideal; the result of the calculation is a code for the voltage value lying on the idealized characteristic of the analog-to-digital conversion.

В устройство для осуществления способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, содержащее коммутатор аналоговых сигналов, первый информационный вход которого служит входом устройства, а выход подключен ко входу корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются адресными входами оперативного запоминающего устройства (2n слова × n разряда), введены генератор тактовых импульсов, n-разрядный двоичный счетчик, (n+1)-входовый элемент И, 2×(n+1)-входовый инвертирующий цифровой коммутатор, n-разрядный цифроаналоговый преобразователь, (n+1)-разрядный сумматор, двухвходовый элемент ИЛИ, делитель на два, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу n-разрядного двоичного счетчика, выходы которого одновременно подключены к n входам (n+1)-входового элемента И, к n входам первой группы 2×(n+1)-входового инвертирующего цифрового коммутатора и входам n-разрядного цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора аналоговых сигналов; выходы корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя подключены к n входам второй группы входов (n+1)-разрядного сумматора, на (n+1)-й вход второй группы входов которого (являющегося знаковым разрядом) подан уровень логического нуля; n выходов (n+1)-разрядного сумматора являются выходами устройства, кроме того, выходы с первого по k-й и (n+1)-й (знаковый) одновременно подключены к (k+1)-н входам оперативного запоминающего устройства, соответствующие выходы которого соединены с подобными входами второй группы входов 2×(n+1)-входового инвертирующего цифрового коммутатора, у которого на входы второй группы входов, с (k+1)-го по n-й и (n+1)-й вход первой группы входов подан уровень логического нуля, а (n+1)-й вход второй группы входов, являющийся входом управления, одновременно соединен с выходом двухвходового элемента ИЛИ, входом управления коммутатора аналоговых сигналов, выходом устройства Uзапр., запрещающим снятие информации, поступающей с выхода устройства; выходы инвертирующего цифрового коммутатора соединены со входами первой группы входов (n+1)-разрядного сумматора, на младший разряд переноса которого подан уровень логической единицы; выход (n+1)-входового элемента И подключен к входу делителя на два, инверсный выход которого одновременно соединен с (n+1)-м входом (n+1)-входового элемента И и со вторым входом двухвходового элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов.An apparatus for implementing a method for correcting errors in analog-to-digital conversion, comprising a switch for analog signals, the first information input of which serves as the input of the device, and the output is connected to the input of a corrected n-bit analog-to-digital converter, the outputs of which are address inputs of random access memory (2 n words × n bits), a clock generator, an n-bit binary counter, an (n + 1) -and input element And, 2 × (n + 1) -input inverting digital switch, n- a digital-to-analog converter, an (n + 1) -digit adder, a two-input OR element, a divider by two, the output of the clock being connected to the input of an n-bit binary counter, the outputs of which are simultaneously connected to n inputs of the (n + 1) -input element And, to the n inputs of the first group of the 2 × (n + 1) input inverting digital switch and the inputs of the n-bit digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second information input of the analog signal switch; the outputs of the corrected n-bit analog-to-digital converter are connected to the n inputs of the second group of inputs of the (n + 1) -bit adder, the logic null level is applied to the (n + 1) -th input of the second group of inputs of which (which is a sign bit); The n outputs of the (n + 1) -bit adder are the device outputs, in addition, the first to kth and (n + 1) -th (sign) outputs are simultaneously connected to the (k + 1) -th inputs of the random access memory, the corresponding outputs of which are connected to similar inputs of the second group of inputs of a 2 × (n + 1) input inverting digital switch, which has inputs of the second group of inputs, from (k + 1) -th to the n-th and (n + 1) - the first input of the first group of inputs has a logic zero level, and the (n + 1) -th input of the second group of inputs, which is the control input, is simultaneously connected to the output by the two-input OR element, the control input of the analog signal switch, the output of the device U ref. prohibiting the removal of information coming from the output of the device; the outputs of the inverting digital switch are connected to the inputs of the first group of inputs of the (n + 1) -bit adder, the lowest level of the transfer of which the level of the logical unit; the output of the (n + 1) -and input element And is connected to the input of the divider by two, the inverse output of which is simultaneously connected to the (n + 1) -th input of the (n + 1) -input element And and with the second input of the two-input element OR, the first input which is connected to the output of the clock generator.

2×(n+1)-входовый инвертирующий цифровой коммутатор содержит инвертор, (n+1)-н инвертирующие коммутационные модули, в каждый из которых входят по два двухвходовых элемента И, двухвходовый элемент ИЛИ-НЕ, причем вход управления инвертирующего цифрового коммутатора подключен ко вторым входам первого двухвходового элемента И непосредственно, а второго двухвходового элемента И через инвертор; первые входы обоих двухвходовых элементов И являются входами, соответственно, первой и второй групп входов инвертирующего цифрового коммутатора, при этом номера входов инвертирующего цифрового коммутатора соответствуют номерам инвертирующих коммутационных модулей; выходы двухвходовых элементов И являются входами двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых являются выходами инвертирующих коммутационных модулей и соответствующими выходами инвертирующего цифрового коммутатора, при этом номера выходов инвертирующего цифрового коммутатора соответствуют номерам инвертирующих коммутационных модулей.The 2 × (n + 1) -inverting inverting digital switch contains an inverter, (n + 1) -inverting switching modules, each of which includes two two-input AND elements, a two-input OR-NOT element, and the control input of the inverting digital switch is connected to the second inputs of the first two-input element And directly, and the second two-input element And through the inverter; the first inputs of both two-input elements And are the inputs, respectively, of the first and second groups of inputs of the inverting digital switch, while the numbers of the inputs of the inverting digital switch correspond to the numbers of the inverting switching modules; the outputs of two-input elements AND are inputs of two-input elements OR NOT, the outputs of which are the outputs of the inverting switching modules and the corresponding outputs of the inverting digital switch, while the numbers of the outputs of the inverting digital switch correspond to the numbers of the inverting switching modules.

