Устройство для измерения времени установления выходного сигнала цифро-аналоговых преобразователей

(5 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КО О ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИ ЕТ СССРОТКРЫТИИ ИЯ САНИЕ ИЗОБРЕТ ДЕТЕЛ л, В 11олитехниче кий ин ения и(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИУСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системахконтроля динамических параметров цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).Цель изобретения - повышение точности устройства. Устройство содержитзадатчики 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, ВЯ-триггеры 14 - 16, 0-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 6сигнал контролируемого 1 АП, переходный процесс контролируется относительно нулевого уровня. При этом фиксируются моменты последних вхожденийсигнала в две зоны пороговых урсвней, больших 1 МР (младшего разряда),что позволяет контролировать экспоненциальный переходный процесс научастке с крутизной, большей чем крутизна экспоненты на уровнеМР.1 з,п. Ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системахконтроля динамических параметров цифроаналоговых преобразователей (ЦАП),Цель изобретения - повышение точности устройства.На фиг. приведена функциональнаясхема устройства; на фиг.2 - конечный экспоненциальный участок переходного процесса,Устройство содержит задатчикии 2 кодов, коммутатор 3, Формирователь 4 разнополярных пороговых уровней, источник 5 опорного напряжения,делители 6 и 7 напряжения, двухпороговые компараторы 8 и 9, компараторы10 и 11, цифроаналоговый преобразователь 12 опорного сигнала, сумматор13, ВЯ"триггеры 14 в16, 0-триггер. 17, генератор 18 импульсов, Формирователь 19 импульсов, реверсивные счетчики 20 и 21, счетчики 22 и 23 и элементы И 24 - 26.Устройство работает следующим образом.Выходная шина устройства подключается к входной шине контролируемогоЦАП, а входная шина - к выходной шине ЦАП.30ЦАП 12 предназначен для компенсации установившегося сигнала контролируемого ЦАП.Контролируемый ЦАП и ЦАП 12 запитываются опорными напряжениями противоположной полярности.Формирователем 4 разнополярных пороговых уровней формируются уровниП О 2Время установления ЦАП определяется как интервал времени от момента смены кодов до момента последнего вхождения выходного сигнала ЦАП в зону шириной "единица младшего разряда" (1 МР).Для того, чтобы погрешность ком - пенсации установившегося сигнала не превышала 1 МР контролируемого ЦАП, разрядность ЦАП 5 должна быть выше, чем разрядность контролируемого ЦАП., Частоты Г, и Г 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 11, Би 1 МР.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 + 11 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 Б и конечный Ю коды. Сигналом логической единицы с выхода формирователя 19 на вход контролируемого ЦАП подключен код Н задатчика 1, Импульсы12989генератора 8 через элемент И 24 поступают на счетный вход счетчика 21.Сумма установившегося сигнала контролируемого ЦАП и компенсирующегоопорного сигнала ЦАП 12 сравниваетсякомпараторами 10 и 11 с уровнями +П, .В зависимости от положения суммарного сигнала относительно зоны +У, изменяется направление счета счетчика21. Код в счетчике 21 изменяется дотех пор, пока суммарный сигнал не попадает в зону ( О при этом сигналами логического нуля с выходов обоихкомпараторов счетчик блокируется.Навыходе ЦАП 12 в дальнейшем сохраняется компенсирующий опорный сигнал. Импульсом запуска триггер 15 переключается в единичное состояние и запускает формирователь 19 импульсов, на выходе которого формируется отрицатель ный импульс, запирающий элемент И 25и подключающий на вход контролируемого ЦАП через коммутатор 3 код И заНдатчика 2. После окончания импульсаформирователя 19 на входах контролируемого ЦАП происходит смена кодовИ М и начинается контролируемыйпереходный процесс. Импульсы генератора 18 с частотой Е через элемент1И 25 поступают на счетный вход счетчика 22. При каждом вхождении контролируемого переходного процесса в зону +У, триггер 14 переключается вединичное состояние сигналом с выхода компаратора 8, а при вхождении пе" 35реходного процесса в зону +О переключается в исходное состояние сигналом с выхода компаратора 9,Сигналом логической единицы триггера 14 разрешается счет импульсовсчетчиком 20, в котором формируетсякод, пропорциональный времени прохождения скомпенсированного сигналаконтролируемого ЦАП между уровнямиБи 0 или -Би -Б. При вхождении переходного процесса в зону ФПодновременно со сбросом триггера 14осуществляется запись кода счетчика22 в счетчик 23. Р-триггер 17 переключается в состояние, соответствующее состоянию компаратора 9, срезомимпульсов, поступающих с выхода эле"мента И 25, по фронту которых переключается счетчик 22. Таким образом,импульс записи кода в счетчик 23 задерживается относительно моментов переключения разрядов счетчика 22, Вслучае колебательного переходного 16 4процесса при выходе переходного процесса нэ зоны ( П сигналом логнчес(кого нуля компаратора 8 счетчик 20 обнуляется, а при последующем вхождениив зону +Б фиксирует код, пропорциональный времени прохождения пе. реходного процесса между уровнями П н П . В счетчик 23 записывается новыййкод, соответствукнций 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 +0, а в счетчике 20 -.код, пропорциональный времени последнего прохождения между уровнями Б и У или -Б и -П1 йПусть Т - время от момента смены кодов Н .