Устройство для определения динамическиххарактеристик преобразователей

Союз Советскию Социалистических Республик0 6.8 та опубликованию описа 2) Авторыизобретения М,М. Гельман, А.С. Бондаревский, Е. А. А, Козлон, Е, -А. К. Богдански(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ь ле но ей.для измерения(времени наовления пере- АЦП с испольсигналов стан ащие ЦАП (длябразцового сиию задержки., ератор тактоэлемент и бло 25к нляли П на Изобретение относится к электроиэмерительной технике и предназначено для измерения динамических параметров (апертурного времени - минимального времени преобразования, минимального времени задержки, максимальной частоты преобразования) и определения на их основе различных динамических характеристик, а также для метрологической аттестации и поверки быстродействующих аналого-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ЦАП) преобраэоватей с переменной и постоянной длител стью цикла преобразования независ мо от способа органиэации управлени запуском преобразователИзвестны устройствадинамических параметроврастания, времени устанходной характеристики)эованием испытательныхдартной формы, содержформирования входного о г нала АЦП), цифровую линблок синхронизации, генвых сигналов, ключевойобработки 1).Недостатками этих устройств я ются трудности точного (сотые до процента) определения реакции АП я спыт ател ьный си гнал, особенно э н ачительными в условиях нестабильности последнего.Известно также устройство для определения динамических характеристик преобразователей, содержащее цифроаналоговый преобразователь, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к первому входу блока обработки, генератор тактовых сигналон связанный с управляемым делителем час тоты и выходной зажим устройства. В этом устройстве максимальная частота преобразонания АЦП определяется в про цессе изменения частоты генератора тактовых сигналов 2 .Недостатком устройства являются узкие функциональные возможности.Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей устройства.Поставленная цель достигается тем что устройство для определения динамических характеристик преобразователей, содержащее цифроаналоговый преобразователь, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к первому входу блока обработки, гене ратор тактовых сигналов, связанный с управляемым делителем частоты, и вы 838612ходной зажим устройства, снабженодвумя счетчиками, генератором пилообразного напряжения, компаратором, генератором ступенчато изменяющегося напряжения, элементом задержки, пятьюэлементами ИЛИ, двумя элементами И. эдновибратором, шестью триггерами илючом, первый вход которого связанс выходом упр анл яемого делителя частоты, выход - с первым входом первоготриггера, авторой вход одним выходомблока обработки, другой выход которого через последовательно соединен -ные первый элемент ИЛИ, первый счетчик и генератор ступенчато изменяющегося напряжения подключен к первомувхоцу компаратора, выход которогосоединен со входом первого счетчикаи входом аналого-цифрового преобразователя, выход первого триггера связан с третЬим входом ключа, входомзл емен та з адерж ки и пер выми входами 2 Овторого, третьего и четвертого элементов ИЛИ, причем выход первогосчетчика через второй счетчик подключен ко второму входу блока обработкии к первому входу второго триггера,первый выход которого связан с первыми входами третьего и четвертоготриггерон, второй выход второго триггера оединен с первыми входами пятого и шестого триггеров, второй входпервого триггера связан с вторым итретьим -ходами третьего триггера,вторыми входами четвертого, пятого ишестого -.,риггеров вторым входомвторого триггера, перным входом пернога эле:,., нта ИЛИ, первым входомвторого счетчика и выходом одновибратора, вход которого подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, первый входкоторого соединен с третьим выходомблока обработки, второй нход пятогоэлемента ИЛИ связан с выходом шестого триггера и с выходным зажимом устройства, при этом выход элемента задержки через генератор пилообразногонапряжения подключен ко нтсрому нходукомпаратора, выход третьего триггерасвязан с третьим входом пятого триггера, с первым входом одного элемента И и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход пятого триггера соединен с третьим входом четвертого триггера.,с вторым входом третьего элемен та ИЛИ и с первым входом другого элемента И, связанного входом с выходомчетвертого элемента ИЛИ, вход которого соединен с выходом четвертогоэ 5триггера и с третьим входом шестоготриггера, при этом выходы нторого эле.