Сущность способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования заключается в использовании процессов тестирования и коррекции, причем с момента включения корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя осуществляется его непрерывное тестирование в течение 2n тактов путем подачи на его вход тестового сигнала, сформированного высокоточным n-разрядным цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), с последующим запоминанием кода разности выходного кода аналого-цифрового преобразователя и кода номера такта по адресу выходного кода корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя; по завершении непрерывного тестирования осуществляются чередующиеся в течение одного такта, процессы периодического тестирования и коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, при этом в режиме коррекции выходной код аналого-цифрового преобразователя служит одновременно уменьшаемым кодом и адресом вычитаемого кода - кода, записанного ранее в оперативное запоминающее устройство в ходе режима тестирования, несущего информацию об отклонении искаженной (реальной) характеристики преобразования аналого-цифрового преобразователя от идеальной; результат вычислений представляет собой код значения напряжения, лежащего на идеализированной характеристике аналого-цифрового преобразования.The essence of the method for correcting errors in analog-to-digital conversion is to use testing and correction processes, and from the moment the corrected n-bit analog-to-digital converter is turned on, it is continuously tested for 2 n cycles by supplying a test signal generated by a high-precision n-bit to its input digital-to-analog converter (DAC), followed by storing the difference code of the output code of the analog-to-digital converter and the code of the measure number to the address the output code of the corrected n-bit analog-to-digital converter; upon completion of continuous testing, the processes of periodic testing and correction of errors of the analog-to-digital conversion are carried out for one clock cycle, while in the correction mode, the output code of the analog-to-digital converter serves as both a reducible code and the address of the subtracted code - the code previously recorded in the random access memory during the test mode, which carries information about the deviation of the distorted (real) conversion characteristics of the analog-to-digital conversion driver from the ideal; the result of the calculation is a code for the voltage value lying on the idealized characteristic of the analog-to-digital conversion.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 приведены линейная безыскаженная и выпуклая аддетивно-мультипликативная (искаженная) характеристики преобразования АЦП.Figure 1 shows the linear undistorted and convex additively-multiplicative (distorted) ADC conversion characteristics.

На фиг.2 приведены линейная безыскаженная и вогнутая аддетивно-мультипликативная (искаженная) характеристики преобразования АЦП.Figure 2 shows the linear undistorted and concave additively-multiplicative (distorted) characteristics of the ADC conversion.

На фиг.3 приведены линейная безыскаженная и выпукло-вогнутая аддетивно-мультипликативная (искаженная) характеристики преобразования АЦП.Figure 3 shows the linear undistorted and convex-concave additively-multiplicative (distorted) characteristics of the ADC conversion.

На фиг.4 приведена структурная схема устройства реализации способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования.Figure 4 shows the structural diagram of a device for implementing the method of correction of errors of analog-to-digital conversion.

На фиг.5 приведена структурная схема инвертирующего цифрового коммутатора.Figure 5 shows the structural diagram of an inverting digital switch.

На фиг.6 приведены временные диаграммы работы устройства реализации способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования.Figure 6 shows the timing diagrams of the operation of the device implementing the method for correcting errors of analog-to-digital conversion.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

В основе предлагаемого способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования лежат следующие концепции.The basis of the proposed method for correcting errors of analog-to-digital conversion are the following concepts.

Процесс аналого-цифрового преобразования может быть охарактеризован двумя основными типами характеристик преобразования:The analog-to-digital conversion process can be characterized by two main types of conversion characteristics:

- линейной безыскаженной, фиг.1, 2, 3, функция y=f(x);- linear undistorted, figure 1, 2, 3, the function y = f (x);

- аддитивно-мультипликативной (искаженной), фиг.1, 2, 3, функциями yи=fи(x)- additive multiplicative (distorted), figure 1, 2, 3, the functions y and = f and (x)

Данные характеристики преобразования АЦП описываются выражениями:These characteristics of the conversion of the ADC are described by the expressions:

y=xy = x

yи=а+b·х+с·х2+...+h·xg, and y = a + b · x + a · x 2 + ... + h · x g,

где а, b, с, h - весовые коэффициенты, на которые, как правило, накладываются условия:where a, b, c, h are weights, on which, as a rule, conditions are imposed:

Figure 00000007
Figure 00000007

В общем случае, искаженные характеристики преобразования АЦП yи принимают вид выпуклых yи+, вогнутых yи- или попеременно выпукло-вогнутых yи± кривых, фиг.1, 2, 3. Погрешность преобразования, при этом, будет определяться соотношениями:In the General case, the distorted characteristics of the conversion of the ADC y and take the form of convex y and + , concave y and - or alternately convex-concave y and ± curves, Figs. 1, 2, 3. The error of the conversion, in this case, will be determined by the relations:

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

где x0 - значение напряжения входного сигнала в момент дискретизации (амплитуда напряжения дискретного значения преобразуемого сигнала);where x 0 is the voltage value of the input signal at the time of sampling (voltage amplitude of the discrete value of the converted signal);

или в общем виде:or in general form:

Δyи(x0)=f(x0)-fи(x0).Δy and (x 0 ) = f (x 0 ) -f and (x 0 ).

Несмотря на то, что х, являясь, по сути, аналоговой величиной, характеризуется бесконечным числом возможных значений, x0, как дискретная величина, принимает лишь 2n значений, где n - разрядность АЦП. В силу этого предыдущее выражение можно представить в матричном виде:Despite the fact that x, being, in fact, an analog quantity, is characterized by an infinite number of possible values, x 0 , as a discrete quantity, takes only 2 n values, where n is the ADC capacity. Therefore, the previous expression can be represented in matrix form:

Figure 00000009
Figure 00000009

илиor

Figure 00000010
Figure 00000010

илиor

Figure 00000011
Figure 00000011

где i∈[1, ..., 2n].where i∈ [1, ..., 2 n ].

Так как функция y=x служит описанием линейной безыскаженной характеристики преобразования АЦП, матрица безыскаженных значений ||f(xi)|| будет детерминированной. В свою очередь, матрица подлежащих коррекции значений АЦП ||fи(xi)|| и матрица отклонений ||Δyи(xi)|| могут быть детерминированными лишь апостериорно. При этом монотонность характеристик преобразования, фиг.1 и 2, обеспечивает соответствие:Since the function y = x serves as a description of the linear distortionless characteristic of the ADC conversion, the matrix of distortionless values || f (x i ) || will be deterministic. In turn, the matrix of ADC values to be corrected || f and (x i ) || and the deviation matrix || Δy and (x i ) || can only be determined a posteriori. In this case, the monotonicity of the conversion characteristics, FIGS. 1 and 2, ensures compliance with:

Figure 00000012
Figure 00000012

Причем данное соответствие, в реальных АЦП, как правило, однозначное.Moreover, this correspondence, in real ADCs, as a rule, is unambiguous.

С учетом выполнения равенства y=x и требования равенства уровней напряжения шагов квантования у АЦП и ЦАП одной разрядности, предыдущее соотношение можно представить в виде:Considering the fulfillment of the equality y = x and the requirement that the voltage levels of the quantization steps of the ADC and DAC of the same bit are equal, the previous relationship can be represented as:

Figure 00000013
Figure 00000013

Указанную взаимосвязь, присущую конкретному АЦП, можно выявить проведя его тестирование во всем диапазоне входных сигналов. А именно, подавая на вход АЦП тестовый сигнал заданного уровня хт.i и выполняя расчеты отклонения Δyи(xтi) согласно (3), с использованием выходного сигнала АЦП fи(xт.i). Тем самым, множество значений {Δyи(xт.i)} отклонения искаженной (реальной) характеристики преобразования АЦП от безыскаженной (идеальной) приобретает детерминированный характер.The specified relationship inherent in a particular ADC can be identified by testing it in the entire range of input signals. Namely, by applying a test signal of a given level x T.i to the ADC input and calculating the deviations Δy and (x тi ) according to (3), using the ADC output signal f and (x T.i ). Thus, the set of values {Δy and (x T.i )} of the deviation of the distorted (real) characteristics of the ADC conversion from the undistorted (ideal) takes on a deterministic character.

