Устройство для измерения времени установления тока на выходе сверхбыстродействующих цифроаналоговых преобразователей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) SU (ill 1 5

А2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1200203 (21) 3980212/24-24 (22) 19.11,85 (46) 15 1 2.87, Бюл. У 46 (72 ) А.M. Ромашов (53) 621,317.75(088.8) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (56) Авторское свидетельство СССР

1Ô 1200203, кл. G 01 R 29/02, 1984. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ

СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУИЩИХ 11ИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ по авт.св.

У 1200203, о т л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены два управляемых генератора тока и устройство выборки и

I" хранения следящего, типа, информационный вход которого соединен с выходом истокового повторителя,управляющий вход — с вторым выходом генера, тора импульсов, а выход — с входами первого и второго управляемых генера(Я) 4 6 О R 29/02, Н 03 М 1/10, торов тока, выход первого из которых подключен к входу фильтра нижних частот, а выход второго — к аноду первого диода 111оттки.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что генератор импульсов выполнен на генераторе опор-. ной частоты, двух делителях частоты, инверторе, элементе ИЛИ и элементе

ИЛИ-НЕ, выход которого является вторым выходом генератора импульсов, первый вход подключен к выходу элемента ИЛИ, а второй вход — к выходу первого делителя частоты, который является первым выходом генератора импульсов, причем выход генератора опорной частоты соединен с входом второго делителя частоты и через инвертор — с первым входом элемента

ИЛИ, второй вход которого объединен с входом первого делителя частоты и подключен к выходу второго делителя частоты, а выход соединен с вторым входом элемента ИЛИ-НЕ.

Изобретение относится к измерительной технике и является усовер- шенствованием известного устройства по авт.св. 1<< 1200203.

Цель изобретения — повьппение точности измерения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства, на фиг. 2 — пример оптимального выполнения генератора импульсов; на фиг. 3 — временная диаграмма работы устройства; на фиг. 4-6 — примеры реализации первого и второго управляемых генераторов тока и устройства выборки и хранения следящего типа соответственно.

Устройство содержит генератор l импульсов, фильтр 2 нижних частот, истоковый повторитель 3, осциллограф

4, первый и второй управляемые генераторы 5 и 6 тока, устройство 7 выборки и хранения следящего типа, ключ 8, генератор 9 вытекающего тока, генератор 10 вытекающего тока, регулируемую задержку ll диоды 12-15 Шоттки и резисторы 16 и 17. Входная и выходная шины устройства подключены соответственно к выходной и входной шинам контролируемого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 18.

Генератор 1 импульсов содержит генератор 19 опорной частоты, делители 20 и 21 частоты, инвертор 22, элемент ИЛИ 23 и элемент ИЛИ-НЕ 24.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при выходном напряжении П< генератора 1; равном логической единице, подаваемом на входную шину ЦАП 18, выходной ток

I ЦАП имеет значение I, равное

«а4 току Х генератора 10, токи I4 и Т4 генераторов 5 и 6 равны нулю. В этом состоянии клич 8 разомкнут и диод

15 закрыт положительным потенциалом

U4 íà его катоде, а диод 14 открыт и через него ток I проходит на выход ЦАП 18. В результате вычитания тока I< „о из тока I на резисторе

16 удерживается нулевое напряжение.

При формировании перепада выходного напряжения U, генератора 1 от единицы к нули синхронно с изменением выходного тока I, от значения

I 4 ц к значению выходного тока сме< 4о<4 о щения нуля I<, замыкается клич 8 и отрицательным напряжением U, обраМ зующимся при прохождении тока I генератора 9 через резистор 17, диод 15

2 открывается, диод 14 закрывается,и с этого момента ток I генератора 10 проходит через диод 15 на вход гене-. ратора 9, а эа счет разностных токов I, -I через резистор 17 на катоде диода 15 устанавливается отрицательное напряжение U4, достаточное для поддержания его в открытом

)p СОСТОЯНИИе

Благодаря тому, что синхронно с формированием перепада выходного тока

I< ЦАП 18 от I<4 „ к I с помощью диодов 14,и 15 осуществляется переключение направления протекания тока

I, исключается долговременная перегрузка осциллографа 4, у которого к второму входу, подключенному через фильтр 2 H повторитель 3 к выходу IIAII, установлен коэффициент ОтклонениЯ 25 мВ/см. Однако при формировании перепада выходного тока I< ЦАП от I<ö „ о к I, и переключении диодов 14 и 15 на резисторе 16 формируются выбросы на2В пряжения, размах которых ограничивается диодами 12 и 13 до величины

<1"=(0,6-0,9)В. Для дальнейшего уменьшения выбросов напряжения, поступаящего на второй вход осциллографа 4, З0 используется фильтр 2, на выходе которого размах напряжения 11э уменьшен

М за счет ограниченной полосы пропускания последнего.

