Устройство для измерения времени установления тока на выходе сверхбыстродействующих цифроаналоговых преобразователей

(51) 4 6 01 К 29/02 ЗОБРЕТЕТЕЛЬСТВУ ИЯ здгдче А.Тгапзасг 1 опзшеазогешепг.Ьег 1982.ин В.В.,ровые преское рад асио,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАН И АВТОРСКОМУ СВ(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЦИФРОАНАЛОГО ВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ЦАП), содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу осциллографа и к одной клемме для подключения исследуемого объекта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения времени установления тока на выходах сверхбыстродействующих ЦАП в него введены элемент регулируемои задержки, истоковый повторитель, то ковый ключ, четыре диода Шоттки, генератор втекающего тока, генераторвытекающего тока, источник напряжения положительной полярности, дварезистора, пассивный фильтр нижнихчастот, причем другая клемма дляподключения исследуемого объектасоединена через первый резистор собшей шиной,с катодом первого диода Шоттки, с анодом второго и катодом третьего диодов Шоттки и через последовательно соединенные псивный фильтр нижних частот и истоковый повторитель с вторым входомосциллографа, катод второго и анодтретьего диодов Шоттки соединены собщей шиной, катод четвертого диода Шоттки подключен через второйрезистор к источнику напряжения.положительной полярности и с генератором вытекающего тока через токовый ключ, управляющий вход которого через элемент регулируемой задержки соединен с выходом генератора импульсов, аноды первого и четвертого диодов Шоттки подключены кгенератору втекающего тока.Изобретение относится к измерительной технике,и предназначенодля точного измерения времени установления тока на выходах сверхбыстродействующих цифроаналоговых преобразователей 1,ЦАП ).Целью изобретения является повышение точности измерения времениустановления токов на выходах сверх. быстродействующих ЦАПов,На фиг.1 изображена структурнаясхема предлагаемого устройства; нафиг,2 - графики работы устройства.Устройство содержит генератор 1импульсов; цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2 ; резистор 3; диодШоттки 4; диод Шоттки 5; генератор 6втекающего тока; резистор 7; токо-.вый ключ 8; генератор вытекающеготока 9; элемент 10 регулируемой задержки;)диод Иоттки 11; диод Шоттки12; пассивный фильтр 13 нижних частот; истоковый повторитель 14 и осциллограф 15, при этом генератор 1импульсов выходом подключен к входуданных ЦАП 2, входу элемента 10 регулируемой задержки, первому входуосциллографа 5, выход ЦАП 2 подключен к одному отводу резистора 3,вторым соединенного с общей шиной,к катоду диода 4 Шоттки, к катодудиода 11 Шоттки, к, аноду диода 12Шоттки, и через пассивный фильтр 13нижних частот к истоковому повторителю 14, анод диода 11 Шоттки и катод диода 12 Шоттки соединены с общей шиной, выход истокового повторителя 14 подключен к второму входуосциллографа 15, генератор 6 втекающего тока подключен к анодам диодов 4 и 5 Шоттки, катод диода 5 Шоттки через резистор 7 подключен к источнику положительного напряжения,а также через токовый ключ 8 к генератору 9 вытекающего тока, управляющий вход токового ключа 8 подключен к выходу элемента 1 О регулируемой задержки.