При поступлении на вход АЦП преобразуемого сигнала Xc.j, имеющего статус случайного, выходной кодовый сигнал fи(xс.j) сопоставляется с множеством тестовых значений отклонения характеристики преобразования АЦП {ΔyиТ.i)} и при выполнении условия:When the converted signal X cj , having the status of a random signal, is received at the ADC input, the output code signal f and (x с.j ) is compared with the set of test values of the deviation of the ADC conversion characteristic {Δy and (x T.i )} and when the condition is met:

fи(xc.j)∈[1, ..., 2n].f and (x cj ) ∈ [1, ..., 2 n ].

принимается решение о соответствииa decision is made on compliance

Figure 00000014
Figure 00000014

Таким образом, предлагаемый способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования заключается в следующем.Thus, the proposed method for correcting errors of analog-to-digital conversion is as follows.

На первом этапе, с момента включения, корректируемый n-разрядный АЦП в течение 2n тактов подвергается непрерывному тестированию, суть которого заключается в подаче на вход АЦП сигнала, сформированного высокоточным n-разрядным ЦАП. При этом уровень напряжения сигнала пропорционален номеру такта (фиг.6. а, д). Выходной код АЦП служит адресом ячеек памяти оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), в которые записывается код разности номера такта и выходного кода АЦП.At the first stage, from the moment of switching on, the corrected n-bit ADC is subjected to continuous testing for 2 n clock cycles, the essence of which is to provide the ADC input with a signal generated by a high-precision n-bit DAC. In this case, the signal voltage level is proportional to the cycle number (Fig. 6, a, e). The ADC output code serves as the address of the memory cells of the random access memory (RAM), in which the difference code of the clock number and the ADC output code is recorded.

К моменту поступления 2n-ного такта в ОЗУ формируется матрица (3) детерминированных значений отклонения аддитивно-мультипликативной (искаженной, то есть реальной) характеристики преобразования АЦП от безыскаженной (идеальной). Роль коэффициентов матрицы апостериорных значений аддитивно-мультипликативной (искаженной) характеристики преобразования АЦП играет перечень возможных выходных кодов АЦП.By the time the 2 n- th clock arrives in RAM, a matrix (3) of determinate deviations of the additive-multiplicative (distorted, that is, real) characteristics of the ADC conversion from the undistorted (ideal) is formed. The role of the coefficients of the matrix of posterior values of the additive-multiplicative (distorted) characteristics of the ADC conversion is played by the list of possible ADC output codes.

По завершении этапа непрерывного тестирования (фиг.6. е; tнепр.тест) АЦП переходит в режим коррекции погрешностей. На этом этапе периодическое тестирование АЦП осуществляется во второй (активной) половине тактов (фиг.6. е; tпер.тест). Периодическое тестирование проводится в силу возможной нестабильности параметров работающего АЦП. В течение первой (пассивной) половины тактов осуществляется анализ и последующая коррекция отсчетов информационного входного сигнала (фиг.6. е; tкор). По поступлении на вход АЦП преобразуемого сигнала ОЗУ переводится в режим считывания информации из ячеек, адрес которых соответствует выходному коду АЦП. Считанный код вычитается из выходного кода АЦП (4). Сформированный код будет соответствовать режиму безыскаженного аналого-цифрового преобразования.Upon completion of the stage of continuous testing (Fig. 6. e; t nest test ), the ADC switches to the error correction mode. At this stage, the periodic testing of the ADC is carried out in the second (active) half of the clock cycles ( Fig.6 . E; t first test ). Periodic testing is carried out due to the possible instability of the parameters of a working ADC. During the first (passive) half of the clocks, an analysis and subsequent correction of the samples of the information input signal is performed (Fig. 6. e; t cor ). Upon receipt of the converted signal at the input of the ADC, the RAM is transferred to the mode of reading information from the cells whose address corresponds to the output code of the ADC. The read code is subtracted from the output of the ADC (4). The generated code will correspond to the distortionless analog-to-digital conversion mode.

Структурная схема устройства реализации способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования приведена на фиг.4.The block diagram of a device for implementing the method for correcting errors of analog-to-digital conversion is shown in Fig.4.

Устройство реализации способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования содержит генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, n-разрядный двоичный счетчик 2, (n+1)-входовый элемент И 3, 2×(n+1)-входовый инвертирующий цифровой коммутатор (ИЦК) 4, n-разрядный цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 5, коммутатор 6 аналоговых сигналов, корректируемый n-разрядный АЦП 7, ОЗУ 8 (2n слова × (k+1) разряда), (n+1)-разрядный сумматор 9, двухвходовый элемент ИЛИ 10, делитель на два 11, причем выход ГТИ 1 подключен к входу n-разрядного двоичного счетчика 2, выходы которого одновременно подключены к n входам (n+1)-входового элемента И 3, к n входам первой группы 2×(n+1)-входового ИЦК 4 и входам n-разрядного ЦАП 5, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора 6 аналоговых сигналов, первый информационный вход которого служит входом устройства, а выход подключен к входу корректируемого n-разрядного АЦП 7, выходы которого подключены одновременно к шине адресов ОЗУ 8 и к n входам второй группы входов (n+1)-разрядного сумматора 9, на (n+1)-й вход второй группы входов которого (являющегося знаковым разрядом) подан уровень логического нуля; n выходов (n+1)-разрядного сумматора 9, являются выходами устройства, кроме того, выходы с первого по k-й и (n+1)-й (знаковый) одновременно подключены к (k+1)-н входам ОЗУ 8, соответствующие выходы которого соединены с подобными входами второй группы входов 2×(n+1)-входового ИЦК 4, у которого на входы второй группы входов с (k+1)-го по n-й и (n+1)-й вход первой группы входов подан уровень логического нуля, а (n+1)-й вход второй группы входов, являющийся входом управления, одновременно соединен с выходом двухвходового элемента ИЛИ 10, входом управления коммутатора 6 аналоговых сигналов, выходом устройства Uразр., разрешающим снятие информации, поступающей с выхода устройства; выходы ИЦК 4 соединены со входами первой группы входов (n+1)-разрядного сумматора 9, на младший разряд переноса которого подан уровень логической единицы; выход (n+1)-входового элемента И 3 подключен к входу делителя 11 на два, инверсный выход которого одновременно соединен с (n+1)-м входом (n+1)-входового элемента И 3 и со вторым входом двухвходового элемента ИЛИ 10, первый вход которого подключен к выходу ГТИ 1.A device for implementing the analog-to-digital conversion error correction method comprises a clock pulse generator (GTI) 1, an n-bit binary counter 2, an (n + 1) -input element AND 3, 2 × (n + 1) -input inverting digital switch (ILC) ) 4, n-bit digital-to-analog converter (DAC) 5, switch 6 of analog signals, adjustable n-bit ADC 7, RAM 8 (2 n words × (k + 1) bits), (n + 1) -bit adder 9, two-input element OR 10, divider by two 11, and the output of the GTI 1 is connected to the input of the n-bit binary counter 2, the outputs of which simultaneously connected to n inputs of the (n + 1) input element And 3, to n inputs of the first group of 2 × (n + 1) input ICC 4 and the inputs of the n-bit DAC 5, the output of which is connected to the second information input of the switch 6 analog signals, the first information input of which serves as the input of the device, and the output is connected to the input of the corrected n-bit ADC 7, the outputs of which are connected simultaneously to the address bus of RAM 8 and to the n inputs of the second group of inputs of the (n + 1) -bit adder 9, (n + 1) -th input of the second group of inputs of which (which is a sign bit m) filed logic-zero level; The n outputs of the (n + 1) -bit adder 9 are the device outputs, in addition, the first to kth and (n + 1) -th (sign) outputs are simultaneously connected to the (k + 1) -th RAM inputs 8 whose corresponding outputs are connected to similar inputs of the second group of inputs of the 2 × (n + 1) -input ICC 4, which has inputs of the second group of inputs from the (k + 1) th to the n-th and (n + 1) -th the input of the first group of inputs has a logic zero level, and the (n + 1) -th input of the second group of inputs, which is the control input, is simultaneously connected to the output of the two-input element OR 10, the control input of the switch 6 tax signals output device U bits. , allowing the removal of information coming from the output of the device; the outputs of the ICC 4 are connected to the inputs of the first group of inputs of the (n + 1) -bit adder 9, to the lowest transfer bit of which a logical unit level is supplied; the output of the (n + 1) -and input element And 3 is connected to the input of the divider 11 into two, the inverse output of which is simultaneously connected to the (n + 1) -th input of the (n + 1) -input element And 3 and to the second input of the two-input element OR 10, the first input of which is connected to the output of the GTI 1.

