Измерение параметров АЦП (стр. 5 из 5)

В отличие от ЦАП, для которых динамическая и статическая погрешности преобразования могут быть определены как составная часть его разрешающей способности, в контролируемом АЦП погрешность преобразования, как бы мала она ни была, лимитируется погрешностью его дискретности. Помимо определения времени преобразования в ряде случаев требуется контроль дополнительных динамических характеристик: времени переходного процесса во входных цепях АЦП t_вх и времени цикла преобразования t_ц, необходимого для отработки всех разрядов АЦП и получения на выходе соответствующего кода. Эти характеристики связаны соотношением t_пр=t_вх+t_ц, поэтому достаточно проконтролировать t_гр и одну из оставшихся величин. Контроль времени t_вх целесообразен, когда оно соизмеримо со временем кодирования, поскольку значение tax можно использовать в дальнейшем для определения соответствующей составляющей результирующей погрешности в динамическом режиме. Если время преобразования не зависит от значения входного сигнала, то целесообразно контролировать одно значение t_пр в точке, расположенной в верхней половине диапазона измерений.

Контроль динамических параметров ИМС АЦП существенно зависит от конкретной структуры преобразователя, в частности от наличия синхронизирующих команд АЦП.

Для преобразователей, использующих команду внешнего запуска и вырабатывающих сигнал окончания цикла преобразования, значение t_пр, определяют измерением временного интервала между импульсами запуска и конца цикла .преобразования. На рис. 9 приведена схема устройства измерения времени преобразования таких АЦП. С помощью .программируемого сточника образцовых напряжений ЦАП_обр на входе АЦП_контр формируется требуемое значение напряжения, соответствующее коду Ni, который выдается формирователем кодов ФК на устройство сравнения кодов УСК и ЦАП_обр. Затем производят периодический запуск АЦП импульсами генератора, определяющими момент начала преобразования. Импульсы, соответствующие моменту конца преобразования, поступают на Вход 2 измерителя временного интервала, на Вход 1 которого .поступают импульсы запуска АЦП. Полученный результат определяет время преобразования t_пp контролируемого АЦП, а разность кодов ΔN, выдаваемая УСК в момент окончания преобразования, характеризует динамическую погрешность преобразования.

При визуальном методе контроля с помощью осциллографа эту задачу решают следующим образом. Для АЦП с последовательным кодом преобразования на экране осциллографа определяют временной интервал между импульсом запуска и моментом появления импульса выходного кодового сигнала контролируемого АЦП, соответствующего его младшему разряду (рис. 10.35, а). При параллельной форме выдачи цифровой информации с АЦП время преобразования наблюдается на экране осциллографа как расстояние (по временной оси) между передними фронтами импульса запуска АЦП и импульса t-го разряда, соответствующего допустимой динамической погрешности преобразования (рис. 10.35, б).

Автоматическое измерение t_пр подобных АЦП иллюстрируется рис. 10. Отличие данной схемы от схемы рис. 9 состоит в том, что момент выдачи выходной информации с АЦП в устройство сравнения кодов УСК относительно импульса запуска АЦП можно менять с помощью программируемой линии задержки ЛЗ, обеспечивающей запись выходного кода АЦП в запоминающий регистр ЗРг₁ в конкретный момент времени /,, отстоящий от импульса запуска АЦП на известное число п дискретных значений δt. Время задержки между импульсами запуска и считывания выходного сигнала АЦП определяется соотношением t_зд =nδt. Момент записи выходного кода АЦП в регистр ЗРг₁ и передачи его кода в УСК последовательно приближается к моменту запуска АЦП до тех пор, пока погрешность преобразования АЦП не превысит допустимое значение

Для исключения влияния погрешности формирования входного сигнала АЦП и его статической погрешности преобразования на определение динамической погрешности АЦП устройством сравнения кодов сопоставляют текущее значение выходного сигнала

АЦП при

с его выходным сигналом Ni' для режима преобразования, когда

. Для этого при управляющем коде N_i на входе образцового ЦАП результат преобразования АЦП N_i' в статическом режиме его работы (при t_зд>>t_пр) записывается в запоминающий регистр ЗРг₂ и затем сравнивается с текущим результатом преобразования АЦП N_i' при уменьшении t_зд. В момент времени, когда выходной сигнал AN устройства сравнения кодов превысит допустимую погрешность преобразования, уменьшение временной задержки t_зд устройством управления УУ прекращается и производится регистрация ее значения t_зд=t_пр= =nδt=KN_x, т. е. время преобразования t_пр пропорционально входному коду N_x программируемой линии задержки.