Работа устройства при заданномлогическом уровне (статика) заключается в следующем. Пусть на выходе генератора 1 импульсов логическая "1". При этом ключ 8 разомкнут и генератор 9 тока отключен, при этом на катоде диода 5 Шоттки присутствует запирающей его положительный потенциал, диод 4 Шотлхи открыт. На выходе ЦАП 2 сформи 1200203 2 рован выходной ток 18 р, . Ток генератора 6 11 протекает через диод 4 Шоттки на выходе ЦАП 2 (выходной ток ЦАП 2 выбран равным току 11 втекаю- щего генератора, т,е. 1 ды= - 1),поэтому на резисторе 3 нулевое напряжение. Пусть на выходе генератора 1 импульсов логический "0", при этом выходной ток ЦАП 2 равен нулю, ключ 8 0 замкнут нулевым уровнем с генератора 1 импульсов н за счет тока 1 ге 55 Шоттки на выход ЦАП 2, а так как1 =1, то на резисторе 3 нулевоенапряжение П (фиг.2, работа встатике). При переходе ввходного нератора 9 тока, протекающего черезвторой, резистор 7, на катоде диода 15 5 Шоттки сформирован отрицательныйуровень, при. этом диод 5 Шоттки открыт и ток 1 с генератора 6 втекающего тока проходит через диод 5Шоттки и ключ 8 на генератор 9 вытекающего тока. Величина тока 1 д генератора 9 вытекающего тока должнабыть больше, чем величина тока 1 генератора 6 втекающего тока для того,чтобы разностным током на катоде диода 5 Шоттки поддерживался отрицательным уровень за счет падения напряжения на резисторе 7, Диод 4 Шотткизакрыт, и на резисторе 3 нулевоепадение напряжения.30 Для того, чтобы измерять малоевремя установления погрешностью установления менее 0,2%, необходимоработать с осциллографом на высокойчувствительности. При этом осцилбб пограф не должен перегружаться либоиметь малое время восстановления,намного меньшее, чем измеряемое время установления. Однако осциллографы с временем. восстановления менее 40 чем 20 нс с погрешностью восстановления 0,2% неизвестны, Как видно израссмотрения работы устройства,при заданном логическом уровне постоянном) оно не перегружается.45Работа устройства при переходес одного логического уровня на другой (динамика) заключается в следующем. Пусть в начальный момент навыходе генератора 1 импульсов логи ческий уровень "1" Щ , фиг.2), выходной ток ЦАП 2 равен 1 ц(фиг.2)Теы, диод 4 открыт ( диод 5 Шотткизакрыт) и ток 1 (1 фиг,2) генератора 6 тока протекает через диод 41200203 уровня генератора 1 импульсов с логической 1 на логический 0 (фиг.2 Б, ), выходной ток ЦАП 2 1зыби с некоторой задержкой начинает1 уменьшаться, стремясь к нулю (фиг, 2), т.е. формируется фронт сигнала на выходе ЦАП 2. В это время диод 4 Шоттки еще открыт и через него проходит постоянный ток 1 с генератора 6 втекающего тока (фиг.2). Разность токов 1, и 14 возрастает и на резисторе 3 растет положительное напряжение (фиг.3 Б).В момент времени,соответствующий примерно середине фронта выходного тока ЦАП 2 1 вы(фиг,2, точка б, 1 ), осуществляется переключение диодов 4 и 5 Шоттки и при этом диод 4 запирается, диод 5 открывается и ток 1 генератора 61втекающего тока протекает через диод 5 Шоттки, замкнутый ключ 8 на генератор 9 вытекающего тока. Так как в момент переключения диодов 4 и 5 Шоттки выходной ток 1 , ЦАП 2 имеет некоторое значение (1 ы точка б, фиг.2), то на резисторе 3 напряжение с положительного переключается на отрицательное. При дальнейшем уменьшении выходного тока ЦАП 2 1 ы до нуля (фиг.2) отрицательное напряжение на резисторе 3 У тоже стремится к нулю (фиг.2 11 ) согскоростью, с которой уменьшается выходной ток ЦАП 2 1 , Так как фронт выходного тока ЦАП 2 1сверхбыстродействующих ЦАПов имеет малую длительность (менее 10 нс), то длительность выбросов мала. Чомент переключения диодов 4 и 5 регулируется с помощью элемента 10 регулируемой задержки, на вход кото- . рого подается перепад логического уровня из. "1" в "0" с выхода генератора 1 импульсов, одновременно с.