SU1732468A1

SU1732468A1 - Method of iteration correction of analog-to-digital conversion

Info

Publication number: SU1732468A1
Application number: SU894784029A
Authority: SU
Inventors: Анатолий Степанович Иванов; Валентин Георгиевич Смирнов
Original assignee: Всесоюзный научно-исследовательский институт электроизмерительных приборов
Priority date: 1989-12-19
Filing date: 1989-12-19
Publication date: 1992-05-07

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл прецизионных цифровых информационно-измерительных систем и измерительно-вычислительных комплексов, работающих в услови х промышленных помех. Целью изобретени вл етс повышение точности коррекции аналого-цифровых преобразований. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу производ т формирование кода, пропорционального сумме входного аналогового сигнала и помехи, затем формирование вспомогательного аналогового сигнала, пропорционального полученному коду, после чего к нему прибавл ют помеху и далее производ т второе формирование кода, который содержит почти удвоенную погрешность по сравнению с погрешностью первого формировани кода, и на основе двух кодов вычисл ют скорректированную оценку значени преобразуемой аналоговой величины. Предлагаемый способ в отличие от способов, использующих фильтрацию или осреднение помех, дл повышени точности аналого-цифрового преобразовател в услови х интенсивных внешних помех не требует знани статистических характеристик этих помех, т.е. предлагаемый способ инвариантен к низкочастотной внешней помехе. 2 ил. СП СThe invention relates to a measurement technique and is intended for precision digital information measuring systems and measuring computer systems operating under industrial interference conditions. The aim of the invention is to improve the accuracy of the correction of analog-to-digital conversions. The goal is achieved by the method of generating a code proportional to the sum of the input analog signal and interference, then generating an auxiliary analog signal proportional to the received code, after which the interference is added to it and then the second code generation is performed, which contains almost doubled the error compared with the error of the first code generation, and on the basis of the two codes, the corrected estimate of the value of the converted analog value is calculated. The proposed method, unlike methods using filtering or averaging interference, to improve the accuracy of the analog-digital converter under conditions of intense external interference does not require knowledge of the statistical characteristics of this interference, i.e. The proposed method is invariant to low-frequency external interference. 2 Il. THX

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл применени в прецизионных цифровых информационно- измерительных системах и измерительно- вычислительных комплексах.The invention relates to a measurement technique and is intended for use in precision digital information and measurement systems and measurement and computing complexes.

Известен способ коррекции погрешностей результата аналого-цифрового преобразовани , включающий аналого-цифровое (пр мое) преобразование исходного аналогового сигнала, цифроаналоговое (обратное) преобразование сигнала, уменьшенного на величину образцового сигнала пр мого преобразовани исходного сигнала, полученный сигнал подвергают пр мому преобразованию , осуществл ют также обратное преобразование сигнала, увеличенного на величину образцового сигнала результата пр мого преобразовател исходного сигнала, полученный сигнал также подвергают пр мому преобразованию и вычисл ют скорректированный результат преобразовани исходного сигнала.A known method for correcting the errors of the analog-to-digital conversion result, including the analog-to-digital (direct) conversion of the original analog signal, the digital-analog (inverse) conversion of the signal reduced by the magnitude of the reference signal of the direct conversion of the original signal, the received signal is subjected to the direct conversion, carried out also the inverse transform of the signal increased by the magnitude of the model signal of the result of the direct transducer of the original signal, the resulting signal t It is also subjected to a direct conversion and the corrected result of the conversion of the original signal is calculated.

