Устройство для измерения времени установления цифроаналогового преобразователя

 

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей. Цель изобретения - повышение надёжности, точности и быстродействия . Устройство для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей содержит блок 1 управления, регистры 2,3 коммутатор 4,формирователь 5 порогового напряжения , цифроаналоговый преобразователь 6 и сумматор 7, ключ 8, интегратор 9, компараторы 10, 1-1, генератор 12 пилообразного напряжения, третий компаратор 13, формирователь 1Д строб-импульса, элементы задержки 15, 16, счетчики 17,18, элемент И 19, компаратор 20 кодов, элемент ЗАПРЕТ 21, триггеры 22,23, измеритель 24 временных интервалов и контролируе - мый цифроаналоговый преобразойатель 25. Формирователь 5 порогового напряжения выполнен на двух счетчиках и цифроаналоговом преобразователе. Блок 1 управления выполнен на генераторе импульсов, делителе частоты, триггере, формирователе короткого импульса и элементе И. Введение элементов задержки 15,16 и элемента И 19 позволило повысить надежность результатов измерения, повышение точности достигнуто за счет введения цифроаналогового преобразователя 6, а введение компаратора 20 кодов и применение двухступенчатого (грубого и точного) процесса измерения позволили повысить быстродействие устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ii 3l (О 4i 00 to ч О)

СОВХОЗ СОВЕТСКИХ

СОК4АЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 1 Н 03 М 1/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМ ./ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4107841/24-24 (22) 23.06.86 (46) 23.10.88.Бюл. К- 39 (72) Е.T.Àáàðèíîâ, Ю.A.Êoýóñeâ и А.И.Разин (53) 621.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1236612, кл. Н 03 М 1/66, 1984.

Измерение и контроль в микроэлектронике./ Под ред. А.A.Ñàçoíaâà.M.: Высшая школа, 1984, с.319-325, рис.10.26. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ЦИФРОАНАЛОГОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей. Цель изобретения— повышение надежности, точности и быстродействия. Устройство для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей содержит блок

1 управления, регистры 2,3 коммутатор 4,формирователь 5 порогового напряжения, цифроаналоговый преобразова„„SU„„3432776 А 1 тель 6 и сумматор 7, ключ 8, интегратор 9, компараторы 10, 11, генератор

12 пилообразного напряжения, третий компаратор 13, формирователь 14 строб-импульса, элементы задержки )5, 16, счетчики 17,18, элемент И 19, компаратор 20 кодов, элемент ЗАПРЕТ

21, триггеры 22,23, измеритель 24 временных интервалов и контролируе» мый цифроаналоговый преобразователь

25. Формирователь 5 порогового напряжения выполнен на двух счетчиках и цифроаналоговом преобразователе.

Блок 1 управления выполнен на генераторе импульсов, делителе частоты, триггере, формирователе короткого импульса и элементе И. Введение элементов задержки 15,16 и элемента

И 19 позволило повысить надежность результатов измерения, повьппение точности достигнуто за счет введения цифроаналогового преобразователя 6, а введение компаратора 20 кодов и применение двухступенчатого (грубого и точного) процесса измерения позволили повысить быстродействие устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1432776

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и предназначено для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей.

Цель изобретения — повышение надежности, точности и быстродействия.

На фиг.l представлена структурная схема устройства; на фиг.2 " структурная схема формирователя порогового напряжения; на фиг.3 — структурная схема блока управления; на фиг.4 — временные диаграммы, иллюст- 15 рирующие работу блока управления устройством.

Устройство (фиг.!) для измерения времени установления цифроаналогово"

ro преобразователя содержит блок 1 20 управления, регистры 2 и 3, коммутатор 4, формирователь 5 порогового напряжения, цифроаналоговый,преобразоватепь 6, сумматор 7, ключ 8, интегратор 9, компараторы 10 и ll 25 генератор 12 пилообразного напряжения, третий компаратор 13, формирователь 14 короткого импульса, элементы 15 и 16 задержки, счетчики 17 и 18, элемент И 19, компаратор 20 кодов, эле- 30 мент 3AIIPET 21 триггеры 22 и 23, измеритель 24 временных интервалов и контролируемый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25., Формирователь 5 порогового напряжения (фиг.2) выполнен на. Двух счет-, чиках 26 и 27 и цифроаналоговом преобразователе 28. Блок 1 управления (фиг.3) выполнен на генераторе 29 импульсов, делителе 30 частоты, триг- 40 гере 31, формирователе 32 короткого импульса и элементе И 33.