Для преобразователей, не использующих команду внешнего запуска и не формирующих сигнал окончания цикла преобразования, время преобразования t_пр определяют путем измерения минимального временного интервала между моментами подачи ступенчатого входного сигнала АЦП и выдачи сигнала преобразования, находящегося в пределах допустимых значений. Единственное отличие схемы, обеспечивающей контроль t_пр таких АЦП, от предыдущей состоит в том, что момент начала преобразования совпадает с моментом подачи через ключ К (показанный на рис. 10 пунктиром), управляемый импульсом запуска генератора Г, входного воздействия с ЦАП на контролируемый АЦП. Сложность реализации такой схемы, особенно для контроля быстродействующих АЦП, заключается в высоких требованиях к параметрам формируемого ключом входного воздействия АЦП, время достижения которым номинального значения должно быть много меньше времени преобразования контролируемого АЦП. Регистр ЗРг₂, запоминающий результат преобразования АЦП в статическом режиме, позволяет исключить статическую погрешность ключа (в том числе его временную нестабильность) и тем самым значительно уменьшить требования к параметрам входного сигнала АЦП.

Схема устройства измерения времени преобразования t_пртактируемых АЦП (рис. 11), в которых начало преобразования совпадает с моментом поступления импульса запуска (синхронизирующего импульса), отличается от предыдущих схем тем, что частота f_г тактовых импульсов генератора Г возрастает до момента превышения результатом преобразования контролируемого АЦП допустимого значения, после чего с помощью устройства измерения частоты Ч производят измерение частоты тактовых импульсов, определяющих время преобразования: t_np=n/f_r, где п—число тактов уравновешивания за один цикл измерения, зависящее от разрядности контролируемого АЦП.

В данной главе были рассмотрены основные структуры ИМС АЦП, параметры и методы их контроля. Проведенный анализ методов контроля позволяет сделать вывод, что наиболее универсальным является метод, использующий образцовый ЦАП, на базе которого возможно построение автоматизированного КИО для проверки как ЦАП, так и АЦП. Среди контролируемых параметров наибольшую сложность с точки зрения обеспечения их контроля представляют нелинейность характеристики преобразователей и их время преобразования. В первом случае требуется образцовый преобразователь с высокой разрешающей способностью и линейностью, во втором — широкополосный усилитель и быстродействующий стробируемый дискриминатор

уровней с высокой чувствительностью по амплитуде. Все это свидетельствует о том, что создание автоматизированного КИО для ИМС АЦП является очень сложной научно-технической проблемой. Непрерывное совершенствование параметров выпускаемых ИМС АЦП, повышение их разрешающей способности, быстродействия требуют дальнейшего совершенствования существующих и разработки новых методов и средств контроля. Появление преобразователей с числом разрядов 16 и более вызывает необходимость создания КИО, которое по точностным характеристикам приближается к эталонным средствам. Обеспечение достоверного контроля подобных преобразователей становится возможным лишь в случае создания КИО, в котором для получения результата измерения широко используется вычислительная техника, позволяющая проводить статистическую обработку результатов отсчета, вводить дополнительные коррекции и т. д. При этом желаемый результат может быть достигнут, если КИО работает на специально оборудованном метрологическом участке, исключающем воздействие на него различных внешних дестабилизирующих факторов.

Список использованных источников

1. Измерения и контроль в микроэлектронике: Учебное пособие по специальностям электронной техники/Дубовой Н.Д., Осокин В.И., Очков А.С. и др.; Под ред. А.А.Сазонова.- М.:Высш. Шк.,1984.-367с., ил.

[ПВ1]