Недостатком данного способа вл етс низка точность, обусловленна низкочастотной помехой, навод щейс в линии св зи , соедин ющей датчик и АЦП. Учитыва , что вклад низкочастотных помех и погрешность результата аналого-цифрового преобviThe disadvantage of this method is the low accuracy due to low-frequency interference induced in the communication line connecting the sensor and the ADC. Taking into account that the contribution of low-frequency noise and the error of the result of analog-digital conversion

GJ Ю Ь С СGJ S & C

разовани вл етс , как правило, наиболее значимым (в р де случаев помеха создает до 80% полной погрешности), отмеченный недостаток существенно снижает эффективность применени данного способа в измерительных системах и ИВК, работающих в промышленных услови х. Кроме того, недостатком способа вл етс малое исключение вли ни на точность преобразовани нелинейной составл ющей погрешности, обусловленное смещением повторных преобразователей на величину образцового сигнала.Development is, as a rule, the most significant (in a number of cases the interference creates up to 80% of the total error), the noted drawback significantly reduces the efficiency of this method in measuring systems and VCIs operating under industrial conditions. In addition, the disadvantage of the method is the small exclusion of the effect on the accuracy of the conversion of the nonlinear component of the error due to the shift of the repeaters by the magnitude of the reference signal.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению вл етс способ коррекции погрешностей результатов аналого-цифровых преобразователей, реализованный в устройстве , включающий аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала, цифроаналоговое преобразование этого результата, далее аналого-цифровое преобразование последней величины и вычисление первого приближени по формулеThe closest in technical essence and the achieved result to the invention is a method for correcting the errors of the results of analog-digital converters, implemented in the device, including analog-to-digital conversion of the original analog signal, digital-to-analog conversion of this result, further analog-to-digital conversion of the last value and calculation of the first approximation according to the formula

(Yo) + Y0l(Yo) + Y0l

где Yo - результат аналого-цифрового преобразовани исходного аналогового сигнала;where Yo is the result of the analog-to-digital conversion of the original analog signal;

f(Y0) - аналого-цифровое преобразование результата цифроаналогового преобразовани YQ.f (Y0) is the analog-to-digital conversion of the result of the digital-to-analogue conversion YQ.

Затем провод т цифроаналоговое преобразование результата, вычисленного по предыдущей формуле, далее его аналого- цифровое преобразование и вычисление отношени Then a digital-to-analog conversion of the result calculated by the previous formula is carried out, then its analog-digital conversion and calculation of the ratio

М M

Y0-YiY0-yi

f(Yo-f(Yi)f (Yo-f (Yi)

где f(Yi) - аналого-цифровое преобразование результата цифроаналогового преобразовани величины YI,where f (Yi) is the analog-to-digital conversion of the result of the digital-to-analog conversion of the value YI,

и, наконец, повторное аналого-цифровое преобразование исходного аналогового сигнала и вычисление второго приближени скорректированного результатаand finally, re-analog-to-digital conversion of the original analog signal and the calculation of the second approximation of the corrected result

Y2 (Yi)-Y0Y2 (Yi) -Y0

и т.д. до получени n-го приближени Yn.etc. to obtain the nth approximation of Yn.

Основным недостатком известного способа вл етс его низка точность, обусловленна низкочастотной помехой, навод щейс в линии св зи, соедин ющей датчик и АЦП. Кроме того, как легко видеть из анализа точности скорректированногоThe main disadvantage of the known method is its low accuracy due to low-frequency interference induced in the communication line connecting the sensor and the ADC. In addition, it is easy to see from the accuracy analysis of the corrected

результата аналого-цифрового преобразовани , нахождение второго и последующих приближений (Y2, Уз...Уп) дл всех реально используемых АЦП не приводит к увеличению точности, а, наоборот, хот и не очень значительно, но уменьшает ее даже без учета погрешностей вычислени . Отмеченные недостатки существенно ограничивают применение этого способа в измерительнойthe result of the analog-to-digital conversion, finding the second and subsequent approximations (Y2, Oz ... Upt) for all actually used ADCs does not increase the accuracy, but, conversely, although not very significantly, but reduces it even without taking into account the calculation errors. The noted deficiencies significantly limit the use of this method in the measuring

практике.practice.

Цель изобретени - повышение точности коррекции после формировани вспомогательного аналогового сигнала.The purpose of the invention is to improve the accuracy of the correction after the formation of the auxiliary analog signal.