Устройство (фиг.l) работает следующим образом.

В исхОДнОм сОстОЯнии K вхОДам 45 контролируемого ЦАП 25 через коммутатор 4 подключен код регистра 2. Предварительно в регистры 2 и 3 заносятся конечный И и начальный И„ коды соответственно. Выходной сигнал

ЦАП 6 поступает на вычитающий вход сумматора 7, компенсируя установившийся сигнал ЦАП 25. В исходном состоянии сигналом с первого выхода блока 1 управления замкнут ключ 8 и

HeñêoìïåHñèðo÷àHHûé остаток сигнала

ЦАП 25 компенсируется с помощью интегратора 9. В момент начала измерения сигналом блока 1 управления ключ

8 размыкается, интегратор 9 переводится в режим хранения, а коротким импульсом с второго выхода блока управления обнуляются счетчики 17 и 18, триггер 22, а формирователь 5 уста" навливается в состояние максимального порогового уровня. В режиме измерения на третьем выходе блока управления периодически формируются импульсы, подключающие через коммутатор 4 к входам ЦАП 25 начальный код

N регистра 3. Длительность этих импульсов. определяет время подключения начального кода и выбирается в соответствии с техническими условиями на измерение времени установления конкретного типа ЦАП, а период их следования выбирается больше ожидаемого времени установления. По окончании импульса на третьем выходе блока 1 управления на входах контролируемого ЦАП происходит смена кодов

11н †> И„, начинается контролируемый переходной процесс ° Одновременно запускается генератор 12 пилообразного напряжения, выходной сигнал которого сравнивается компаратором 13 с . максимальным сигналом формирователя

5. Напряжение генератора 12 достигает порогового напряжения через максимальное время после переключения

ЦАП 25. При этом срабатывает компаратор 13 и на выходе. формирователя 14 формируется короткий строб-импульс.

Времй первоначальной задержки стробимпульса выбирается исходя из максимального измеряемого времени установления, поэтому выходной сигнал ЦАП 25 в момент стробирования компараторов

10 и 11 находится в зоне, ограниченной опорными уровнями компараторов

10 и 11. Компараторы 10 и ll фиксируются в единичном состоянии, а генератор 12 пилообразного напряжения обнуляется. Строб-импульс через элемент 15 задержки поступает на счетный вход счетчика 18 и через открытый элемент

И 19 — на счетный вход счетчика 17.

Переключение ЦАП 25 и стробирование компараторов 10 и ll осуществляется периодически с частотой следования импульсов на третьем выходе блока 1 управления, управляющих коммутатором

4 и запускающих генератор 12 пилообразного напряжения. Количество измерений подсчитывается счетчиком 18, а число попаданий сигнала ЦАП в заданную зону — счетчиком 17. Число

1432776

К измерений при неизменном положении строб-импульса определяется ем.костью счетчика 18, импульс переполнения которого разрешает компаратору

20 кодов осуществить сравнение кодов счетчика 17 с эталонным кодом 11

Величина N > может быть, как и в известном устройстве, выбрана, напри— мер, из соотношения М „= 0,5 К. В 10 случае, если код счетчика 17 больше или равен коду 11, импульс с первого выхода компаратора 20 кодов че" рез элемент ЗАПРЕТ 21 поступает на первый вход- формирователя 5 порогового напряжения, вызывая уменьшение

5+1 его напряжения на величину 2 h, где h — величина кванта ЦАП 25. Импульс переполнения счетчика 18 через элемент 16 задержки обнуляет счет- 20 чик 17, а измерение продолжается при новом положении строб-импульса, который сдвинут относительно начального положения к началу переходного 14 процесса на интервал b,t = 2 h/S 25 где S — крутизна пилообразного напряжения генератора 12. Сдвиг строб-импульса влево по временной оси продолжается до тех пор, пока задержка строб-импульса относительно начала 30 переходного процесса не станет меньше измеряемого времени установления.

