RU2507681C2 - Method and apparatus for detecting nonlinear distortions caused by analogue-to-digital converter - Google Patents
Method and apparatus for detecting nonlinear distortions caused by analogue-to-digital converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507681C2 RU2507681C2 RU2012149720/08A RU2012149720A RU2507681C2 RU 2507681 C2 RU2507681 C2 RU 2507681C2 RU 2012149720/08 A RU2012149720/08 A RU 2012149720/08A RU 2012149720 A RU2012149720 A RU 2012149720A RU 2507681 C2 RU2507681 C2 RU 2507681C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- average value
- unit
- analog
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиоизмерений и предназначено для контроля работы аналого-цифровых преобразователей без применения специальных тестовых сигналов.The invention relates to the field of radio measurements and is intended to control the operation of analog-to-digital converters without the use of special test signals.
Известен способ, который может быть использован для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем (АЦП) в преобразуемый сигнал. Способ предусматривает статистическую оценку одного из показателей выходного сигнала (цифрового кода) за некоторый интервал времени и сравнение его с заранее заданным пороговым уровнем, при превышении порогового уровня выносят решение о наличии искажений. Информативным показателем может быть, например, дисперсия выходного сигнала, преобразованного в цифровой код. Для реализации способа служит устройство, состоящее из блока статистической оценки уровня сигнала и компаратора [Пат. RU 2274868. Опубл. 20.04.2006. Бюл. №11].A known method that can be used to detect non-linear distortion introduced by an analog-to-digital Converter (ADC) in the converted signal. The method provides a statistical assessment of one of the indicators of the output signal (digital code) for a certain time interval and comparing it with a predetermined threshold level, if the threshold level is exceeded, a decision is made on the presence of distortions. An informative indicator may be, for example, the variance of the output signal converted to a digital code. To implement the method, a device is used, consisting of a unit for statistical estimation of signal level and a comparator [US Pat. RU 2274868. Publ. 04/20/2006. Bull. No. 11].
Упомянутый способ, выбранный в качестве прототипа, позволяет контролировать появление нелинейных искажений в АЦП без применения тестовых сигналов, извлекая информацию из рабочего случайного сигнала с произвольным спектром. Однако недостатком его является низкая точность выявления искажений, обусловленная тем, что способ позволяет выявлять нелинейные искажения, вызванные только амплитудным ограничением выходных сигналов, то есть в ситуациях, когда искажения достигают достаточно больших значений. Фактически он является способом статистического контроля уровня выходного сигнала.The mentioned method, selected as a prototype, allows you to control the appearance of nonlinear distortions in the ADC without using test signals, extracting information from a working random signal with an arbitrary spectrum. However, its disadvantage is the low accuracy of detecting distortions, due to the fact that the method allows to detect non-linear distortions caused only by the amplitude limitation of the output signals, that is, in situations where the distortions reach sufficiently large values. In fact, it is a method of statistical control of the output signal level.
Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в повышении точности выявления возникающих искажений за счет выявления искажений до начала амплитудного ограничения.The technical result achieved by using the present invention is to increase the accuracy of detecting distortions by detecting distortions before the start of the amplitude limitation.
По первому варианту технический результат достигается тем, что в способе выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, предусматривающем подачу на вход аналого-цифрового преобразователя знакопеременного сигнала с нулевым средним, согласно изобретению уменьшают выходной цифровой код на величину, равную значению выходного кода при нулевом входном сигнале, после чего измеряют модуль среднего значения цифрового кода, сравнивают его с пороговым значением, отличным от нуля, и если измеренный модуль среднего значения цифрового кода превосходит пороговое значение, то выносят решение о наличии искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал.According to the first embodiment, the technical result is achieved by the fact that in the method for detecting non-linear distortions introduced by an analog-to-digital converter into a signal to be converted, comprising supplying an alternating signal with a zero mean to the input of an analog-to-digital converter, according to the invention, the digital output code is reduced by an amount equal to the value of the output code with a zero input signal, after which they measure the module of the average value of the digital code, compare it with a threshold value other than zero, and if enny module mean value of the digital code exceeds the threshold, then give a decision about the presence of distortions introduced by the analog-digital converter into the processed signal.
При этом пороговое значение задают, исходя из требований к допустимому уровню нелинейных искажений.In this case, the threshold value is set based on the requirements for an acceptable level of nonlinear distortion.
Кроме того, для достижения технического результата по первому варианту, устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, согласно изобретению содержит блок вычитания, блок измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, первый вход блока вычитания является входом устройства, выход блока вычитания соединен со входом блока измерения модуля среднего значения цифрового кода, выход которого соединен со входом блока принятия решений, второй вход блока вычитания является входом фиксированной величины.In addition, to achieve a technical result according to the first embodiment, the device for detecting nonlinear distortions introduced by an analog-to-digital converter into a signal to be converted, according to the invention, comprises a subtraction unit, a unit for measuring the average value of the digital code and a decision unit, the output of which is the information output of the device , the first input of the subtraction block is the input of the device, the output of the subtraction block is connected to the input of the measurement block of the module of the average value of the digital code, the output of which connected to the input of decision block, the second input of the subtractor is input to a fixed value.