Поставленна цель достигаетс тем, чтоThe goal is achieved by the fact that

в способе коррекции результатов аналого- цифрового преобразовани , включающем в себ формирование кода, пропорционального сумме входного аналогового сигнала с помехой, запоминание полученного кода, формирование вспомогательного аналогового сигнала , пропорционального запомненному коду, формирование кода, пропорционального вспомогательного аналоговому сигналу , и вычисление скорректированногоin the method of correcting the results of an analog-digital conversion, which includes generating a code proportional to the sum of the input analog signal with interference, storing the received code, generating an auxiliary analog signal proportional to the stored code, generating a code proportional to the auxiliary analog signal, and calculating the corrected

результата по формулеthe result of the formula

X Yi-Y2 + Yi 2Yi-Y2,X Yi-Y2 + Yi 2Yi-Y2,

где YI - код, пропорциональный суммеwhere YI is a code proportional to the sum

входного аналогового сигнала и помехи;input analog signal and interference;

Y2 - код, пропорциональный вспомогательному аналоговому сигналу, дополнительно после формировани вспомогательного аналогового сигнала его суммируют с помехой.Y2 is a code proportional to the auxiliary analog signal; additionally, after forming the auxiliary analog signal, it is summed up with interference.

Сущность за вл емого способа коррекции результата аналогоцифровых преобразователей состоит в том, что нар ду с величиной YI, равной сумме истинного значени преобразуемой величины X и полной абсолютной погрешности результата преобразовани А , обусловленной нелинейностью , действием помех, нестабильностью градуировочной характеристики и т.д., удаетс получить величину Y2, приблизительно равную X + 2 А , откуда легко определить величину X - Y2. Таким образом, существо способа коррекции результата аналого-цифрового преобразовани состоит вThe essence of the claimed method of correcting the result of analog-digital converters is that, besides YI, equal to the sum of the true value of the converted X and the total absolute error of the A result due to nonlinearity, the effect of noise, instability of the calibration characteristic, etc. it is possible to obtain a value of Y2 approximately equal to X + 2 A, from where it is easy to determine the value of X - Y2. Thus, the essence of the method for correcting the result of the analog-digital conversion is to

том, что удаетс получить величину Ya, содержащую в своем составе почти точно удвоенную погрешность А , что достигаетс за счет того, что кодирование величины YI производитс тем же измерительным каналом , почти в тех же услови х и в то же врем , что и преобразование исходной аналоговой величины X. Очевидно, что чем больше быстродействие используемых АЦП и управл емого источника аналогового сигнала, темthat it is possible to obtain the value of Ya, which contains almost exactly double the error A, which is achieved due to the fact that the coding of the value of YI is performed by the same measuring channel, in almost the same conditions and at the same time as the conversion of the original analog value of X. It is obvious that the greater the speed of the used ADC and controlled source of analog signal, the

более широкий частотный диапазон помех не будет вли ть на погрешность результата аналого-цифрового преобразовани .a wider frequency range of interference will not affect the error of the A / D conversion result.

На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства, реализующего способ коррекции результата аналого-цифрового преобразовани ; на фиг. 2 -функциональна схема блока управлени .FIG. 1 shows a functional diagram of a device implementing a method for correcting the result of an analog-to-digital conversion; in fig. 2 is a functional circuit of the control unit.

Устройство, реализующее способ содержит источник 1 преобразуемых аналоговых сигналов, представл ющий собой комплекс датчиков, выходы которых подключены к соответствующим измерительным каналам выносного коммутатора 2, последовательно соединенного с нормирующим преобразователем (НП) 3 и аналого- цифровым преобразователем (АЦП) 4, управл ющий вход которого через элемент (линию) 5 задержки (ЛЗ) соединен с управл ющим выходом выносного коммутатора 2, первый выход блока 6 управлени соединен с первым управл ющим входом выносного коммутатора 2, второй выход блока 6 управлени - с вторым управл ющим входом выносного коммутатора 2, третий выход блокаA device that implements the method contains a source 1 convertible analog signals, which is a complex of sensors whose outputs are connected to the corresponding measuring channels of the external switch 2, connected in series with the normalizing converter (NP) 3 and analog-digital converter (ADC) 4, the control input which through the element (line) 5 delay (LZ) is connected to the control output of the remote switch 2, the first output of the control unit 6 is connected to the first control input of the remote switch 2, the second output of the control unit 6 - a second remote control input of the switch 2, the third output of block