- И до момента последнегоН свхождения сигнала ЦАП в зону +Б(, а Т - время от момента смены кодов ЯЮ - Ы до момента последнего вхожн кдения сигнала ЦАП в зону ( УТогда в счетчике 23 зафиксируется код Н,1, Т , а в счетчике 20 - код Б Г (Т - Т )еЗаполненйе 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 Е Импульс обнуления счетчика 20 возвращает в исходное состояние триггер 15, элемент И 26 закрывается.Длительность импульса на выходе триггера 15 равна Б И, Т - Т,. За это время на счетиыи вход счетчикай 23 поступит число импульсов с частотой Е (Т -Т, )КЕ Л 1(1 . С учетомйзафиксированного в счетчйке 23 кода, Б й Т , окончательный код счетчи(: ка 231(1 ЮТ + Г (Т - Т )- Г,Т, + 1(Т, - Т,)3, (1) где М Г И - коэффициент пропорциональности.Величина 1 зависит от соотношения . величин Б , У и 1 МР и равна(6)а, 0Подставив полученные величины Т и Т, - Т в Формулу (1) с учетом величины коэффициента 1 с из формулы (2), получим 01 п - ф --0 5 МР(2)1 п -д 00Так как уровни ф 0, и +О выбраны на конечном экспоненциальном участке переходного процесса ЦАП, то полученный код пропорционален времени установления.На фиг.2 изображены: 0 - конечный 10 экспбненциальный участок переходной характеристики ЦАП; 0,50 МР - уровни, ограничивающие зону шириной 1 МР; Т - время установления, фиксируемое Мтпо моменту последнего Вхождения сиг нала ЦАП в зону +0,5 МР; Т, Т - моменты последнего вхождения сигнала ПАП соответственно в зону +О, и +О а 0 - погрешность сравнения сигнала ЦАП с пороговыми уровнями +0,5 МР, 20 +О0 , обусловленная неточностью компенсации, неточностью формирования пороговых уровней, влиянием напряжений смещения коипараторов и их дрейфом, влиянием шумов; дй, ьС дС - 25 временные погрешности фиксирования интервалов Т и Т Т , обусловленные влиянием АО.На экспоненциальном конечномучаст ке переходной характеристики выходной ЗО сигнал аппроксииируется функциейй-Т т- т0(й) 0 е 0 е щщ 0,5 ИР егде Т- постоянная времени,(5) 0 1 п -- " Я йТ+ -- г - -(Т О 5 МР 1 0 г 1 П -г 0(7)ест О, 5 МРВ устройстве фиксируются моменты попадания сигнала ЦАП в зоны 10 и 10,величина которых больше,чем 0,5 МР, поэтому ошибка АО приводит к значительно меньшей временной погрешности (фиг.2).Погрешность д 0 сравнения сигнала ЦАП с уровнями +О и +О приводит к погрешностям аС, и айа определения, . моментов времени Т, и Т, и Т- Х.Учитывая, что д 11 Г, дП ПУ2 получимд 13 ь 3 аПдТ -т 1 -- -1( -)111; 11, 11Выбор уровней 11, и 1), зависит от величины конечного экспоненциального участка переходной характеристики15 ЦАП и требуемой точности измерения. Так как от соотношения 13 11 и 0,5 ИР зависит велйчина коэФФициента пропорциональности между частотами генератора Г Г , то целесообразно1 йдля упрощения реализации обеспечить кратность частот, а в простейшем случае - их равенство,формула изобретения 1. Устройство для измерения времени установления выходного .сигнала цифроаналоговых преобразователей, содержащее генератор импульсов, первый30 счетчик, два задатчика кодов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами коммутатора, выходы которого являются выходной шиной устройства, первый двухпороговый компаратор и цифроаналоговый.пре 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 по 40 роговых уровней, формирователь импульсов, второй счетчик, второй двух- пороговый компаратор, два реверсивных счетчика, сумматор, два компаратора, три КБ-триггера, Р-триггер и45 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 Б-входом первого КБ-триг 50 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 Р-входом Р- триггера и К-входом первого КБ-тригд 11ьТ=Т-Т =-ь Гп (1+ ) -ЧС 1 П2 гера, пятый и шестой выходы формирователя разнополярных пороговых уровней соединены с первыми входами первого и второго компараторо соответственно, вторые входы которых объединены с третьими входами первого ивторого двухпороговых компараторов иподключены к выходу сумматора, а выходы соединены с первым и вторым входами управления счетом второго реверсивного счетчика соответственно,счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выходысоединены соответственно с входамицифроаналогового преобразователя опорного сигнала, выход которого и входная шина устройства соединены с первым и вторым входами сумматора соответственно, вход запуска устройствасоединен с установочным входом первого счетчика и с Б-входом второгоКЯ-триггера, К-вход которого объединен с Б-входом третьего триггера иподключен к выходу переполнения первого счетчика, инверсный выход соединен с первым входом первого элемента И, а прямой выход - с первымвходом второго элемента И и с входомформирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входомкоммутатора и с вторым входом второго элемента И, выход второго элемента И соединен с С-входом Р-триггераи счетным входом первого счетчика,выходы которого соединены соответственно с информационными входами второго счетчика, синхронизирующий входкоторого соединен с выходом Р-триггера, а счетный вход соединен с выходом третьего элемента И, первыйвыход генератора импульсов соединенс третьим входом второго элемента И,с вторым входом первого элемента Ии со счетнья входом второго реверсивного счетчика, первый вход управления счетом которого соединен с выходом первого КЗ-триггера, второй входуправления счетом объединен с первымвходом третьего элемента И и подключен к выходу третьего КБ-триггера, аинверсный выход старшего разряда - сТуст. 7 цз г Составитель З.моисеенкоедактор Л.Гратнлло Техред М.Ходанич Корректор О.Луговая акаэ 898/59 исн ВН к Подпомитета СССРоткрытийшская наб., д Тираж 902 .КИПИ Государственногоо делам изобретений035, Москва, Ж, Р Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектн 9 129891610 , К-входом третьего КЯ-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 напря 2, 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.