Устройство для измерения времени установления цифроаналогового преобразователя

(22) (46) (72) и А.И (53) (56) Р 123 ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕЦИФРОАНАЛОГОВОГО ведение элэлементанадежностьовьппение то ент пульса и задержкизволило п ментоИ 19 сит езультатов изм счет введени сти достигнуто преобра атора 2 вателя цифроаналоговогоа введение компаприменение двухсго и точного) кодов ио (грубозмеренияействиеил е чато есса ь быстр ф-лы,зволили повыс тройства. 2 з ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 23.06.8623.10.88.Бюл. У 39Е.Г.Абаринов, Ю,А,Козусев .Разин621.325 (088.8)Авторское свидетельство СССР 6612, кл. Н 03 М 1/66, 1984,Измерение и контроль в микроэлектронике./ Под ред. А,А,Сазонова - М.: Высшая школа, 1984, с.319-325, рис.10.26.(57) Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей, Цель изобретения - повьппение 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 преобразователь 6 и сумматор 7, ключ 8, интегратор 9, компараторы 10, 11, генератор12 пилообразного напряжения, третийкомпаратор 13, формирователь 14строб-импульса, элементы задержки 15,16, счетчики 17,18, элемент И 19,компаратор 20 кодов, элемент ЗАПРЕТ21, триггеры 22,23, измеритель 24временных интервалов и контролируемый цифроаналоговый преобразователь25. Формирователь 5 порогового напряжения выполнен на двух счетчикахи цифроаналоговом преобразователе.Блок 1 управления выполнен на генераторе импульсов, делителе частоты,триггере, формирователе короткогоИзобретение относится к автоматике и измерительной технике и пред"назначено для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей.Цель изобретения - поньппение надежности точности и быстродействия.На Фиг.1 представлена структурная Осхема устройства; на Фиг.2 " структурная схема формирователя порогового напряжения; на Фиг.З - структурная схема блока управления; наФиг.4 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу блока управления устройством.Устройство (фиг.1) для измерениявремени установления цифроаналогово"го преобразователя содержит блок 1 20управления, регистры 2 и 3, коммутатор 4, Формирователь 5 пороговогонапряжения, цифроаналоговый,преобразоватепь 6, сумматор 7, ключ 8, интегратор 9, компараторы 1 О и 11, 25генератор 12 пилообразного напряжения,третий компаратор 13, формирователь14 короткого импульса, элементы 15и 16 задержки, счетчики 17 и 18, элемент И 19, компаратор 20 кодов, элемент ЗАГРЕТ 21, триггеры 22 и 23,измеритель 24 временных интервалов иконтролируемый цифроаналоговый преоб-.разователь (ЦАП) 25Формирователь 5 порогового напряжения (фиг,2) выполнен на. двух счет-,чиках 26 и 27 и цифроаналоговом преобразователе 28. Блок 1 управления(фиг.З) выполнен на генераторе 29 импульсов, делителе 30 частоты, триггере 31, Формирователе 32 короткого импульса и элементе И 33.Устройство (фиг.1) работает следующим образом.В исходном состоянии к входам 45контролируемого ЦАП 25 через коммутатор 4 подключен код регистра 2. Предварительно в регистры 2 и 3 заносятся конечный Б и начальный И кодысоответственно. Выходной сигнал50ЦАП 6 поступает на вычитающий входсумматора 7, компенсируя установив"шийся сигнал ЦАП 25. В сдн состоянии сигналом с первого выходаблока 1 управления замкнут ключ 8 инескомпенсированный остаток сигналаЦАП 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 Н, регистра 3, Длительность этих импульсов. определяет время подключения начального кода и выбирается в соответствии с техническими условиями наизмерение 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 сиена кодов 11 н -Ф 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 переключенияЦАП 25. При этом срабатывает компаратор 13 и на выходе. формирователя 14формируется короткий строб-импульс.Времй первоначальной задержки стробимпульса выбирается исходя из максимального измеряемого времени установления, поэтому выходной сигнал ЦАП 25в момент стробирования компараторов10 и 11 находится в зоне, ограниченной опорными уровнями компараторов10 и 11. Компараторы 10 и 11 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 11 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, ЧислоК 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 Б з может быть, как и в известном устройстве, выбрана, например, из соотношения М = 0,5 К. В 10 случае, если код счетчика 17 больше или равен коду Б , импульс с первого выхода компаратора 20 кодов че" рез элемент ЗАПРЕТ 21 поступает на первый вход- Формирователя 5 порого вого напряжения, вызывая уменьшениеНФ его напряжения на величину 2 Ь, где Ь - величина кванта ЦАП 25. Импульс переполнения счетчика 18 через элемент 16 задержки обнуляет счет чик 17, а измерение продолжается при новом положении строб-импульса, который сдвинут относительно начального положения к началу переходногоФпроцесса на интервал Ь, = 2 1/Я, 25 где Б - 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 11 и К, После К измерений в результате сравнения кода счетчика 17, меньшего Б , компаратор 20 Формирует импульс на втором выходе, который устанавливает в единичное состояние триггер 22 и поступает на тре тий вход формирователя 5, выходной сигнал которого увеличивается на величину Ь, что вызывает сдвиг строб- импульса вправо по временной оси на интервал А = ЧЯ. Сдвиг строб- импульса к концу переходного процесса после К измерений продолжается до вхождения сигнала ЦАЛ 25 в заданную зону, когда компараторы 1 О и 11 снова начинают Фиксироваться в единичном состоянии. Код счетчика 17 после К измерений снова будет превышать И, но результат сравнения с первого вьхода компаратора 20 кодов не вызывает изменения состояния Фор - мирователя 5, так как элемент ЗАПРЕТ заблокирован сигналом триггера 22. Положение строб-импульса в дальнейшем остается неизменным, Триггер 23 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 интерваловТаким образом, строб-импульс сдвигается к конечному