SU1755373A1 - Способ калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретени  - расширение области применени  за счет возможности калибровки линейности одноквадрантных и двухквадрантных ЦАП, Цель изобретени  достигаетс  за счет того, что погрешность линейности определ етс  по п формуле ПЛ| Т а Ј|, где а 0,1, а i 1 Ј| д HI (1 -f 1) + + 2(п-1)- -д нп а значение дн наход т из выражени  дп 2, (A2j - AIJ )/m - qH 1 1 где AIJ - перва  разность, измеренна  при включении j-ro разр да ЦАП, Agj - втора  разность, измеренна  при включении всех младших разр дов относительно j-ro, дн - номинальное значение кванта. 1 ил 1C

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) в процессе контрол  точностных параметров.

Цель изобретени  - расширение области применени  за счет возможности калибровки линейности одноквадрантных и двухквадрантных ЦАП.

На чертеже представлена схема устройства , реализующего данный способ.

Устройство содержит источник 1 опорного напр жени , задатчик2 кода, инвертор 3, цифровой измерительный вольтметр 4, переключатель 5, делитель 6 напр жени , устройство 7сопр жени  с ЭФВМ (контроллер ), микроЭВМ 8, входна  клемма 9, выходна  клемма 10, выходна  шина 11, калибруемый ЦАП 12.

Способ калибровки линейности ЦАП реализуетс  следующим образом.

Представим модель преобразовани  некоторых кодов в виде:

Ъ

О 0 f 000 U+Јa

Јэ Ј6

о о 001ч;+и + .

XI СЛ СЛ СО

ч|

CJ

или

ОСМООО-IOOCM н -U + Ј51

- t+u+64+e5 + 66j,

где V - идеальное значение выходного на- (А) значени  кванта преобразовани  и теопр женм , полученное от включени  треть- ретического

его разр да шестиразр дного кода 0001000

(количество разр дов выбрано произволь- 5нз Р+ ез в4 Ј5 -

но),5

Јi - весова  абсолютна  погрешность 1-го разр да калибруемого ЦАП; ЕЗ - ЕА - §з Јб(5)

q - номинальное (теоретическое) значение кванта преобразовани .,По аналогии дл  остальных, полученных

Если часть модели (1) справа от стрелки 10 на основных кодах преобразовани , запи- (знак преобразовани ) назвать аналоговым шем: эквивалентом преобразуемой кода, то разница таких аналоговых эквивалентов кодов, как 001000 и 000111 из (1) равна:

is Оц,Ј.-Ј гб9-Б4-е5-Јб;

(V+ Ј3)-(-q+V+ E4+ Ј5+ Ј6) Su -Ео-Е F F F

ОНг-С-2- L.3-t4-C.s- Сб ,

q+ез -Ј4 -Е5 -Јб(2)SHa Ј3-е4-Ј5-Јб ;

и представл ет собой действительный (ре- 20Ј 6 Ј

Su, Се

альный) квант данной точки характеристики 5 5 6

преобразовани  между кодами 000111 и°мб °5

001000.f.

Модель частичной или полной компен-(Ј сации аналоговых эквивалентов кодов 25

001000 и 000111 дополнительным опорнымгде дн - погрешность дифференциальной

сигналом имеет вид:нелинейности в данной (основной или разр дной ) точке преобразовани .

Весовые абсолютные погрешности одооГооо U + Ј5 -Ь 1 30позначно определ ютс  из следующей сисf-iЈ5C6 , г сЛтемы уравнени ;

ооо +

Ei- f+SMftt2... а разница таким образом скомпенсирован- 35 « л (n-il-i

ных аналоговых эквивалентов4 -4i; + H(Ut) f 2 °Hnj

(V+ Г3 - В H-q+V+ F4+ ft - В) -Бпн а . , ЈНп .

- q+rj-Ы-Ј5-fce(4)&h Н , прЧ H(m,i 0.

40

не зависит от напр жени  компенсации (-В), /

высока  стабильность которого должна где п - количество разр дов повер емого быть поддержана лишь на врем  получени  ЦАП;

информации о значении указанных аналоге- 5 i - текущее значение повер емого раз- вых эквивалентов.р да.

Таким образом, если между двум  изме-Нелинейность и локальна  погрешрени ми аналоговых эквивалентов кодов ность линейности: 001000 и 0000111, компенсирующа  величина-В сохран ет свою стабильность, то раз- 50 пп. -fr ность соседних аналоговых эквивалентов ( 1 Э| Ffl

можно измерить с высокой точностью путем снижени  диапазона измер емых аналоге-

вых величин (перевод измерител  в режим,ИН+ У е

например, микровольтметра) в область со- 55t 1

измеримую с квантом преобразовани .