В этом случае один из компараторов 10,11 будет фиксироваться в нулевом состоянии и строб-импульс не будет поступать на .вход счетчика 17 или поступать с частотой, меньшей чем расчетная, определяемая соотношением N и К. После К измерений в результате сравнения кода счетчика

17, меньшего N, компаратор 20 формирует импульс на втором выходе, который устанавливает в единичное состояние триггер 22 и поступает на тре- 5 тий вход формирователя 5, выходной сигнал которого увеличивается на величину ll. что вызывает сдвиг стробимпульса вправо по временной оси на интервал tz = Ь/Я. Сдвиг стробимпульса к концу переходного процесса после К измерений продолжается до вхождения сигнала ЦАП 25 в заданную зону, когда компараторы 10 и 11 снова начинают фиксироваться в единичном состоянии. Код счетчика 17 после К измерений снова будет превышать N „,,но результат сравнения с первого вь|хода компаратора 20 кодов не вы".,ûíÿåò изменения состояния фор— мирователя 5, так как элемент ЗАПРЕТ заблокирован сигналом триггера

22. Положение строб-импульса в дальнейшем остается неизменным. Триггер

?3 устанавливается в единичное состояние в момент начала переходного процесса, а обнуляется строб-импульсом. На выходе триггера 23 периодически формируется импульс, длительность которого равна времени установления ЦАП 25 и измеряется с помощью измерителя 24 временных интервалов °

Таким образом, строб-импульс сдвигается к конечному положению на временной оси с дискретностью ДС,, что повышает скорость измерения. После грубой оценки времени установления с дискретностью, измеряемый инTepBBJI уточняется путем сдвига стробимгульса в обратном направлении с дискретностью 4 t„,обеспечивая тре-у буемую точность. Сокращение времени измерения тем выше, чем выше соотношение t, / t„. В случае монотонного переходного процесса ограничений на величину gt, нет. В случае колебательного — интервал Ь, не должен превышать длительности последнего выхода переходного процесса ЦАП 25 из заданной зонь1, иначе этот выброс может быть не зафиксирован (если он roïëätò между соседними положениями строб-импульса) и измеряемое время установления будет занижено, Измеритель 24 временных интервалов может быть реализован на основе измерителя, содержащего последовательно соединенные преобразователь средних значений на операционном усилителе, следящий АЦП и устройство индикации.

Формирователь 5 порогового напряжения работает следующим образом. В начальном состоянии при обнулении счетчиков 26 и 27 на выходе ЦАП 28 устанавливается максимальный уровень, так как на его старшие разряды посту" пают уровни логических единиц с ин- версных выходов счетчика 26. При поступлении импульса на вход счетчика 26 напряжение на выходе ЦАП 28

h+< уменьшается на величину 2 h, где (п+1) — номер разряда UAII 28, подключенного к младшему разряду счетчика 26. При поступлении импульса

1432776

15 на вход счетчика 27 напряжение ИАП

28 увеличивается на величину Ь.

Блок управления работает следующим образом. Генератор 29 вырабатывает импульсы, длительность Т которых равна максимальному времени установления контролируемого UAII (фиг. 4а) . Период следования импульсов

;равен 2Т. Период следования импульсов на выходе делителя 30 частоты ра вен 2Т ш (фиг.46), где m — коэффици-! ент деления делителя 30. Интервал 2Т m (фиг.4в) на первом выходе блока 1 управления (прямой выход триггера 31) определяет время коррекции и время ! измерения между коррекциями. При переключении триггера 31 на втором вы- ходе блока 1 (фиг.4д) появляется ус;тановочный импульс формирователя 32 ! короткого импульса, а на третьем выходе формируются импульсы управ iëåíèÿ, поступающие с выхода генерато,.ра 29 через элемент И 33 (фиг.4г)., Величина m делителя 30 определяется, из максимального времени измерения,, Например, при измерении t< в диапа.зоне 10-20 мкс период импульсов ге1 нератора 29 равен 2Т = 40 мкс. Если, например, gt, - "500 нс и — 50 нс, то при t e = 10 мкс строб3" импульс сдвигается из положения, 20 мкс до положения 10 мкс за 10 мкс/

/0,5 мкс = 20 циклов. Число циклов сдвига строб-импульсов вправо на д не более Дt, /Ьй = 500 нс/50 нс

10. Максимально число циклов сдвига ч 2 ст л ак t ст

h;ti

Ц д Ltd

20+ 10= 30..