2×(n+1)-входовый инвертирующий цифровой коммутатор 4 содержит инвертор 12, (n+1)-н инвертирующие коммутационные модули 13, в каждый из которых входят два двухвходовых элемента И 14 и 15, двухвходовый элемент ИЛИ-НЕ 16, причем вход управления ИЦК 4 подключен ко вторым входам двухвходовых элементов И 14 непосредственно, а И 15 через инвертор 12; первые входы двухвходовых элементов И 14 и И 15 являются входами, соответственно, первой и второй групп входов ИЦК 4, при этом номера входов ИЦК 4 соответствуют номерам инвертирующих коммутационных модулей 13; выходы двухвходовых элементов И 14 и И 15 являются входами двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ 16, выходы которых являются выходами инвертирующих коммутационных модулей 13 и соответствующими выходами ИЦК 4, при этом номера выходов ИЦК 4 соответствуют номерам инвертирующих коммутационных модулей 13.2 × (n + 1) -inverting inverting digital switch 4 contains an inverter 12, (n + 1) -inverting switching modules 13, each of which includes two two-input elements And 14 and 15, two-input element OR-NOT 16, and the control input of the ICC 4 is connected to the second inputs of the two-input elements And 14 directly, and And 15 through the inverter 12; the first inputs of the two-input elements And 14 And 15 are the inputs, respectively, of the first and second groups of inputs of the IDC 4, while the numbers of the inputs of the IDC 4 correspond to the numbers of the inverting switching modules 13; the outputs of the two-input elements AND 14 and AND 15 are the inputs of the two-input elements OR-NOT 16, the outputs of which are the outputs of the inverting switching modules 13 and the corresponding outputs of the ICC 4, while the numbers of the outputs of the ICC 4 correspond to the numbers of the inverting switching modules 13.

Инвертирующий цифровой коммутатор 4 работает следующим образом.The inverting digital switch 4 operates as follows.

При поступлении сигнала управления с низким уровнем напряжения на вход Uуправл. на вторые входы двухвходовых элементов И 14 подается уровень логической нуля. На вторые входы двухвходовых элементов И 15 подается уровень логической единицы, сформированный инвертором 12. Элементы И 14 запираются, элементы И 15 открываются. Коммутация сигналов первой группы входов ИЦК 4 запрещается. Коммутация сигналов второй группы входов ИЦК 4 производится с одновременной инверсией состояний посредством элементов ИЛИ-НЕ 16.When a control signal with a low voltage level is received at the input U control to the second inputs of the two-input elements And 14 serves the level of logical zero. At the second inputs of the two-input elements And 15 serves the level of the logical unit formed by the inverter 12. Elements And 14 are locked, the elements And 15 open. Switching of signals of the first group of inputs of ICC 4 is prohibited. Switching of signals of the second group of inputs of ICC 4 is performed with simultaneous inversion of states by means of OR-NOT 16 elements.

При поступлении сигнала управления с высоким уровнем напряжения на вход Uуправл. на вторые входы двухвходовых элементов И 14 подается уровень логической единицы. На вторые входы двухвходовых элементов И 15 подается уровень логического нуля, сформированный инвертором 12. Элементы И 14 открываются, элементы И 15 запираются. Коммутация сигналов второй группы входов ИЦК 4 запрещается. Коммутация сигналов первой группы входов ИЦК 4 производится с одновременной инверсией состояний посредством элементов ИЛИ-НЕ 16.When a control signal with a high voltage level is received at the input U control the second inputs of the two-input elements And 14 serves the level of the logical unit. At the second inputs of the two-input elements And 15 a logic zero level is generated formed by the inverter 12. Elements And 14 are opened, Elements And 15 are locked. Switching signals of the second group of inputs of the ILC 4 is prohibited. The switching of the signals of the first group of inputs of the ICC 4 is carried out with the simultaneous inversion of states by means of OR-NOT 16 elements.

Диаграммы, поясняющие принцип работы устройства реализации способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, приведены на фиг.6, в частности диаграммы выходных сигналов:Diagrams explaining the principle of operation of the device implementing the method for correcting errors of analog-to-digital conversion are shown in Fig.6, in particular, diagrams of output signals:

а) - ГТИ1;a) - GTI1;

б) - прямого выхода триггера младшего разряда n-разрядного двоичного счетчика 2;b) - direct output of the trigger of the least significant bit of the n-bit binary counter 2;

в) - n-входового элемента И 3;c) - n-input element And 3;

г) - инверсного выхода делителя 11 на два;g) - inverse output of the divider 11 into two;

д) - n-разрядного ЦАП 5;d) - n-bit DAC 5;

е) - двухвходового элемента ИЛИ 10.e) - two-input element OR 10.