Выразим значени  локальных погреш-ми -

ностей дифференциальной нелинейности Ј| (°

(ГОСТ 24736-81) как разницу реального (2) и

Люба  техническа  реализаци  стабильной дополнительной опорной меры на- пр жени  (-В) имеет определенные ограничени , Так, например, стабилитроны, типа КС191, 2С108 низкочастотный дрейф со спектром менее 1 Гц и размахом в дес тки микровольт. Такой дрейф не может быть полностью подавлен входными фильтрами измерительных приборов Поэтому с целью повышени  точности измерени  параметра (5н необходимо выполнить статическую обработку пл произвольно выбранных независимых измерений:

При этом, как следует из статической теории измерений, точность измерени  параметра 5Н| можно повысить в Vm раз

Если согласно выражению (4) представленные в скобках разности выразить величинами Aii и Aai, то в качестве 5Н| можно выбрать более адекватную модель:

- m

(3Н|-2) (A2j -Ai, )/m -qH. (9)

где Aij - перва  разность между соответствующим аналоговым эквивалентом кода и дополнительным опорным сигналом - В;

- втора  разность между соответствующим аналоговым эквивалентом смежного кода и дополнительным опорным сигналом -В;

m - количество измерений в 1-й точке преобразовани .

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

МикроЭВМ 8 через контролер 7 устанавливает переключатель 5 в положение, соответствующее формированию на выходе управл емого делител  6 опорного сигнала с пол рностью выходного сигнала калибруемого ЦАП 2 в основном квадранте преобразовани . Далее, микроЭВМ 8 через задатчик 2 кодов, представл ющий собой набор регистров, подает на ЦАП 12 единичные коды N, а через контролер 7 на управл емый делитель б напр жени  код, вырабатывающий на выходе делител  6 компенсирующий аналоговый эквивалент - В. Компенсирующий аналоговый эквивалент -В может отличатьс  по абсолютному значению от выходного сигнала калибруемого ЦАП, т.е. можно выполн ть компенсацию не до полного уравновешивани , а с некоторой точностью укладывающейс  в диапазон нижнего предела измерени  вольтметра 4. Так, например, вольтметр Щ31 на пределе измерени  100 мВ имеет высокую разрешающую способность, равную 1 мкВ.

Недокомпенсэци  путем регулировки опорного делител  6 в 90 мВ позвол ет измерить локальное значение дифференциальной нелинейности в диапазоне близком 10 мВ что

с допуском в п ть и более раз, дл  ЦАП имеющих более 12 разр дов, превышает квант преобразовани . Вольтметр 4 измер ет первую разность Аи и вырабатывает сигнал окончани  измерени , который фиксируетс  контроллером 7. ЭВМ 8 опрашивает контроллер 7 и после поступлени  в него сигнала окончание измерени  записывает в пам ть значение Аи, После этого, ЭВМ8 подает через задатчик 2 кода смежный код

(-1), вольтметр 4 измер ет вторую разность AZI После поступлени  второго сигнала окончание измерени  на контроллер 7, происходит перепись в ЭВМЗвторой разности А2), Далее, микроЭВМ 8 вычисл ет согласно выражению (9) значени  дн находит абсолютные весовые погрешности EI из (7) и вычисл ет из (8) значени  нелинейности

Градуировка характеристики преобразовани  согласно значений ПЛ (8) отражает

поставленную цель калибровки нелинейности ЦАП по шкале преобразовани .

Предложенный способ позвол ет исключить из результата измерени  погрешность смещени  нул  контролируемого

ЦАП, так как величина смещени  нул  преобразовател  войдет в параметр -В согласно уравнени  (4) и в дальнейшем исключаетс  при вычислении согласно (9) Согласно предложенному способу можно

осуществл ть калибровку линейности одно и двухквадратных ЦАП, а также умножающих прецизионных серии 427.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ калибровки линейности цифроаналоговых преобразователей, зэключаю- щи#с  в последовательном дл  ЁСВХ его п разр дов измерении первой разности между выходным сигналом калибруемого циф- роаналогового преобразовател  при подаче

   на его вход соответствующего единичного кода и соответствующим дополнительным сигналом и измерении afopon разности между выходным сигналом калибруемого цифроаналогового преобразовател  при подаче на его вход соответствующего кода и тем же дополнительным сигналом, формировании третьей разности, запоминании полученных значений первой, второй и третьей разностей, определении весовых

   погрешностей разр дов Е калибруемого цифроаналогового преобразовател  и определении результатов калибровки по формулам

   ПЛ| $ aiFT

   I

   1

   ИН

   -,|,

   где ПЛ| - погрешность линейности в 1-й точке характеристики преобразовани ;

   а, о,1 - значени  соответствующего разр да дл  соответствующего кода;

   ИН. ИН -положительные (отрицатель; ные) значени  интегральной нелинейности, при этом пол рность дополнительного сигнала устанавливают соответствующей пол рности основного квадранта преобразовани  калибруемого цифроаналогового преобразовател , отличающий- с   тем, что, с целью расширени  области применени  путем калибровки линейности одноквдрантных, двух квадрантных цифроа- налоговых преобразователей при последовательном измерении первой и второй разностей, осуществл ют (т-1)-е дополнительное измерение первой и второй разностей дл  всех п разр дов калибруемого

   цифроаналогового преобразовател  с последующим их запоминанием, третью разность 5Н| формируют как

   т

   (5H| S (A2J -Ai )/m -qH,

   где Aij и Д) - перва  и втора  разности соответственно;

   qH - номинальное значение кванта, а весовые погрешности разр дов калибруемого цифроаналогового преобразовател  определ ют из системы уравнений

   15

   20 ;

   e,V2V4K+ -.+ er-V4u,)(

   Јh-t Hl«-n H 6« Ј,

   при этом соответствующий код при измерении второй разности выбирают как единичный во всех младших разр дах относительно 1-го.