6управлени - с первым входом вычислительного устройства (ВЦ) 7, второй вход ВЦ6 control - with the first input of the computing device (CC) 7, the second input of the CC

7- с измерительным выходом АЦПЧ, первый выход ВЦ 7 - с входом блока 8 индикации , а второй выход ВЦ 7 - с входом управл емого источника 9 аналогового сигнала (УИАС) 9, выход которого соединен с одним из измерительных входов выносного коммутатора 2, причем УИАС 9 и выносной коммутатор 2 располагаютс в непосредственной близости от источника 1 преобразуемых аналоговых сигналов, а лини св зи, соедин юща УИАС 9 и выносной коммутатор 2, располагаетс в том же кабеле, что и лини св зи, соедин юща источник 1 преобразуемых аналоговых сигналов и коммутатор 2.7- with the measuring output of the ATSPCH, the first output of the EC 7 - with the input of the display unit 8, and the second output of the EC 7 - with the input of a controlled source 9 of an analog signal (UIAS) 9, the output of which is connected to one of the measurement inputs of the remote switch 2, UIAS 9 and remote switch 2 are located in close proximity to the source 1 of the converted analog signals, and the communication line connecting the UIAS 9 and the remote switch 2, is located in the same cable as the connection line, connecting the source 1 of the converted analog signals and comm Ator 2.

Функциональна схема блока управлени , представленна на фиг. 2, содержит программируемый таймер 10, первый выход которого соединен с входом счетчика 11, а через ЛЗ 12 с первым входом запоминающего устройства 13, второй выход таймера 10с входом регистра 14 и с вторым выходом блока 6 управлени , выход счетчика 11 - с вторым входом запоминающего устройства 13, первый выход блока 6 управлени - с выходом запоминающего устройства 13 и с выходом регистра 14, второй выход блока 6 управлени через Л315 соединен с первым входом ЗУ 13, а первый выход таймера 10 через ЛЗ 16 - с третьим выходом блока управлени .The functional block diagram shown in FIG. 2, contains a programmable timer 10, the first output of which is connected to the input of the counter 11, and through LZ 12 with the first input of the storage device 13, the second output of the timer 10 with the input of the register 14 and with the second output of the control unit 6, the output of the counter 11 with the second input of the memory the device 13, the first output of the control unit 6 with the output of the storage device 13 and with the output of the register 14, the second output of the control unit 6 via L315 is connected to the first input of the memory 13, and the first output of the timer 10 through LZ 16 is connected to the third output of the control unit.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.A device that implements the proposed method works as follows.

Перед началом функционировани устройства , изображенного на фиг. 1, в запоминающее устройство 13 блока 6 управлени записываетс упор доченный список номеров каналов выносного коммутатора 2, подлежащих включению, а в счетчик 11 записываетс число, равное количеству номеров каналов, включенных в список (длина списка). Номер канала, к второму подключен управл емый источник аналоговых сигналов , записываетс в регистр 14.Before the operation of the device shown in FIG. 1, an ordered list of channel numbers of the external switch 2 to be turned on is stored in the memory 13 of the control unit 6, and a number equal to the number of channel numbers included in the list is added to the counter 11 (list length). The channel number, to the second connected controlled source of analog signals, is recorded in register 14.

Кроме того, в программируемый таймер 10 вводитс величина At, определ юща временную дискретность подключени датчиков , и Atnp. - врем одного цикла преобразовани измерительного канала.In addition, the value of At, which determines the time resolution of the sensor connection, and Atnp, are entered into the programmable timer 10. - time of one cycle of conversion of the measuring channel.

На первом выходе таймера 10 формируетс последовательность импульсов с интервалом следовани At. На втором выходеAt the first output of timer 10, a sequence of pulses is formed with the interval At. At the second exit

таймера 10 формируетс -последовательность импульсов с интервалом следовани At, но сдвинута во времени-относительно первой последовательности на интервал времени Atnp.The timer 10 is formed by an -sequence of pulses with the interval At, but shifted in time relative to the first sequence by the time interval Atnp.