мента ИЛИ, а также одного и другогоэлементов И подключены к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя.На чертеже представлена схемапредлагаемого устройства,Устройство содержит блок 1 обработки, аналого-цифровой преобразова тель 2 с измерительным входом З,входом 4 запуска, кодовым выходом 5 ивыходом б сигнала конца преобразования, генератор 7 тактовых сигналов,цифроаналоговый преобразователь 8,управляемый делитель 9 частоты сигналов, ключ 10, элемент 11 задержки,триггеры 12 - 17, элементы 18 - 22ИЛИ, элементы 23-24 И, входы 25 синхронизации и входы 2 б.сброса триггеров,генератор 27 пилообразного напряжения,компаратор 28, генератор 29 ступенчатого применяющегося напряжения, одновибратор 30, первый 31 и второй 32счетчики, выходной зажим 33 устройства.Устройство автоматически измеряетапертурное нремя АЦП, определяет зависимость этого времени от уровнявходного преобразуемого напряженияАЦП и тем самым обеспечивает возможность определения других, производныхот упомянутых, динамических характеристик АЦП. Для этого в устройствеформируется набор ступеней (уровней)образцового входного преобразуемогонапряжения АЦП,При этом продолжительность ступени каждого уровня уменьшается от максимального до минималь-ного значения грубо и потом плавнодо появления динамической погрешности АЦП, Тем самым определяется апертурное время АЦП для каждого уровнявходного сигнала и соответствующаядинамическая погрешность АЦП,в част -ности минимальная,Устройство работает следующим образом (рассмотрим режим контроля характеристик АЦП),1В исходном состоянии ключ 10 закрыт, выходные сигналы триггеров 1315 равны нулю и тем самым блокируютсяэлементы 23 и 24 и, следовательно,исключается передача сигналов на входы образцового ЦАП, начиная со нходавторого разряда, Оба счетчика 31 и 32находятся в нулевом состоянии. ЦАП 8по сигналам триггера 12, управляемогосигналами генератора 7, по мере переключения триггеров 13 - 15 формируетпоследонательные группы прямоугольных сигналон напряжения различногоуровня, длительность которых регулируется изменением коэффициента пересчета управляемого делителя 9 по командам блока 1. обработки. Таким образом,период следования тактовых сигналовпосле его растяжения делителем 9 итриггером 12 определяет длительностьсуществования установленного уровнявыходного напряжения ЦАП 8В исходном состоянии коэффициент пересчетаделителя устанавливают таким , чтобыпериод следования тактовых сигналовна выходе делителя 9 был, напримЕр,заведомо больше времени преобразования, при котором динамическая погрешность АЦП 2 ранна нулю, Выходные сигналы триггера 12 с началом действияустройства поступают на вход ЦАП 8только один из элементов 18-20, непосредственно присоединенный Ко входупервого разряда. По последовательности этих сигналов на выходе ЦАП 8формируется образцовое напряжениепрямоугольной форыз первого наименьшего уровня, равного кванту. Входывсех остальных разрядов ЦАП 8 приэтом блокированы нулевыми сигналамитриггеров 13-15, приложенными ко входам всех соответствующих элементов23 и 24 по входным цепям этих разрядов через соответствующие элементы18-20.По сигналу блока 1 открываетсяключ 10, первым тактовым сигналом,появившимся на выходе управляемогоделителя 9, переключается триггер 12,с постоянной временной задержкой вэлементе 11 сигналом триггера 12 запускается генератор 27 пилообразногонапряжения, С появлением второго так.тового сигнала триггер 12 возвращается в первоначальное состояние, выходным сигналом своим блокируя ключ10.Генератор 27, генератор 29 и компаратор 28 образуют блок регулируемой временной задержки выходногосигнала триггера 12. Регулированиезадержки осуществляется изменениемуровня выходного напряжения генера-.тора 29. Задержанный сигнал с выходакомпаратора 28 передается в цепь запуска АЦП 2 и последовательно соединенных счетчиков 31 и 32.