По второму варианту технический результат достигается тем, что в способе выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, предусматривающем подачу на вход аналого-цифрового преобразователя знакопеременного сигнала с нулевым средним, согласно изобретению измеряют среднее значение цифрового кода на выходе аналого-цифрового преобразователя, сравнивают его с заранее заданным эталонным значением, если измеренное среднее значение цифрового кода отличается от эталонного значения более чем на допустимую величину, то выносят решение о наличии искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал.According to the second embodiment, the technical result is achieved by the fact that in the method for detecting non-linear distortions introduced by an analog-to-digital converter into a signal to be converted, comprising supplying an alternating signal with a zero mean to the input of the analog-to-digital converter, according to the invention, the average value of the digital code at the output of the analog-digital converter, compare it with a predetermined reference value, if the measured average value of the digital code differs from the reference value for more than If the permissible value is reached, then a decision is made on the presence of distortions introduced by the analog-to-digital converter into the converted signal.
При этом эталонное значение определяется цифровым кодом на выходе аналого-цифрового преобразователя при нулевом входном сигнале.In this case, the reference value is determined by a digital code at the output of the analog-to-digital converter with a zero input signal.
Кроме того, для достижения технического результата по второму варианту, устройство для выявления нелинейных искажений, вносимых аналого-цифровым преобразователем в преобразуемый сигнал, согласно изобретению содержит блок измерения среднего значения цифрового кода и блок принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, выход блока измерения среднего значения цифрового кода соединен со входом блока принятия решений, вход блок измерения среднего значения цифрового кода является входом устройства.In addition, to achieve a technical result according to the second embodiment, the device for detecting non-linear distortions introduced by an analog-to-digital converter into a signal to be converted, according to the invention, comprises a unit for measuring the average value of a digital code and a decision unit, the output of which is the information output of the device, the output of the measurement unit the mean value of the digital code is connected to the input of the decision block, the input of the mean value measurement unit of the digital code is the input of the device.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом.The invention is illustrated graphic material.
На фиг.1 виде графиков зависимости напряжения от времени показаны три случая искажений в устройстве с нелинейной характеристикой случайного сигнала, представленного нормированными значениями Uвых/U0 (Uвых - выходное напряжение устройства, вносящего искажения, U0 - выходное напряжение устройства при нулевом входном сигнале).Figure 1 is a graph of voltage versus time showing three cases of distortion in a device with a non-linear characteristic of a random signal represented by normalized values of U o / U 0 (U o is the output voltage of the distorting device, U 0 is the output voltage of the device at zero input signal).
На фиг.2 и фиг.3 приведены функциональные схемы устройств для выявления нелинейных искажений, выделенные штриховыми линиями.Figure 2 and figure 3 shows the functional diagrams of devices for detecting non-linear distortions, highlighted by dashed lines.
На фиг.1 выделены три участка Т1, Т2 и T3 (интервалы времени), каждому из которых соответствует определенный уровень искажений.In figure 1, three sections T 1 , T 2 and T 3 (time intervals) are highlighted, each of which corresponds to a certain level of distortion.