После того, как блок 6 управлени передаст со своего первого выхода в выносной коммутатор очередной номер канала, в котором должно быть произведено аналого- цифровое преобразование, а на второмAfter the control unit 6 transmits, from its first output to the remote switch, the next channel number in which the analog-digital conversion is to be performed, and on the second

выходе сформирует команду Пуск коммутатора , который в свою очереди после завершени процедуры подключени канала сформирует и передаст через ЛЗ 5 команду Пуск АЦП, в выходном регистре АЦПЧ поеле завершени процедуры формировани кода будет зафиксирован код YL После получени команды от блока б управлени Пуск ВУ и сигнала готовности АЦПЧ вычислительное устройство 7 перезаписываетthe output will form the Start command of the switch, which in its turn after completing the channel connection procedure will form and transmit the ADC Start command via LZ 5, the output code will be fixed in the output register of the ADCH after the command from the W control unit and the readiness signal are received ACCU computing device 7 overwrites

в свой внутренний регистр содержимое выходного регистра АЦПЧ (Yi) и передаст его во входной регистр управл емого источника 9 аналогового сигнала, работающего в след щем режиме, что обеспечит формированиеthe contents of the ASCR output register (Yi) into its internal register and transfer it to the input register of a controlled source 9 of an analog signal operating in the following mode, which will ensure the formation

вспомогательного сигнала, пропорционального коду YLauxiliary signal proportional to the YL code

Вследствие того, что лини св зи, соедин юща ИУАС 9 с выносным коммутатором 2, проложена в том же кабеле, что иDue to the fact that the communication line connecting IUAS 9 to the external switch 2 is laid in the same cable as

лини св зи, соедин юща ИПАС 1 с коммутатором 2, и сам выносной коммутатор 2 расположен в непосредственной близости от ИПАС 1, на сигнал цифроаналогового преобразовани будет воздействовать таthe communication line connecting IPAS 1 with switch 2 and the external switch 2 itself is located in the immediate vicinity of IPAS 1, the digital-to-analog conversion signal will be affected by that

же помеха, что и на исходный аналоговый сигнал X, что обеспечит удвоение погрешности второго сформированного кода.the same interference as the original analog signal X, which will provide a doubling of the error of the second generated code.

Затем аналогично первому формированию кода осуществл етс процедура второго формировани кода, в процессе выполнени которой выносной коммутатор 2 подключает ко входу АЦПЧ выход ИУАС 9. Процедура второго формировани кода завершаетс записью во внутренний регистр ВУ 7 кода Y2. Далее вычислительное устройство 7 производит вычисление по формулеThen, similarly to the first code generation, the second code generation procedure is carried out, during the execution of which the remote switch 2 connects the IUAC output 9 to the ADCCH input. The second code generation procedure is completed by writing the Y2 code to the internal register VU 7. Next, the computing device 7 performs the calculation by the formula

X - 2Yi - Y2X - 2Yi - Y2

и передает результат вычислений в блок 8 индикации.and transfers the result of the calculations to the display unit 8.

Аналогичным образом производитс получение корректированных результатов аналого-цифровых преобразований по всем каналам коммутатора 2, предварительно записанным в ЗУ 13.Similarly, the generation of corrected analog-to-digital conversion results is performed on all channels of the switch 2 previously recorded in the memory 13.

В заключении представл етс целесообразным привести рекомендации по выбору конкретных вариантов технической реализации.In conclusion, it is advisable to provide recommendations on the choice of specific technical implementation options.

Блоки: 1 - источник преобразуемый аналоговых каналов; 2 - коммутатор; 3 - нормирующий преобразователь; 4 - АЦП; 9 - управл емый источник аналогового сигнала - серийно выпускаемые средства измерени , соответственно П320, Ф7678, Ф8025, Ф4881.Ф4810.Blocks: 1 - source to convert analog channels; 2 - switch; 3 - normalizing transducer; 4 - ADC; 9 - controlled source of analog signal - commercially available measuring instruments, respectively, П320, Ф7678, Ф8025, Ф4881.Ф4810.

