Устройство для измерения времени установления выходного сигнала цифро-аналоговых преобразователей

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля динамических параметров цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретения - повьппение точности устройства. Устройство содержит задатчики 1 и 2 кодов, коммутатор 3, формирователь 4 разнополярных пороговых уровней, источник 5 опорного на (Л to со оо со О5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 Н 03 M 1 10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОткРытий (21) 3970944/24-24 (22) 23.10.85 (46) 23.03.87. Бюл. В 11 (71) Гомельский политехнический институт (72) Е.Г.Абаринов и Ю.А.Козусев (53) 681.325(088.8) (56) Дубовой Н.Д. и др. Измерения и контроль в микроэлектронике. /Под ред.

А.А.Сазонова, Высшая школа, 1984, с.319-326, рис.10.26.

Авторское свидетельство СССР

9 1019628, кл. Н 03 М 1/12, 1982.

„„SU„„1298916 А 1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ

УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля динамических параметров цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).

Цель изобретения — повышение точности устройства. Устройство содержит задатчики 1 и 2 кодов, коммутатор 3, формирователь 4 разнополярных пороговых уровней, источник 5 опорного на12989 пряжения, делители б и 7 напряжения, двухпороговые компараторы 8 и 9, компараторы 10 и 11, цифроаналоговый преобразователь 12 опорного сигнала, сумматор 13, RS-триггеры 14 — 16, D-триггер 17, генератор 18 импульсов, реверсивные счетчики 20 и 21, счетчики 22 и 23 и элементы И 24 — 26.

Поставленная цель достигается за счет того, что с помощью ЦАП опорного сигнала компенсируется установившийся

16 сигнал контролируемого 11АП, переходный процесс контролируется относительно нулевого уровня. При этом фиксируются моменты последних вхождений сигнала в две зоны пороговых урсвней, больших 1 МР (младшего разряда), что позволяет контролировать экспоненциальный переходный процесс на участке с крутизной, большей чем крутизна экспоненты на уровне MP.

1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля динамических параметров цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 — конечный экспоненциальный участок. переход- 10 ного процесса.

Устройство содержит задатчики и 2 кодов, коммутатор 3, формирователь 4 разнополярных пороговых уровней, источник 5 опорного напряжения, делители 6 и 7 напряжения, двухпороговые компараторы 8 и 9, компараторы

10 и 11, цифроаналоговый преобразователь 12 опорного сигнала, сумматор

13, КЯтриггеры 14 †16, D-триггер . 17, генератор 18 импульсов, формирователь 19 импульсов, реверсивные счет-. чики 20 и 21, счетчики 22 и 23 и элементы И 24 — 26.

Устройство работает следующим образом.

Выходная шина устройства подключается к входной шине контролируемого

ЦАП, а входная шина — к выходной шине ЦАП.

ЦАП 12 предназначен для компенсации установившегося сигнала контролируемого ЦАП.

Контролируемый ЦАП и ЦАП 12 запитываются опорными напряжениями проти- 35 воположной полярности.

Формирователем 4 разнополярных по-. роговых уровней формируются уровни

2 0

Время установления ЦАП определяется как интервал времени от момента смены кодов до момента последнего вхождения выходного сигнала ЦАП в зону шириной "единица младшего разряда" (1MP).

Для того, чтобы погрешность ком— пенсации установившегося сигнала не превышала 1 MP контролируемого ЦАП, разрядность ЦАП 5 должна быть выше, чем разрядность контролируемого ЦАП., Частоты f, и f, формируемые генератором 18, могут быть получены с помощью делителей от одного задаюшего генератора и связаны между собой коэффициентом пропорциональности, величина которого зависит от соотношения величин U„, U и 1МР.

Триггеры 14-16 динамические и переключаются в соответствующее состояние по фронту положительных импульсов, поступающих на их входы.

Двухпороговые компараторы 8 и 9 выполнены на основе сдвоенных компараторов, выходы которых объединены по схеме И. Сигнал логической единицы на выходе компаратора 8 формируется при попадании сигнала сумматора 13 в зону + U,, а компаратором

9 соответственно фиксируется попадание сигнала в зону

В исходном состоянии все триггеры и счетчики обнулены. В задатчики .1 и 2 кодов заносятся начальный N„ и конечный N коды. Сигналом логической единицы с выхода формирователя

19 на вход контролируемого ЦАП подключен код N задатчика 1. Импульсы

12989 генератора 18 через элемент И 24 поступают на счетный вход счетчика 21.