Устройство реализации способа коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования работает следующим образом.A device for implementing a method for correcting errors in analog-to-digital conversion works as follows.

Работа устройства проходит в два этапа - этап тестирования и этап коррекции.The device operates in two stages - the testing phase and the correction phase.

Этап непрерывного тестирования начинается в момент включения устройства и продолжается в течение первых 2n тактов ГТИ 1 (фиг 6. а, е). Перепадом питания делитель на два 11 устанавливается в нулевое состояние. Высокий уровень потенциала, с инверсного выхода делителя на два 11 (фиг 6. г), поступает на второй вход двухвходового элемента ИЛИ 10, в результате чего на его выходе также устанавливается уровень высокого потенциала (фиг 6. е), который не будет зависить от уровня логического потенциала на первом входе двухвходового элемента ИЛИ 10 (выходных сигналов ГТИ 1). Уровень высокого потенциала с выхода двухвходового элемента ИЛИ 10 обеспечивает:The stage of continuous testing begins at the moment the device is turned on and continues for the first 2 n cycles of the GTI 1 (Fig. 6. a, e). By a power difference, the divider by two 11 is set to zero. A high level of potential, from the inverse output of the divider to two 11 (Fig. 6. g), is fed to the second input of the two-input element OR 10, as a result of which a high potential level is also established at its output (Fig. 6. e), which will not depend on the level of logical potential at the first input of a two-input element OR 10 (output signals GTI 1). The level of high potential from the output of the two-input element OR 10 provides:

- коммутацию посредством коммутатора 6 аналоговых сигналов напряжения с выхода ЦАП 5 на вход АЦП 7;- switching through a switch 6 analog voltage signals from the output of the DAC 5 to the input of the ADC 7;

- перевод ОЗУ 8 в режим записи;- translation of RAM 8 into recording mode;

- коммутацию выходного кода n-разрядного двоичного счетчика 2 и кода знакового разряда, с последующей их инверсией, на первую группу входов сумматора 9;- switching the output code of the n-bit binary counter 2 and the sign code, followed by their inversion, to the first group of inputs of the adder 9;

- формирование сигнала, запрещающего считывание информации с выходов устройства (уровень высокого потенциала на выходе Uзапр.).- the formation of a signal prohibiting the reading of information from the outputs of the device (high potential level at the output of U ref. ).

Выходной код n-разрядного двоичного счетчика 2 несет информацию о номере такта, одновременно являясь коэффициентом матрицы безыскаженных значений ||f(xi)|| (3).The output code of the n-bit binary counter 2 carries information about the measure number, while being the coefficient of the matrix of distortionless values || f (x i ) || (3).

С учетом введения напряжения с уровнем логической единицы на вход переноса младшего разряда сумматора 9 и инверсии, осуществляемой ИЦК 4, выходной код n-разрядного двоичного счетчика 2 преобразуется в дополнительный код отрицательного числа (второе слагаемое в выражении (3)).Taking into account the introduction of voltage with the level of a logical unit to the input of the low-order transfer of the adder 9 and the inversion by the CID 4, the output code of the n-bit binary counter 2 is converted into an additional negative number code (the second term in expression (3)).

Уровень напряжения сигнала на выходе ЦАП 5 пропорционален номеру такта (коду n-разрядного двоичного счетчика 2), (фиг 5. д).The voltage level of the signal at the output of the DAC 5 is proportional to the clock number (code of the n-bit binary counter 2), (Fig. 5. d).

Выходной код АЦП 7 одновременно поступает на вторые входы сумматора 9 и служит адресом ячеек памяти ОЗУ 8, в которые записывается выходной код сумматора 9, представляющий собой коэффициенты матрицы отклонений ||Δyи(xi)|| (3).The output code of the ADC 7 simultaneously arrives at the second inputs of the adder 9 and serves as the address of the memory cells of the RAM 8, into which the output code of the adder 9 is written, which is the coefficients of the deviation matrix || Δy and (x i ) || (3).

ОЗУ 8 (2n слова × (k+1) разряда) характеризуется тем, что k<n, причем величина k определяется предельной погрешностью корректируемого АЦП. Например, в случае 16 разрядного АЦП с максимальной погрешностью 1% абсолютная погрешность, выраженная:RAM 8 (2 n words × (k + 1) bits) is characterized by the fact that k <n, and the value of k is determined by the marginal error of the corrected ADC. For example, in the case of a 16-bit ADC with a maximum error of 1%, the absolute error expressed by:

- в уровнях квантования, составит:- in quantization levels, will be:

δ=216/100=655 уровнейδ = 2 16/100 = 655 levels

- в числе разрядов, составит:- among the categories, will be:

512=29<nδ<210=1024.512 = 2 9 <n δ <2 10 = 1024.

С учетом пикового характера погрешностей правомерно принимать k=9. (k+1)-й разряд - знаковый, тогда (k+1)=10. Общий объем памяти ОЗУ составит:Given the peak nature of the errors, it is legitimate to take k = 9. (k + 1) -th digit is significant, then (k + 1) = 10. The total RAM memory will be:

2n·(k+1)=216·10=655360 бит.2 n · (k + 1) = 2 16 · 10 = 655360 bits.

К моменту поступления 2n-ного такта в ОЗУ 8 формируется код матрицы (3) детерминированных значений отклонения аддитивно-мультипликативной (искаженной) характеристики преобразования АЦП от безыскаженной (идеальной). При этом коэффициенты матрицы отклонений будут жестко взаимосвязаны с аддитивно-мультипликативной (искаженной) характеристикой преобразования АЦП 7 (выходными кодами АЦП 7).By the time the 2 n- th clock arrives in RAM 8, a matrix code is generated (3) of the determined values of the deviation of the additive-multiplicative (distorted) characteristics of the ADC conversion from the undistorted (ideal) one. In this case, the coefficients of the deviation matrix will be tightly interconnected with the additive-multiplicative (distorted) characteristic of the ADC 7 conversion (ADC 7 output codes).

В момент поступления на вход n-разрядного двоичного счетчика 2 (2n-1)-го импульса с выхода ГТИ 1 на всех выходах счетчика 2, а значит и на выходе (n+1)-входового элемента И 3, устанавливается уровень логической единицы (фиг 6.в). По поступлению на вход n-разрядного двоичного счетчика 2 2n-ного импульса:At the moment of the input of the n-bit binary counter of the 2 (2 n -1) -th pulse from the output of the GTI 1 at all outputs of the counter 2, and therefore at the output of the (n + 1) -input element And 3, the level of the logical unit is set (Fig 6.c). Upon receipt of the input n-bit binary counter 2 2 n- th pulse:

- n-разрядный двоичный счетчик 2 обнуляется;- n-bit binary counter 2 is reset;

- на выходе (n+1)-входового элемента И 3 устанавливается уровень логического нуля, (фиг 6.в);- at the output of the (n + 1) -input element And 3 the level of logical zero is set, (Fig 6.c);

- на инверсном выходе делителя на два 11 устанавливается уровень логического нуля (фиг 6.г), (данное состояние остается неизменным вплоть до выключения питания устройства);- at the inverted output of the divider by two 11, the logical zero level is set (Fig. 6.d), (this state remains unchanged until the device is turned off);

- на втором входе двухвходового элемента ИЛИ 10 устанавливается уровень логического нуля (фиг 6.е);- at the second input of the two-input element OR 10, the logic zero level is set (Fig 6.e);

- этап непрерывного тестирования завершается (фиг.6.е; tнепр.тест), начинается этап коррекции.- the stage of continuous testing is completed (Fig.6.e; t nep.test ), the correction stage begins.