Если число усреднений в каждом цикле К = 100, то число тактов измерения Ит= N< К 3009. Время измерейия Т„„> 2Т11 120 мс, а коэффициент деления делителя

m -- — > N ) 3000, Тц м

2Т т

Формула изобретения

1. Устройство для измерения времени установления цифроаналогового преобразователя, содержащее первый и второй счетчики, измеритель временных интервалов, коммутатор, выходы которого являются выходной шиной, а вход управления соединен с первым выходом блока управления, второй выход кото20

55 рого соединен с управляющим входом ключа, выход которого через интегратор подключен к первому входу сумма- . тора, второй вход которого является входной информационной шиной, а выход соединен с информационными входами ключа, первого и второго компараторов, вход стробирования первого компаратора объединен с одноименным входом второго компаратора, с входом обнуления генератора пилообразного напряжения, первым входом первого триггера и подключен к выходу формирователя строб-импульса, вход которого соединен с выходом третьего компаратора, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно генератора пилообразного напряжения и формирователя порогового напряжения, первый вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, первый вход которого ссединен с выходом второго триггера, первый вход которого подключен к третьему выходу блока управления, вход измерителя временных интервалов соединен с выходом первого триггера, второй вход которого объединен с входом запуска генератора пилообразного напряжения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения надежности, точности и быстродействия, в него введены первый и второй регистры, цифроаналоговый преобразователь, компаратор кодов, два элемента задержки и элемент

И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго компараторов, а выход подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными входами компаратора кодов, вход обнуления соединен с выходом первого элемента задержки, первый вход которого объединен с первым входом второго триггера, входом обнуления второго счетчика и вто-! рым входом формирователя порогового напряжения, третий вход которого объединен с вторьп входом второго триггера и подключен к первому выходу . компаратора кодов, второй выход которого соединен с вторым входом элемента ЗАПРЕТ, вторые информационные входы компаратора кодов являются входной шиной эталонного кода, а его вход управления объединен с вторым входом первого элемента задержки и

1432776 подключен к выходу второго счетчика, счетный вход которого объединен с третьим входом элемента И и через второй элемет задержки подключен к выходу формирователя строб-импульса, выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим входом сумматора, а его входы объединены с соответствующими первыми входами коммута- 10 тора и подключены к соответствующим выходам первого регистра, выходы второго регистра соединены с соответствующими вторыми входами коммутатора, вход запуска генератора пилообраз- 35 ного напряжения подключен к первому выходу блока управления, 2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что формирователь порогового напряжения выполнен 20 на двух счетчиках и N-разрядном цифроаналоговом преобразователе, выход которого является выходом формирователя порогового напряжения, инверс-. ные выходы первого счетчика соеди- 25 иены с соответствующими с N-го по (n+1)-й входы цифроаналогового преобразователя, входы с п-го по первый которого подключены к прямым выходам второго счетчика, вход обнуления первого счетчика объединен с входом обнуления второго счетчика и является входом формирователя порогового напряжения, счетные входы первого и второго счетчиков являются соответ— ственно первым и третьим входами формирователя порогового напряжения, l

3 ..Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления выполнен на генераторе импульсов, делителе частоты, триггере, формирователе короткого импульса и элементе И, выход которого является третьим выходом блока, выход генератора импульсов соединен с первым входом элемента И и входом делителя частоты, выход которого подключен к входу триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И и входом формирователя короткого импульса, выход которого является вторым выходом блока, прямой выход триггера является первым выходом блока.

1432776 а

Составитель Н.Капитанов Редактор С,Пекарь Техред И.Верес Корректор И,Муска

Заказ 5464/55

Тираж 929 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