Схема по фиг.2 содержит контролируемый АЦП 1, блок 2 вычитания, блок 3 измерения модуля среднего значения цифрового кода и блок 4 принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, первый вход блока 2 вычитания является входом устройства, выход блока 2 вычитания соединен со входом блока 3 измерения модуля среднего значения цифрового кода, выход которого соединен со входом блока 4 принятия решений, второй вход блока 2 вычитания является входом фиксированной величины Код «нуля».The circuit of FIG. 2 contains a monitored
Схема по фиг.3 содержит контролируемый АЦП 5, блок 6 измерения среднего значения цифрового кода и блок 7 принятия решений, выход которого является информационным выходом устройства, выход блока 6 измерения среднего значения цифрового кода соединен со входом блока 7 принятия решений, вход блока измерения среднего значения цифрового кода является входом устройства.The circuit of FIG. 3 contains a monitored
В основе настоящей группы изобретений лежит факт изменения среднего значения случайного процесса в результате его нелинейного преобразования. Случайный процесс с нулевым средним после прохождения устройства с монотонной нелинейной характеристикой изменяет свой спектральный состав таким образом, что в нем появляется постоянная составляющая, зависящая от степени выраженности нелинейности. Теоретическое обоснование указанного приведено в работе [Аванесян Г.Р. Определение нелинейных искажений сигналов по измерениям во временной области // Журнал радиоэлектроники, №2, 2011]. В качестве иллюстрации на фиг.1 показаны три случая прохождения случайного процесса с нулевым средним через устройство с нелинейной характеристикой. Различные нелинейные искажения создавались при постоянной нелинейной характеристике изменениями уровня входного сигнала. В результате кроме ожидаемого изменения уровня выходного сигнала было зафиксировано и изменение его среднего значения. Из фиг.1 видно, что с ростом нелинейных искажений, вызванных ростом уровня сигнала, наблюдается и рост среднего значения выходного сигнала. Наименьшим искажениям, условно принятым за нулевой уровень, соответствует среднее значение выходного сигнала Ucp1, полученное на интервале Т1. Сигналу на участке T2 соответствует среднее значение Uср2, а сигналу на участке T3 - значение Uср3. Причем несложно видеть, что Ucp1<Ucp2<Uср3.The basis of this group of inventions is the fact of changing the average value of a random process as a result of its nonlinear transformation. A random process with a zero mean after passing through a device with a monotonous nonlinear characteristic changes its spectral composition in such a way that a constant component appears in it, depending on the severity of the nonlinearity. The theoretical rationale for this is given in [Avanesyan G.R. Determination of nonlinear distortion of signals from measurements in the time domain // Journal of Radio Electronics, No. 2, 2011]. As an illustration, FIG. 1 shows three cases of passing a random process with a zero mean through a device with a non-linear characteristic. Various non-linear distortions were created with a constant non-linear characteristic by changes in the input signal level. As a result, in addition to the expected change in the level of the output signal, a change in its average value was recorded. Figure 1 shows that with an increase in non-linear distortions caused by an increase in the signal level, an increase in the average value of the output signal is observed. The smallest distortion, conventionally taken as the zero level, corresponds to the average value of the output signal U cp1 obtained on the interval T 1 . The signal in section T 2 corresponds to the average value of U cf2 , and the signal in section T 3 corresponds to the value of U cf3 . Moreover, it is easy to see that U cp1 <U cp2 <U cp3 .
Из вышеизложенного следует, что задача выявления нелинейных искажений, возникающих в АЦП процессе преобразования входного аналогового сигнала uвх с нулевым средним в цифровой код u(n), может быть обоснованно сведена к измерению и анализу среднего значения кода на выходе контролируемого АЦП. Возможны два варианта. Согласно первому перед измерением среднего значения выходного кода АЦП из выходного кода вычитают нулевой уровень u0 - код на выходе АЦП, соответствующий нулевому входному сигналу (код «нуля»). Это необходимо для удаления постоянной составляющей на выходе АЦП, которая присутствует на его выходе при работе с биполярными сигналами и, как правило, равная половине диапазона возможных значений выходного кода. Для этого предусматривается блок 2 вычитания (см. фиг.2), на вход вычитаемого которого подается код, соответствующий нулевому входному сигналу. Указанный код может быть определен либо экспериментально до начала контроля АЦП 1 при отсутствии входного сигнала, либо получен из документации на контролируемый преобразователь. После измерения в блоке 3 модуля среднего значения, полученный результат сравнивается в блоке 4 принятия решений с заранее заданным порогом Н. При равенстве или превышении порога выносится решение о наличии в выходном коде контролируемого АЦП искажений. То есть принцип действия устройства сводится к проверке выполнения неравенства:
По второму варианту работа устройства (см. фиг.3) сводится к измерению среднего значения выходного кода u(n) контролируемого АЦП 5 и определению в блоке 7 принятия решений: выполняется двойное неравенство
Относительно реализации блока принятия решений отметим следующее. При реализации функций указанного блока аппаратно в первом случае блок 4 может представлять собой компаратор двоичных кодов, на один из входов которого (сигнальный вход) подается код с выхода блока 3, а на другой (опорный вход) - код порога Н. Входы компаратора выбираются таким образом, чтобы при превышении порога Н происходило срабатывание компаратора. Выход компаратора будет являться выходом блока 4. Во втором случае, касающемся блока 7, необходимо применение двух компараторов, один из которых будет срабатывать в том случае если код на сигнальном входе больше кода, соответствующего значению величины u0-Δu0, подаваемой на опорный вход, а другой при превышении величины u0+Δu0, подаваемой на его опорный вход. При объединении выходов двух указанных компараторов по логической схеме ЭКВИВАЛЕНТНОСТЬ (ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ) на выходе логического элемента, выполняющего данную операцию, будет появляться логическая единица при несоблюдении неравенства