положению на временной оси с дискретностью АС что повышает скорость измерения. После грубой оценки времени установления с дискретностью Г, измеряемый интервал уточняется путем сдвига строб- импульса в обратном направлении с дискретностью Ь С,обеспечивая тре-у буемую точность. Сокращение времени измерения тевыше, чем выше соотношение г, /Лг., В случае монотонного переходного процесса ограничений на величину , нет. В случае колебательного - интервал Ь , не должен превышать длительности последнего выхода переходного процесса ЦАП 25 из заданной зонь 1, иначе этот выброс может быть не зафиксирован (если он попадет между соседними положениями строб-импульса) и измеряемое время установления будет занижено,Измеритель 2 ч 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 ЦАЛ 28ПФуменьшается на величину 2 Ь, где (и+1) - номер разряда ЦАЛ 28, подключенного к младшему разряду счетчика 26. При поступлении импульсана вход счетчика 27 напряжение ЦАП 28 увеличивается на величину Ь.Блок управления работает следующим образом. Генератор 29 вырабатырает импульсы, длительность Т которых равна максимальному времени установления контролируемого ЦАП (фиг.4 а) . Период следования импульсов ,равен 2 Т. Период следования импульсов на выходе делителя 30 частоты равен 2 Т ш (фиг,46), где тп - коэффициент деления делителя 30. Интервал 2 Т в (Фиг.4 в) 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.4 д) появляется ус,тановочный импульс формирователя 32 короткого импульса, а на третьем выходе формируются импульсы управления, поступающие с выхода генератора 29 через элемент И 33 (фиг.4 г). Величина ш делителя 30 определяется ,из максимального времени измерения, ,Например, при измерении с, в диапазоне 10-20 мкс период импульсов генератора 29 равен 2 Т = 40 мкс. Если, например, Ь,- "500 нс и ЬС - 50 нс, то при ,т= 10 мкс стробимпульс сдвигается из положения , 20 мкс до положения 10 мкс за 1 О мкс/ /0,5 мкс = 20 циклов. Число циклов сдвига строб-импульсов вправо на Ь не более Ь, /Ьй = 500 нс/50 нс10. Максимально число циклов сдвигалст лак Сдст+МЬ Ь 1 п20 + 1 О = 30.,Если число усреднений в каждом цикле К = 100, то число тактов измерения И = М,л К3000. Время измерения Т,м ) 2 Т 11120 мс, а коэффициент деления делителяш-Б ) 3000,Тцм2 Тформула изобретения1. 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 кото 5 10 1 Б рого соединен с управляющим входомключа, выход которого через интегратор подключен к первому входу сумма- .тора, второй вход которого являетсявходной информационной шиной, а выход соединен с информационными входами ключа, первого и второго компараторов, вход стробирования первогокомпаратора объединен с одноименнымвходом второго компаратора, с входомобнуления генератора пилообразногонапряжения, первым входом первоготриггера и подключен к выходу формирователя строб-импульса, вход которого соединен с выходом третьего компаратора, первый и второй входы кото 20 25 30 ЗБ 40 45 50 55 рого соединены с выходами соответственно генератора пилообразного напряжения и формирователя пороговогонапряжения, первый вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, первый вход которого ссединен с выходомвторого триггера, первый вход которого подключен к третьему выходу блокауправления, вход измерителя временныхинтервалов соединен с выходом первого триггера, второй вход которогообъединен с входом запуска генератора пилообразного напряжения, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповьппения надежности, точности ибыстродействия, в него введены первый и второй регистры, цифроаналоговый преобразователь, компаратор кодов, два элемента задержки и элементИ, первый и второй входы которогосоединены с выходами соответственнопервого и второго компараторов, авыход подключен к счетному входу первого счетчика, выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными входами компараторакодов, вход обнуления соединен свыходом первого элемента задержки,первый вход которого объединен спервым входом второго триггера, входом обнуления второго счетчика и вторым входом формирователя пороговогонапряжения, 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 информационныевходы компаратора кодов являются вход.ной шиной эталонного кода, а еговход управления объединен с вторымвходом первого элемента задержки иподключен к выходу второго счетчика,счетный вход которого объединен стретьим входом элемента И и черезвторой элемет задержки подключен квыходу формирователя строб-импульса,выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим входом сумматора, а его входы объединены с соответствующими первыми входами коммутатора и подключены к соответствующимвыходам первого регистра, выходы второго регистра соединены с соответствующими вторыми входами коммутатора,вход запуска генератора пилообразного напряжения подключен к первомувыходу 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 20на двух счетчиках и И-разрядном цифроаналоговом преобразователе, выходкоторого является выходом формирователя порогового напряжения, инверс-.ные выходы первого счетчика соедииены с соответствующими с М-го по(и+1)-Й входы цифроаналогового преобразователя, входы с п-го по первый которого подключены к прямым выходамвторого счетчика, вход обнуленияпервого счетчика объединен с входомобнуления второго счетчика и является входом формирователя пороговогонапряжения, счетные входы первого ивторого счетчиков являются соответственно первым и третьим входамиформирователя порогового напряжения,ЗУстройство 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 импуль са 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.343277 б С витель Н.Капитанедактор С,Пекарь Техред И.Верес ректор И,Муск каа 5464/55 0 ктная, 4 П водственно-полиграфическое предприятие, г. Ужго Тираж 929 ИИПИ Государстве по делам изобре 5, Москва, Ж, ного ком ений и о Раушская Подписноетета СССРкрытийнаб;, д. 4/5