Этап коррекции.Stage of correction.

При наступлении активной части такта (импульса, поступающего с выхода ГТИ 1 (фиг.6.а) алгоритм работы устройства аналогичен алгоритму этапа непрерывного тестирования. Периодическое тестирование АЦП 7 необходимо вследствие возможной нестабильности параметров работающего АЦП.Upon the onset of the active part of the cycle (the pulse coming from the output of the GTI 1 (Fig.6.a), the algorithm of the device is similar to the algorithm of the continuous testing phase. Periodic testing of the ADC 7 is necessary due to the possible instability of the parameters of the working ADC.

При наступлении пассивной части такта (паузы в поступлении импульсов с выхода ГТИ 1 (фиг.6.а) на выходе двухвходового элемента ИЛИ 10 устанавливается уровень логического нуля (фиг.6.е; tкор), что:Upon the onset of the passive part of the cycle (pause in the receipt of pulses from the output of the GTI 1 (Fig.6.a) at the output of the two-input element OR 10, the logic zero level is set (Fig.6.е; t cor ), which:

- обеспечивает коммутацию посредством коммутатора 6 аналоговых сигналов напряжения с входа устройства на вход АЦП 7;- provides switching through a switch 6 analog voltage signals from the input of the device to the input of the ADC 7;

- ОЗУ 8 переводится в режим считывания информации из ячеек, адрес которых соответствует выходному коду АЦП 7;- RAM 8 is transferred to the mode of reading information from cells whose address corresponds to the output code of the ADC 7;

- формирование сигнала, разрешающего считывание информации с выходов устройства (уровень низкого потенциала на выходе Uзапр.).- the formation of a signal that allows the reading of information from the outputs of the device (low potential level at the output of U ref. ).

- коммутацию выходного кода ОЗУ 8, с последующей их инверсией, на первую группу входов сумматора 9.- switching the output code of RAM 8, with their subsequent inversion, to the first group of inputs of the adder 9.

С учетом введения напряжения с уровнем логической единицы на вход переноса младшего разряда сумматора 9 и инверсии, осуществляемой ИЦК 4, выходной код ОЗУ 8 преобразуется в дополнительный код отрицательного числа (второе слагаемое в выражении (4)).Taking into account the introduction of voltage with the level of a logical unit to the input of the low-order transfer of the adder 9 and the inversion performed by the ICC 4, the output code of the RAM 8 is converted into an additional code of a negative number (the second term in expression (4)).

Выходной код АЦП 7 есть не что иное, как коэффициенты матрицы апостериорных значений аддитивно-мультипликативной (реальной) характеристики преобразования АЦП. Посредством ОЗУ 8 и сумматора 9 обеспечивается сопоставление коэффициентов матриц идеальной и реальной характеристик преобразования АЦП.The output of the ADC 7 is nothing but the coefficients of the matrix of posterior values of the additive-multiplicative (real) characteristics of the ADC conversion. Using RAM 8 and adder 9 provides a comparison of the coefficients of the matrices of the ideal and real characteristics of the conversion of the ADC.

То есть, в случае использования устройства, реализующего предлагаемый способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, возможно обеспечить безыскаженное аналого-цифровое преобразование сигналов с минимальным использованием вычислительных ресурсов.That is, in the case of using a device that implements the proposed method for correcting errors in analog-to-digital conversion, it is possible to provide a distortionless analog-to-digital signal conversion with minimal use of computing resources.

Минимальное использование вычислительных ресурсов существенно выделяет предлагаемый способ и устройство его реализации, по сравнению с прототипом, по целому ряду показателей:The minimum use of computing resources significantly distinguishes the proposed method and device for its implementation, compared with the prototype, for a number of indicators:

1) сложности реализации - прототип несомненно сложнее, так как для его реализации использован измерительно-вычислительный комплекс (фактически спецпроцессор);1) implementation difficulties - the prototype is undoubtedly more complicated, since a measuring and computing complex (actually a special processor) was used for its implementation;

2) степени коррекции погрешностей - прототип обеспечивает меньшую точность АЦП в силу использования операции деления (2), (3), (4) которая, в обязательном порядке, сопровождается погрешностями расчетов, так как делимое и делитель являются дискретными величинами, а значит, наряду со стандартной погрешностью цифровых систем, обусловленной величиной шага квантования (от которой не избавлено и устройство по предлагаемому способу), имеет место дополнительная погрешность - погрешность вычислений;2) the degree of error correction - the prototype provides lower accuracy of the ADC due to the use of the division operation (2), (3), (4) which, without fail, is accompanied by calculation errors, since the dividend and divider are discrete values, which means that along with with the standard error of digital systems, due to the magnitude of the quantization step (of which the device according to the proposed method is not spared), there is an additional error - calculation error;

3) быстродействию - прототип обладает значительно более низким быстродействием уже в силу использования итерационного алгоритма, который предполагает как минимум два цикла аналого-цифровых преобразований, за каждый из которых преобразования должны проводиться трижды (величины Y, Yi, Y'i, (2)), то есть реальное быстродействие прототипа, без учета потерь времени на проведение вычислений, как минимум в три раза меньше, чем у устройства по предлагаемому способу.3) speed - the prototype has significantly lower speed due to the use of an iterative algorithm, which involves at least two cycles of analog-to-digital conversions, for each of which the conversions must be carried out three times (values Y, Y i , Y ' i , (2) ), that is, the real speed of the prototype, without taking into account the loss of time for calculations, is at least three times less than that of the device according to the proposed method.