Сумма установившегося сигнала контролируемого ЦАП и компенсирующего опорного сигнала ЦАП 12 сравнивается компараторами 10 и 11 с уровнями +U, .

В зависимости от положения суммарного сигнала относительно зоны +U изменяется направление счета счетчика

2l. Код в счетчике 21 изменяется- до тех пор, пока суммарный сигнал не попадает в зону U, при этом сигналами логического нуля с выходов обоих компараторов счетчик блокируется.На выходе ЦАП 12 s дальнейшем сохраняет- 15 ся компенсирующий опорный сигнал. Импульсом запуска триггер 15 переключается в единичное состояние и запускает формирователь 19 импульсов, на выходе которого формируется отрицатель-20 ный импульс, запирающий элемент И 25 и подключающий на вход контролируемого ЦАП через коммутатор 3 код N за11 датчика 2. После окончания импульса формирователя 19 на входах контролируемого ЦАП происходит смена кодов

N„ N„ и начинается контролируемый переходный процесс. Импульсы генератора 18 с частотой f через элемент

И 25 поступают на счетный вход счетчика 22. При каждом вхождении контролируемого переходного процесса в зону +У, триггер 14 переключается в единичное состояние сигналом с выхода компаратора 8, а при вхождении пе" 35 реходного процесса в зону +О переключается в исходное состояние сигналом с выхода компаратора 9.

Сигналом логической единицы триггера 14 разрешается счет импульсов счетчиком 20, в котором формируется код, пропорциональный времени прохождения скомпенсированного сигнала контролируемого ЦАП между уровнями

U„H U< или -Б„и -U>. При вхождении переходного процесса в зону t U одновременно со сбросом триггера 14 осуществляется запись кода счетчика

22 в счетчик 23. D-триггер 17 переключается в состояние, соответствующее состоянию компаратора 9, срезом импульсов, поступающих с выхода элемента И 25, по фронту которых переключается счетчик 22. Таким образом, импульс записи кода в счетчик 23 задерживается относительно моментов переключения разрядов счетчика 22. В случае колебательного переходного

16 4 процесса при выходе переходного процесса нэ зоны + U сигналом логнчес1 кого нуля компаратора 8 счетчик 20 обнуляется, а при последующем вхождении в зону +U фиксирует код, пропорциональный времени прохождения переходного процесса между уровнями U„ н U . .В счетчик 23 записывается новый

2. код, соответствующий моменту очередного вхождения сигнала ЦАП в зону+У .

После окончания переходного процесса в счетчике 23 зафиксируется код, пропорциональный моменту последнего вхождения скомпенсированного сигнала

ЦАП в вону +U, а в счетчике 20 - код, пропорциональный времени последнего прохождения между уровнями U„ U или -U и -U

1 и

Пусть Т вЂ” время от момента смены

1 кодов N .. N до момента последнего

Н с вхождения сигнала ЦАП в зону +01, а

Т вЂ” время от момента смены кодов

Я

N N до момента последнего вхожн к дения сигнала ЦАП в зону + У

Тогда в счетчике 23 зафиксируется код N, f, Т, а в счетчике 20— код N f, (Т вЂ” Т ).

Заполненйе счетчика 22 продолжается до его переполнения. Импульс переполнения счетчика 22 возвращает в исходное состояние триггер 16 и уста" навливает в единичное состояние триггер 15. Сигналом логической единицы с прямого выхода триггера 15 открывается элемент И 26, а счетчик 20 переводится в режим вычитания. По мере поступления импульсов на счетный вход счетчика 20 код, записанный в нем, уменьшается, а на счетный вход счетчика 23 через -элемент И 26 поступают импульсы генератора 18 с частотой f

Импульс обнуления счетчика 20 возвращает в исходное состояние триггер 15, элемент И 26 закрывается.