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012149720/08A RU2507681C2 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Method and apparatus for detecting nonlinear distortions caused by analogue-to-digital converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012149720/08A RU2507681C2 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Method and apparatus for detecting nonlinear distortions caused by analogue-to-digital converter |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012149720A RU2012149720A (en) | 2013-03-10 |
RU2507681C2 true RU2507681C2 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=49123222
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012149720/08A RU2507681C2 (en) | 2012-11-21 | 2012-11-21 | Method and apparatus for detecting nonlinear distortions caused by analogue-to-digital converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507681C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568039C2 (en) * | 2014-09-09 | 2015-11-10 | Гарри Романович Аванесян | Method for nonlinear distortion correction of signals and self-controlled amplifier (versions) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6639537B1 (en) * | 2000-03-31 | 2003-10-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Highly linear analog-to-digital conversion system and method thereof |
RU2247997C2 (en) * | 2003-09-09 | 2005-03-10 | Аванесян Гарри Романович | Random signals nonlinear distortion meter |
RU2274868C2 (en) * | 2004-05-19 | 2006-04-20 | Гарри Романович Аванесян | Method and device for estimating and indicating distortions of output signal of audio frequency amplifiers (overload indication) |
US20070030189A1 (en) * | 2004-03-25 | 2007-02-08 | Optichron, Inc. | Reduced complexity nonlinear filters for analog-to-digital converter linearization |
JP2007189535A (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Distortion compensation amplifier |
WO2011003978A2 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Imec | Interleaved pipelined binary search a/d converter |
-
2012
- 2012-11-21 RU RU2012149720/08A patent/RU2507681C2/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6639537B1 (en) * | 2000-03-31 | 2003-10-28 | Massachusetts Institute Of Technology | Highly linear analog-to-digital conversion system and method thereof |
RU2247997C2 (en) * | 2003-09-09 | 2005-03-10 | Аванесян Гарри Романович | Random signals nonlinear distortion meter |
US20070030189A1 (en) * | 2004-03-25 | 2007-02-08 | Optichron, Inc. | Reduced complexity nonlinear filters for analog-to-digital converter linearization |
RU2274868C2 (en) * | 2004-05-19 | 2006-04-20 | Гарри Романович Аванесян | Method and device for estimating and indicating distortions of output signal of audio frequency amplifiers (overload indication) |
JP2007189535A (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Hitachi Kokusai Electric Inc | Distortion compensation amplifier |
WO2011003978A2 (en) * | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Imec | Interleaved pipelined binary search a/d converter |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2568039C2 (en) * | 2014-09-09 | 2015-11-10 | Гарри Романович Аванесян | Method for nonlinear distortion correction of signals and self-controlled amplifier (versions) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012149720A (en) | 2013-03-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Adamo et al. | FFT test of A/D converters to determine the integral nonlinearity | |
JP2011117948A (en) | System and method for fetching vibration data | |
US9705523B1 (en) | Built in self-test | |
Fraser et al. | Detection of ADC clipping, quantization noise, and amplifier saturation in surface electromyography | |
RU2507681C2 (en) | Method and apparatus for detecting nonlinear distortions caused by analogue-to-digital converter | |
JP2006220629A (en) | Internal impedance measuring device for storage battery, and internal impedance measuring method of the storage battery | |
EP2902765A1 (en) | Leak inspection device, leak inspection method, and leak inspection program | |
KR101291595B1 (en) | Insulation status monitoring Apparatus of power equipments | |
KR101820040B1 (en) | Apparatus and method for measuring a partial discharging pulse | |
KR100772840B1 (en) | Apparatus and method for testing linearity character of analog to digital converter | |
US10615435B2 (en) | Method for monitoring the operating state of fuel cells | |
KR101832190B1 (en) | Apparatus and method for diagnosing a partial discharging having a calibration funtiality | |
Vasan et al. | Linearity testing of ADCs using low linearity stimulus and Kalman filtering | |
Sudani et al. | A comparative study of state-of-The-Art high-performance spectral test methods | |
Wijayasundara et al. | Linearity evaluation of high-speed sampling ADC board | |
Xu et al. | Efficient spectral testing with clipped and noncoherently sampled data | |
Nunzi et al. | A procedure for highly reproducible measurements of ADC spectral parameters | |
US10578655B2 (en) | Using voltage ride through frequency histogram for low current measurement | |
Bekirov et al. | Real time processing of the phase shift and the frequency by voltage signal conversion into the sequence of rectangular pulses | |
JP2008215897A (en) | Average current measurement circuit | |
WO2012165940A1 (en) | A method of measuring non-linearity specification of an analog-to-digital converter (adc) | |
RU2244314C2 (en) | Method for statistical evaluation of nonlinear distortions and device for realization of said method | |
Rapuano et al. | Experimental investigation on DAC glitch measurement | |
JP5711777B2 (en) | Signal quality evaluation apparatus and evaluation method | |
CN108007548A (en) | Method for diagnosing equipment fault through frequency sweep |