В ходе проведения сравнительной оценки прототипа и устройства по предлагаемому способу нельзя не учитывать критерий готовности устройства к использованию (времени выхода устройства на рабочий режим), по которому устройство по предлагаемому способу явно проигрывает. Однако следует учесть, что измерительная техника, к области которой относится изобретение, обязательно предполагает предварительный «прогрев» аппаратуры перед началом измерений, а значит длительность этапа тестирования устройства по предлагаемому способу, составляющая доли секунды (единицы секунд), не окажет практически никакого влияния на коэффициент готовности измерительной техники (информационно-измерительной системы). Справедливость изложенного обусловлена тем, что в коррекции характеристик преобразования нуждаются прежде всего высокоскоростные АЦП. В частности, 12-разрядный последовательно-параллельный АЦП ADC 12281 выполняет до 20 млн. отсчетов в секунду (Волович Г.И. Микросхемы АЦП и ЦАП / Г.И.Волович, В.Б.Ежов. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. - 432 с.), в силу этого этап непрерывного тестирования согласно выражениюDuring the comparative evaluation of the prototype and the device according to the proposed method, it is impossible not to take into account the criterion of the device’s readiness for use (time the device goes to operating mode), according to which the device by the proposed method clearly loses. However, it should be noted that the measuring technique, to which the invention belongs, necessarily involves preliminary “warming up” of the equipment before starting the measurements, which means that the duration of the testing phase of the device according to the proposed method, which is a fraction of a second (unit seconds), will have practically no effect on the coefficient readiness of measuring equipment (information measuring system). The validity of the aforementioned is due to the fact that high-speed ADCs primarily require the conversion characteristics correction. In particular, the ADC 12281 12-bit serial-parallel ADC performs up to 20 million samples per second (G. Volovich, ADC and DAC chips / G. I. Volovich, V. B. Ezhov. - M .: Publishing House “ Dodeka-XXI ", 2005. - 432 p.), Because of this, the stage of continuous testing according to the expression

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

где k=2 - количество обращений к АЦП за такт;where k = 2 is the number of calls to the ADC per cycle;

Nn=2n=212 - количество тактов за период непрерывного тестирования АЦП;N n = 2 n = 2 12 - the number of ticks for the period of continuous testing of the ADC;

Nt=2·107 - количество отсчетов в секунду (количество обращений к АЦП за секунду);N t = 2 · 10 7 - the number of samples per second (the number of calls to the ADC per second);

составит:will be:

Figure 00000016
Figure 00000016

То есть в случае реализации устройства по предлагаемому способу, по отношению к прототипу, будет иметь место:That is, in the case of the implementation of the device according to the proposed method, in relation to the prototype, there will be:

1) снижение сложности;1) decrease in complexity;

2) увеличение точности;2) increase in accuracy;

3) повышение быстродействия.3) increased performance.

Claims (2)

1. Способ коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, включающий коррекцию на основе последовательного цифроаналогового и аналого-цифрового преобразования сигналов с последующим сохранением результата аналого-цифрового преобразования в оперативном запоминающем устройстве, отличающийся тем, что в него введен процесс тестирования, который в начале осуществляется в непрерывном режиме с момента включения аналого-цифрового преобразователя в течение 2n тактов с последующим запоминанием кода разности выходного кода аналого-цифрового преобразователя и кода номера такта по адресу выходного кода корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя, на вход которого подается тестовый сигнал, представляющий собой ступенчатую функцию напряжения, уровень мгновенного значения которого пропорционален коду числа тактовых импульсов и в случае линеаризации за полный период тестирования (2n тактов) будет совпадать с идеализированной характеристикой аналого-цифрового преобразования, при этом в ходе непрерывного тестирования режим коррекции блокируется, а по завершении непрерывного тестирования начинается этап коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, причем режимы коррекции и периодического тестирования в течение одного такта чередуются, а периодическое тестирование проводится ввиду возможной нестабильности характеристики преобразования аналого-цифрового преобразователя, при этом в режиме коррекции выходной код аналого-цифрового преобразователя служит одновременно уменьшаемым кодом и адресом вычитаемого кода - кода, записанного ранее в оперативное запоминающее устройство в ходе режима тестирования, несущего информацию об отклонении искаженной реальной характеристики преобразования аналого-цифрового преобразователя от идеальной; результат вычислений представляет собой код значения напряжения, лежащего на идеализированной характеристике аналого-цифрового преобразования.1. A method for correcting errors in analog-to-digital conversion, including correction based on sequential digital-to-analog and analog-to-digital conversion of signals, followed by storing the result of analog-to-digital conversion in a random access memory, characterized in that a testing process is introduced into it, which is carried out at the beginning continuous operation from the moment the analog-to-digital converter is turned on for 2 n cycles, followed by storing the difference code of the output analog code -digital converter and clock number code at the address of the output code of the corrected n-bit analog-to-digital converter, to the input of which a test signal is presented, which is a step-by-step voltage function, the instantaneous value of which is proportional to the code of the number of clock pulses in the case of linearization for the full test period (2 n cycles) will coincide with the idealized characteristic of analog-to-digital conversion, while during continuous testing the correction mode is blocked, and upon completion of continuous testing, the stage of correction of errors in the analog-to-digital conversion begins, and the correction and periodic testing modes alternate during one cycle, and periodic testing is carried out due to the possible instability of the conversion characteristics of the analog-to-digital converter, while in the correction mode the output code of the analog-to-digital the converter serves as both a reducible code and the address of a deductible code - a code previously recorded in random access memory device during the test mode, carrying information about the actual deviation distorted characteristics conversion analog-digital converter from the ideal; the result of the calculation is a code for the voltage value lying on the idealized characteristic of the analog-to-digital conversion. 2. Устройство коррекции погрешностей аналого-цифрового преобразования, содержащее коммутатор аналоговых сигналов, первый информационный вход которого служит входом устройства, а выход подключен ко входу корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя, выходы которого являются адресными входами оперативного запоминающего устройства (2n слова × n разряда), отличающееся тем, что в устройство введены генератор тактовых импульсов, n-разрядный двоичный счетчик, (n+1)-входовый элемент И, 2×(n+1)-входовый инвертирующий цифровой коммутатор, n-разрядный цифроаналоговый преобразователь, (n+1)-разрядный сумматор, двухвходовый элемент ИЛИ, делитель на два, причем выход генератора тактовых импульсов подключен к входу n-разрядного двоичного счетчика, выходы которого одновременно подключены к n входам (n+1)-входового элемента И, к n входам первой группы 2×(n+1)-входового инвертирующего цифрового коммутатора и входам n-разрядного цифроаналогового преобразователя, выход которого подключен к второму информационному входу коммутатора аналоговых сигналов; выходы корректируемого n-разрядного аналого-цифрового преобразователя подключены к n входам второй группы входов (n+1)-разрядного сумматора, на (n+1)-й вход второй группы входов которого, являющегося знаковым разрядом, подан уровень логического нуля; n выходов (n+1)-разрядного сумматора являются выходами устройства, кроме того, выходы с первого по k-й и (n+1)-й (знаковый) одновременно подключены к (n+1)-м входам оперативного запоминающего устройства, соответствующие выходы которого соединены с подобными входами второй группы входов 2×(n+1)-входового инвертирующего цифрового коммутатора, у которого на входы второй группы входов, с (k+1)-го по n-й и (n+1)-й вход первой группы входов подан уровень логического нуля, а (n+1)-й входы второй группы входов, являющийся входом управления, одновременно соединен с выходом двухвходового элемента ИЛИ, входом управления коммутатора аналоговых сигналов, выходом устройства Uзапр., запрещающим снятие информации, поступающей с выхода устройства; выходы инвертирующего цифрового коммутатора соединены со входами первой группы входов (n+1)-разрядного сумматора, на младший разряд переноса которого подан уровень логической единицы; выход (n+1)-входового элемента И подключен к входу делителя на два, инверсный выход которого одновременно соединен с (n+1)-м входом (n+1)-входового элемента И и со вторым входом двухвходового элемента ИЛИ, первый вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов; а 2×(n+1)-входовый инвертирующий цифровой коммутатор содержит инвертор, (n+1) инвертирующие коммутационные модули, в каждый из которых входят по два двухвходовых элемента И, двухвходовый элемент ИЛИ-НЕ, причем вход управления инвертирующего цифрового коммутатора подключен ко вторым входам первого двухвходового элемента И непосредственно, а второго двухвходового элемента И через инвертор; первые входы обоих двухвходовых элементов И являются входами соответственно первой и второй групп входов инвертирующего цифрового коммутатора, при этом номера входов инвертирующего цифрового коммутатора соответствуют номерам инвертирующих коммутационных модулей; выходы двухвходовых элементов И являются входами двухвходовых элементов ИЛИ-НЕ, выходы которых являются выходами инвертирующих коммутационных модулей и соответствующими выходами инвертирующего цифрового коммутатора, при этом номера выходов инвертирующего цифрового коммутатора соответствуют номерам инвертирующих коммутационных модулей.2. A device for error correction of analog-to-digital conversion, containing a switch of analog signals, the first information input of which serves as the input of the device, and the output is connected to the input of the corrected n-bit analog-to-digital converter, the outputs of which are address inputs of random access memory (2 n words × n bits), characterized in that a clock generator, an n-bit binary counter, an (n + 1) -and input element And, 2 × (n + 1) -invert digital input a torus, an n-bit digital-to-analog converter, an (n + 1) -bit adder, a two-input OR element, a divider by two, and the output of the clock generator is connected to the input of an n-bit binary counter, the outputs of which are simultaneously connected to n inputs (n + 1 ) -input element And, to the n inputs of the first group of a 2 × (n + 1) -input inverting digital switch and the inputs of an n-bit digital-to-analog converter, the output of which is connected to the second information input of the analog signal switch; the outputs of the corrected n-bit analog-to-digital converter are connected to the n inputs of the second group of inputs of the (n + 1) -bit adder, the logical null level is supplied to the (n + 1) -th input of the second group of inputs of which is a sign bit; The n outputs of the (n + 1) -bit adder are the outputs of the device, in addition, the outputs from the first to the kth and (n + 1) -th (sign) are simultaneously connected to the (n + 1) -th inputs of the random access memory, the corresponding outputs of which are connected to similar inputs of the second group of inputs of a 2 × (n + 1) input inverting digital switch, which has inputs of the second group of inputs, from (k + 1) -th to the n-th and (n + 1) - the first input of the first group of inputs has a logic zero level, and the (n + 1) -th inputs of the second group of inputs, which is the control input, is simultaneously connected to the course of the two-input element OR, the control input of the analog signal switch, the device output U ref. prohibiting the removal of information coming from the output of the device; the outputs of the inverting digital switch are connected to the inputs of the first group of inputs of the (n + 1) -bit adder, the lowest level of the transfer of which the level of the logical unit; the output of the (n + 1) -and input element And is connected to the input of the divider by two, the inverse output of which is simultaneously connected to the (n + 1) -th input of the (n + 1) -input element And and with the second input of the two-input element OR, the first input which is connected to the output of the clock; a 2 × (n + 1) input inverting digital switch contains an inverter, (n + 1) inverting switching modules, each of which includes two two-input AND elements, a two-input OR-NOT element, and the control input of the inverting digital switch is connected to the second inputs of the first two-input element And directly, and the second two-input element And through the inverter; the first inputs of both two-input elements And are the inputs of the first and second groups of inputs of the inverting digital switch, respectively, while the numbers of the inputs of the inverting digital switch correspond to the numbers of the inverting switching modules; the outputs of two-input elements AND are inputs of two-input elements OR NOT, the outputs of which are the outputs of the inverting switching modules and the corresponding outputs of the inverting digital switch, while the numbers of the outputs of the inverting digital switch correspond to the numbers of the inverting switching modules.
RU2007108994/09A 2007-03-12 2007-03-12 Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation RU2326494C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108994/09A RU2326494C1 (en) 2007-03-12 2007-03-12 Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007108994/09A RU2326494C1 (en) 2007-03-12 2007-03-12 Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2326494C1 true RU2326494C1 (en) 2008-06-10