Длительность импульса на выходе триггера 15 равна N /f, Т вЂ” Т,. За это время на счетиыи вход счетчика я

23 поступит число импульсов с частотой f (Т -Т, )f f /f N . С учетом

2 зафиксированного в счетчйке 23 кода, N f„ Т, окончательный код счетчи: ка 23

Nmf Т, +Ю,(Т,-Т)

- f (Т, + 1(Т, — Т,Ц, (1) где kf< /f1 — коэффициент пропорциональности.

Величина k зависит от соотношения . величин U U и 1МР и равна

1298916

Иэ формулы (3), учитывая., что

U(T )=U, U(T )=V и U(T )=0,5МР, получим

Т Т - 1п - —— (4) ист О, 5МР

П 2

Т Т вЂ” »ü 1п — —-О, 5МР т- Т mm-,I.Ö (6) й»; Ц

Подставив полученные величины Т и Т, — Т в формулу (1) с учетом. величины коэффициента k из формулы (2), получим

In — —

0 5МР (2)

In - U

U2

Так как уровни +U и +U2 выбраны 5 на конечном экспоненциальном участке переходного процесса ЦАП, то полученный код пропорционален времени установления.

На фиг.2 изображены: U — - конечный 10 экспбненциальный участок переходной характеристики ЦАП; 0,50 MP — уровни, ограничивающие зону шириной 1МР;

Т вЂ” время установления, фиксируемое

Мт по моменту последнего вхождения сиг- 15 нала ЦАП в зону +0 5 ИР; Т, Т2 — моменты последнего вхождения сигнала

1фП соответственно в зону +У, и +11

aU — погрешность сравнения сигнала

ЦАП с пороговыми уровнями -+0, 5 МР, 20

+О,, » 02, обусловленная неточностью компенсации, неточностью формирования пороговых уровней, влиянием напряжений смещения коипараторов и их дрейфом, влияниеи шумов, at, at,, д — 25 временные погрешности фиксирования интервалов Т,,. и Т,, Т, обусловленные влиянием д0.

На экспоненциальном конечном участ ке переходной характеристики выходной З0 сигнал аппроксииируется функцией t-Т . т-т т

U(t) Ue Ue

0,5 ИР е где Т- постоянная времени. (5) и

1п — —"

N f (Т + — — — -(Т

О 5ИР

1» Ц а

1п -».-U

-у...)) *

U<

1Q ,0 5МР

1n - —

U » (Тчст п 0 5МР

U о

>(7 In - -) f Т

» яат

Преобразуем формулу (3)

t Т -Т In - - Ц(t1

0) уст " О 5ИР

В устройстве фиксируются моменты попадания сигнала ЦАП в зоны tU и

t U q,âåëè÷èíà которых больше,чем

0,5МР, поэтому ошибка aU приводит к значительно меньшей временной погрешности (фиг.2).

Погрешность дБ сравнения сигнала

ЦАП с уровнями +0», и +U ïðèâîäèò к погрешностям at, и а а определения;. моментов времени Т и Т», и Т - Х» (3) З5

U+ дЦ U aU

Т + at Т -77In - — — Т -7(In - - — + Хп(1+ — )). чат О 5МР»ет . 0 5МР aU, U + aU. 1 Ug, aU

Т + a t Т -TIn = — — — Т -7(In — — — + In(1+ — ))

2 2»ФТ О, 5МР " О, 5ИР

3, In — —

Т (Т + at )+k(T -Т +at -дй, )Т, -7. (In — + In(1+ — )j+ — — — -x

Ug aU О 5МР

2 2 2» 2» т О 5МР U 1 Uä

Уп

0 5ИР 40

А 1п (1+ — )U1 U, и

gq.(In - + Хп(1+ — )-In(1+ — ) ) T -7(Уп(1+ — )U aU aU aU

U U1 ст U

1 1 2

1n(I+ -" ))).

aU

Па

Т - т + at — at --. In — — — -- - (Тп - + In(l+ — )- In(1+ — )).

U + aU U„ aU aU

2. V +aU и

1

»

2.

Результат преобразования кодов, по- порционален времени полученных в процессе измерения, про1298916

Погрешность измерения в предлагае1 мом устройстве

О 5MP(, hU . Ы вЂ” -- --- i Рп(1+ -- )-In(l+ —,— ) П U

Рп

Uq!