подачей перепада на вход данных ЦАП 2. С выхода элемента 10 регулируемой задержки перепад поступает на управляющий вход ключа 8, замыкая его. При этом ток 1 генератора 9 вытекающего тока, протекая через резистор 7, формирует. отрицательный уровень напряжения на катоде диода 5 (фиг.2, 1 з) и открывает его, Ток 1 генератора 6 втекающего тока протекает теперь на генератор 9 вытекающего тока через диод 5 Шоттки. 4Величина выбросов напряжения Пгна резисторе 3 (фиг.2) может иметьбольшую величину. Если переключениедиодов 4 и 5 осуществляется точно посередине отрицательного фронта выходного тока ЦАП 2 1,(фиг.2, точка б, 1 ц), то величина выбросовравнамсю х1 8 ыхО 2где К - сопротивление резистора 3.махПри 1= 40 мА и В. = 25 Ом величина выбросов равна 0,5 В, поэтомупри измерении времени установления5 при погрешности установления 0,27когда необходимо использовать осциллограф с чувствительностью менее5 мВ/см, осциллограф перегружается.Для уменьшения амплитуды коротких20 выбросов используются диады 11 и 12,в качестве которых взяты диоды Шоттки. Эти диоды Шоттки имеют высокоебыстродействие и ограничивают выбросы на уровне + 0,3 В (фиг.2 Бг ).Дпя дальнейшего уменьшения выбросовиспользуется пассивный фильтр 13нижних частот,Частота среза выбрана таким образом, чтобы не увеличивать измеряемое время установления. Так как поставле на задача измерять время установления около 40 нс при погрешности измерения 0,27, то используется фильтр с полосой пропускания 25 МГц. Фильтр 13 эффективно уменьшает выбросы (фиг.2 Б 4 ), что позволяет измерять время установления 40 нс при погрешности установления 0,27. без перегрузки осциллографа с чувствитель ностью 5 мВ/см. Задержка сигнала вфильтре 13 равна 1 г (фиг.2 У). Дпя того, чтобы исключить влияние входных параметров осциллографа емкости соединительного кабеля на результаты измерении, используется истокочвый повторитель с входной емкостью 4 пф. Время задержки в истоковом повторителе равно с (фиг.2, Б). 50 Данное устройство используетсядля измерения времени установленияпри перепаде тока с 1 в ноль наРЫхвыходе ЦАП. При этом диод 4 запирается, поэтому переходные процессы 55 этого диода практически не сказываются на результат измерения приизмерении С, около 40 нс с погрешностью установления 0,27.аж 747 Подписное аз 7861/50 ал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектйая 5 12Сам процесс измерения осуществляется следующим образом.На первый вход осциллографа 15 выводится сигнал с выхода генератора 1 импульсов (фиг,2, Ц,). Синхронизация осциллографа - внутренняя и осуществляется от перепада из "1" в "О" на выходе генератора 1 импульсов.Чувствительность по первому входу осциллографа 15 около 1 В/см и осциллограф не перегружается На второй вход осциллографа 15 подается сигнал с выхода истокового повторителя 4 (фиг,2, 0 ). Чувствительность по второму входу несколько мВ/см, однако осциллограф 15 не перегружается при этом. Производится измерение времени й по экрану осциллографа, т.е времени от середины отрицательного фронта из "1" в "О" 00203 ьперепада напряжения на выходе генератора 1 импульсов иг.2, точка а11) до момента установления с заданной погрешностью (фиг.2, точка е,Б). Время установления равно е ,минус задержки в пассивном фильтре 13нижних частот й и в истоковом повторителе 14 й. Время С 1 - времязадержки ЦАП. Генератор 1 импульсов1 О работает в периодическом режиме, формнруя импульсы с большим периодом.В качестве генератора импульсовмогут быть взяты генераторы Г 5-60,Г 5-66, обладающие хорошими .времен 15 ными характеристиками, илн сформирован автогенератор на логических. элементах,В качестве пассивного фильтранижних частот может быть использова 20 на просто КС-цепочка.