Family

ID=39581520

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007108994/09A RU2326494C1 (en) 2007-03-12 2007-03-12 Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2326494C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726911C1 (en) * 2019-07-02 2020-07-16 Юрий Александрович Никитин Method of vernier digital-analogue conversion

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2726911C1 (en) * 2019-07-02 2020-07-16 Юрий Александрович Никитин Method of vernier digital-analogue conversion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9041569B2 (en) Method and apparatus for calibration of successive approximation register analog-to-digital converters
US3506813A (en) Signal-to-noise ratio enhancement methods and means
US6667706B2 (en) Analog to digital converter
JPH09500243A (en) Algorithmic A / D converter with digitally calibrated output
US5068662A (en) Neural network analog-to-digital converter
TW201240354A (en) Test apparatus and test method of analog to digital converter
RU2326494C1 (en) Method of correction of analogue-to-digital conversion errors and device for its implementation
JPH01131918A (en) A/d converter
RU2399156C1 (en) Method of correcting analogue-to-digital conversion errors and device for realising said method
RU2334355C1 (en) Method of analog-digital conversion error correction and device for its realisation
RU67361U1 (en) DEVICE CORRECTION DEVICE FOR ANALOG-DIGITAL CONVERSION
RU66640U1 (en) DEVICE CORRECTION DEVICE FOR ANALOG-DIGITAL CONVERSION
CN116015292A (en) ADC calibration method based on fully-connected neural network
RU68820U1 (en) DEVICE CORRECTION DEVICE FOR ANALOG-DIGITAL CONVERSION
US11922131B2 (en) Scalable, multi-precision, self-calibrated multiplier-accumulator architecture
RU2352060C1 (en) Method and device of correction of analog-digital transformation errors
Liu et al. Direct digital frequency synthesizer based on curve approximation
SU618747A1 (en) Digital averaging arrangement
RU182312U1 (en) ANALOG-DIGITAL CONVERTER
RU2007025C1 (en) Method for error correction during analog-to-digital conversion
JP3782861B2 (en) A / D converter test method and test apparatus
RU2404438C1 (en) Signal real-time analysis device
RU2646356C1 (en) Analogue-to-digital converter
RU2656989C1 (en) Analogue-to-digital converter
SU1714808A1 (en) Adc error correction method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090313