Учитывая, что aU с< Г, zU «U

У

2 получим г дБ 4Б hU лТ -т(- — -k(-- — -- ))

:U U

Выбор уровней U, и 1), зависит от величины конечного экспоненциального участка переходной характеристики

ЦАП и требуемой точности измерения.

Так как от соотношения Uq, U и

0,5МР зависит велйчина коэффициента пропорциональности между частотами генератора f. f, то целесообразно 1 % для упрощения реализации обеспечить кратность частот, а в простейшем случае — их равенство, Формула и з о б Р е т е н и я

1. Устройство для измерения времени установления выходного .сигнала цифроаналоговых преобразователей, содержащее генератор импульсов, первый

30 счетчик, два задатчика кодов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами коммутатора, выходы которого являются выходной шиной устройства, первый двухпороговый компаратор и цифроаналоговый.пре З образователь опорного сигнала, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что,. с целью повышения точности, в него введены формирователь разнополярных по40 роговых уровней, формирователь импульсов, второй счетчик, второй двухпороговый компаратор, два реверсивных счетчика, сумматор, два компаратора, три Rs-триггера, D-триггер и

45 три элемента И, причем первый и второй выходы формирователя разнополярных пороговых уровней соединены с первым и вторым входами первого двухпорогового компаратора, выход которого соединен с S-входом первого RS-триг50 гера и инверсным установочным входом первого реверсивного счетчика, третий и четвертый выходы формирователя разнополярных пороговых уровней соединены с первым и вторым входами вто- рого двухпорогового компаратора, выход которого соединен с D-входом Dтриггера и R-входом первого RS-тригл Ц ьТ=Т-Т =- ь (Гп (1+ --)—

ger U

2 гера, пятый и шестой выходы формирователя разнополярных пороговых уровней соединены с первыми входами первого и второго компараторо» соответст венно, вторые входы которых объединены с третьими входами первого и второго двухпороговых компараторов и подключены к выходу сумматора, а выходы соединены с первым и вторым входами управления счетом второго реверсивного счетчика соответственно, счетный вход которого ""îåäèíåí с выходом первого элемента И, а выходы соединены соответственно с входами цифроаналогового преобразователя опорного сигнала, выход .которого и входная шина устройства соединены с первым и вторым входами сумматора соответственно, вход запуска устройства соединен с установочным входом первого счетчика и с S-входом второго

RS-триггера, R-вход которого объединен с S-входом третьего триггера и подключен к выходу переполнения первого счетчика, инверсный выход соединен с первым входом первого элемента И, а прямой выход — с первым входом второго элемента И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора и с вторым входом второго элемента И, выход второго элемента И соединен с С-входом D-триггера и счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены соответственно с информационными входами второго счетчика, синхронизирующий вход которого соединен с выходом D-триггера, а счетный вход соединен с выходом третьего элемента И, первый выход генератора импульсов соединен с третьим входом BTopoIG элемента И, с вторым входом первого элемента И и со счетно входом второго реверсивного счетчика, первый вход управления счетом которого соединен с выходом первого RS-триггера, второй вход управления счетом объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к выходу третьего RS-триггера, а инверсный выход старшего разряда — с т, Фиг. 2

7уст. 7цзн.

Составитель 3.моисеенко

Редактор Л.Гратнлло Техред М.Ходанич Корректор О.Луговая

Заказ 898/59 Тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4

9 1298916 10, R-входом третьего RS-триггера, инвер- ннй и двух делителях напряжений,вхосный выход которого соединен с треть- ды которых подключены к разнополярим входом первого элемента И, второй ным выходам источника опорных напрявыход генератора импульсов соединен жений, первые, вторые и третьи выхос вторым вхбдом третьего элемента И. 5 ды первого и второго делителей напря2. Устройство по п.1, о т л и ч а- жения являются первым, третьим, пяю щ е е с я тем, что формирователь тым, вторым, четвертым и шестым выразнополярных пороговых уровней вы- ходами формирователя разнополярных полнея на источнике опорных напряже- пороговых уровней соответственно.