Блоки 5, 12, 15, 16 - элементы (линии) задержки; 11 -счетчик; 13-запоминающее устройство; 14- регистр; 10- программируемый таймер- общеизвестны и могут быть построены , например, на базе интегральных микросхем.Blocks 5, 12, 15, 16 - delay elements (lines); 11 counter; 13 memory device; 14- register; 10- programmable timer is well known and can be built, for example, on the basis of integrated circuits.

Блок 8 индикации может быть построен, например, на базе полупроводниковых индикаторов на светоизлучающих диодах. Алфавитно-цифровой индикатор блока может быть выполнен на сегментном индикаторе. Таким образом, за вл емый способ позвол ет уменьшить вли ние низкочастотнойThe display unit 8 can be built, for example, on the basis of semiconductor indicators on light-emitting diodes. The alphanumeric block indicator can be executed on a segment indicator. Thus, the inventive method allows to reduce the effect of low-frequency

помехи, навод щейс в линии св зи: датчик - АЦП, а следовательно, позвол ет уменьшить погрешность результатов аналого-цифровых преобразований в услови х реальной эксплуатации и действи промышленных помех , что, в свою очередь, приведет к повышению эффективности испытаний и исследований , привод щихс с помощью этих средств измерений.Interference in the communication line: the sensor is an ADC, and therefore, allows to reduce the error of the results of analog-digital conversions in real life conditions and the effect of industrial interference, which, in turn, will lead to an increase in the efficiency of tests and studies, using these measuring instruments.

Ф о рмул а изо брете н и Ф о рмул а из брете

Способ итерационной коррекции аналого-цифрового преобразовани , заключающийс в формировании кода,The method of iterative correction of analog-to-digital conversion, which consists in the formation of a code

пропорционального сумме входного аналогового сигнала с помехой, запоминании полученного кода, формировании вспомогательного аналогового сигнала, пропорционального запомненному коду,proportional to the sum of the input analog signal with noise, storing the received code, the formation of an auxiliary analog signal proportional to the stored code,

формировании кода, пропорционального вспомогательному аналоговому сигналу, и вычислении скорректированного результата по формулеgenerating a code proportional to the auxiliary analog signal, and calculating the corrected result using the formula

X 2Yi - Y2,X 2Yi - Y2,

где YI - код, пропорциональный сумме входного аналогового сигнала и помехи;where YI is a code proportional to the sum of the input analog signal and interference;

Y2 - код, пропорциональный вспомога- тельному аналоговому сигналу, отличающийс тем, что, с цельюY2 is a code proportional to the auxiliary analog signal, characterized in that

повышени точности коррекции после формировани вспомогательного аналогового сигнала, его суммируют с помехой.increase the accuracy of the correction after the formation of the auxiliary analog signal, it is summed up with interference.

V KdnujluV Kdnujlu

пуск кипмугагсго.start-up kipmugagsgo.

Фиг. ZFIG. Z

Claims

Claim

A method of iterative correction of analog-to-digital conversion, which consists in generating a code proportional to the sum of the input analog signal with noise, storing the received code, generating an auxiliary analog signal proportional to the stored code, generating a code proportional to the auxiliary analog signal, and calculating the corrected result by the formula

X = 2Υι - Y ₂ , where Υι is the code proportional to the sum of the input analog signal and interference;

Y ₂ is a code proportional to the auxiliary analog signal, characterized in that, in order to improve the correction accuracy after the formation of the auxiliary analog signal, it is summed with interference.

Figure 1

9/1732468 Yu /

FIG. <r

Compiled by A. Ivanov Editor V. Danko Tehred M. Morgenthal Corrector M. Kucheryavaya

Order 1590 Circulation Subscription

VNIIIPI of the State Committee for Inventions and Discoveries at the State Committee for Science and Technology

113035, Moscow, Zh-35, Raushskaya nab., 4/5

Production and Publishing Plant Patent, Uzhgorod, 101 Gagarin St.