Для регулировки момента переключения диодов 14 и 15 (т. b на фиг. 3)

З5 используется регулируемая задержка

ll, а для развязки выходного сопротивления фильтра 2 и входной емкости осциллографа 4 используется повторитель 3. Измеряя по осциллографу интервал времени t<. от середины среза сигнала U< на входе ЦАП (т. а на фиг. 3) до момента установления напряжения 11 на втором входе осциллографа с заданной относительной погрешностью установления (т. е на фиг. 3) и учитывая задержки t в фильтре 2 и t4 в повторителе 3, можно определить время установления напряжения U> на резисторе 16 и выход50 ного тока I, ЦАП 18 с заданной относительной погрешностью.

После переключения ЦАП на его выходе устанавливается ток I, предстао

ББ вляющий собой статическую погрешность

ЦАП при нулевом коде на входе ЦАП. о Cl

Ток I< формирует напряжение U на резисторе 16, Напряжение смещения и дрейф напряжения смещения повторите:3 13597 ля 3 совместно с напряжением П соэз дают на втором входе осциллографа нао пряжение П, которое ограничивает точность измерения времени установления выходного тока I, ЦАП, делая невозможным измерение малых отклонений выходного тока ЦАП оТ установившегося значения. Для повышения точности измерения используются управляемые генераторы 5 и 6 тока и устройство 7 выборки и хранения.

Управляемый генератор 5 тока (фиг. 4) выполнен на двух последовательно соединенных операционных усилителях, охваченных отрицательной обратной связью, и шести резисторах.

U R

При этом ток Х = —; R,-=R а - =

Управляемый генератор 6 тока (фиг. 5) выполнен на операционном усилителе с отрицательной обратной связью и четырех резисторах. При этом

Нэ э

4 4

Устройство 7 выборки и хранения следующего типа (фиг. 6) содержит генератор импульсов, ЦАП, реверсивный счетчик, компаратор, инвертор и два З0 элемента И.

При поступлении на устройство выборки и хранения управляющего сигнала сигналы с генератора импульсов в зависимости от выходного напряжения компаратора проходят на вход либо прямого, либо обратного счета реверсивного счетчика, выходным кодом кбторого управляется ЦАП. Состояние выхода компаратора зависит от напря- 40 жения на неинвертирующем входе. В течение управляющего импульса на .выходе ЦАП устанавливается напряжение, которому соответствует напряжение

П, близкое к нулю на входе устрой- 45 ства выборки и хранения (напряжение, на неинвертирующем вхоце компаратора).

Фронт импульса напряжения П на втором выходе генератора 1 задержан 50 относительно среза импульса напряжения Ц, на первом выходе на интервал времени t, » t „, где t — время установления напряжения Пь на выходе повторителя 3. В течение импульса напряжения U в соответствии с выходным напряжением Uо повторителя 3 изме6 няется выходное напряжение устройства 7 выборки и хранения, задающее ве55

4 личины токов Т4 и 1 . Пс окончании импульса напряжения Б на выходе генератора 5 устанавливается ток Т,, который сохраняется неизменным до следующего импульса напряжения 1 . Разностным током I -I, на резисторе 16

1 создается напряжение Б, отличающееся от напряжения U на величину 1!, 1

Напряжение П равно по величине на- пряжению смещения и дрейфу напряжения смещения повторителя 3, но имеет противоположную полярность, поэтому выходное напряжение U повторителя принимает нулевое значение. Таким образом, при повторении сигналов 11 следующих за сигналами U,, изменение а 0 напряжения U, создаваемого током I

1 на резисторе 16, дрейф напряжения смещения повторителя 3 отслеживаются с помощью устройства 7 выборки и хранения и генератора 5, поэтому не влияют на измерение времени установления выходного тока 7. ЦАП при его изменении G7 Т „ Ic I

Управляемый гененатор 6 тока используется для поддержания нулевого напряжения Пз на резисторе 16 при включенном ЦАП. В соответствии с выходньм напряжением ус-ройства 7 выборки и хранения на выходе генератора 6 формируется ток I, по величине равный току I генер,атора 5, но имеющий противоположное направление.

При единичном коде на входной шине

ЦАП ключ Я разомкнут, диод 15 закрыт, диод 14 открыт, а разностный ток (I<-Х4)-(I -I -) равен нули, на ре—

1 зисторе 16 удерживается нулевое напряжение Б . При нулевом коде на входной шине ЦАП ключ 8 замкнут, диод

15 открыт, диод 14 закрыт, ток I - вычитается из I,,а разностный ток Х

-I проходит через диод 15 на вход генератора 9.

В результате введения первого управляемого генератора тока и устройства выборки и хранения следящего типа устранено влияние .выходного тока о смещения нуля I, ЦАП и его изменения (статические погрешности ЦАП),напряжения смещения и дрейфа напряжения смещения истокового повторителя 3 (статические погрешности устройства измерения времени установления) на точность измерения времени установления, а за счет введения второго управляемого.генератора тока устраняется влияние первого генератора тока на

8 процесс измерения поддержанием нуле- рять время установления порядка 40вого напряжения U при единичном ко-,50 нс при погрешности установления де на входах ЦАП, что позволяет изме- тока менее О,iX от полной шкалы.

1359755

Составитель 3.Моисеенко

Редактор Т.Парфенова Техред Л.Сердюкова Корректор А.Обручар

Заказ 6151/48

Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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