Длительность выходного сигналатриггера 12 определяет продолжительность существования установленногоуровня ЦАП 8, а разность между этойпродолжительностью и временем задержки запуска АЦП 2 относительно момента переключения триггера 12 обусловливает продолжительность уровня сигнала на измерительном входе 3 АЦП 2,в течение которой допускается кодированиеэтого уровня,При нулевой задержке выходногосигнала компаратора 28 АЦП 2 запускается с постоянной временной задержкой относительно начала переключения триггера 12 и включения ступени выходного напряжения ЦАП 8, темсамым обеспечивается начало аналогоцифрового преобразования после завершения переходных процессов ЦАП 8, Таккак время задержки элемента 11 выбирается заведомо большим переходнымпроцессов ЦАП 8, то это позволяет исключить погрешности измерений из-заначальной нестабильности уровня образцового напряжения при его установлении. Время задержки регулируется в пределах продолжительности сигнала триггера 12.В исходном состоянии это время устанавливают максимальным, что обес печивается заданием максимального выходного уровня напряжения цифрового генератора 29,Измерения начинают с максимальной продолжительности существования установленного уровня ЦАП 8, т. е. при мак 5 10 15 20 25 30 3540 45 50 55 60 65 симальном коэффициенте делителя 9.Если при установленном уровне напряжения ЦАП 8 и заданной длительности существования этого уровня динамическая погрешность преобразования равнанулю, то блок 1 вырабатывает сигнална изменение коэффициента пересчета управляемого делителя 9, и тем самым уменьшается длительность существования кодируемого уровня напряженияЦАП 8. Длительность уровня при этом изменяется грубо дискретно на величину периода тактовых импульсов. Одновременно с каждым изменением коэффициента пересчета управляемого делителя 9 сигналам блока 1, переданным через элемент 21, счетчик 31 сбрасывается в нулевое состояние.Если динамическая погрешность кодирования данного уровня по мере уменьшения его длительности оказывается отличной от нулевой, то блок 1 прекращает формирование сигналов ча изменение коэффициента пересчета управляемого делителя 9. После этогоначинается цикл измерения динамической погрешности для ряда длительностей установленного уровня сигнала наизмерительном входе АЦП 2, ограниченных смещаемыми моментами запуска АЦП2 и моментами окончания (принятиятождественно нулевого значения) сигнала ЦАП 8, Измерения ведутся в режиме накопления. Уменьшение задержкисигнала запуска ЦАП 8 выполняется по сигналам счетчика 31, С каждым выходным сигналом счетчика 31 уровень вы-ходного напряжения генератора 29 уменьшается на одну ступень,вследствн чего уменьшается задержка сигналана выходе компаратора 28.относительно начала установления ЦАП 8, Тем самым увеличивается продолжительность существования сигнала на измерительном входе ЦАП 2 после его запуска, в течение которого допускается кодирование этого сигнала. КоэфФициент пересчета счетчика 31 определяет число тактов кодирования в режиме накопления результатов. Счетчик 32 определяет число различных длительностей,длякоторых при установленном уровнеЦАП 8 необходимо измерить динамические погрешности. Таким образом, счетчики 31 и 32 позволяют определить зависимость между динамической погрешностью и соответствующей продолжительностью измеряемого сигнала при постоянстве его уровня.В соответствии с сигналом с етчика 31 блок обработки вычисляет среднее значение динамической погрешности кодирования данного уровня при его соот ВЕтотнУЮЩЕй ПРОДОЛжЕЕТЕтЬЕЕССтт:;"т; П-,- Де АЦП 2, Время СУЕ(Еестнс,етания , ро-ття напряжения, в тс.ченке кстсрог(: прс" ЯВЛЯЕТСЯ ДИНаМИЧЕСЕ(ас СОГРЕ 11 НЭСТЬ тобусловлено конечным временем пере -ходных процессов А 11 П 2 и. равно ЕЕ(уОно определяется как разность междувременем периода следонания так сэвыхсигналовс учетом коэффициента дс"ления управляемого делителя 9 к теэкггера 12) и "уммой постоянно го времени э адер 11(е(и эл емееЕ т =. 1 1 и ре Гулире -МОГО ВРЕМЕНИ ЗаДЕРжКИ СИГНаЛа НЕ ВЫходе компар ат ор а 2 8, которым з а стус "кается АЦП 2. ПОСле вычисления средНЕГО ЗНаЧЕНИЯ ПОГРЕЕЕЕНОСТЕЕ ПРК ДаННОйтекущей задержке запуска АЦп 2, блок1 формирует очередной сигнал управле"НИ Я КЛЮЧОМ 10, ПОСЛЕ ГЕОЛтЕЕНЕЯ ВСЕХоценок для данного уровня сигналаЦАП 8 счетчик 32 фортЯтрует ск 1 кат - . лереключенкя ступени ЦАП 8. Которт:,и О:новременно передается в блэкВыходными ск Гнала;.йи сче тчи к а 32переключается триггер 1. 7, который всвою очередь, псоледозат-льно перек -лючает триггеры 13-15 из нулевого гсложения в одиночное,В-триггеры 13-1:. Сбраэуют рат.тт;,.те -дЕЛИтЕЛЬ ВЫХОДНЫХ СКГНаЛСВ СЧЕтттИЕ(а32, В ИСХОДНОМ СОСТОЯНтти На ВХСДЕт Вэтих тркггерон (за нссключением Еер.ВО ГО Из НИХ Н ПЕСТ-,т эхо-в ПЕРВО Х Рразряда ЦАП 8) поступают нулевые ситкалы, а ко нходам сброса всех Еркгге.Рон ПРИЛОХ( тт ЕДКт(итНттй (-КУнап ОтВ О,.вкбратора 3 О. С появлением первогоВЫХОДНОГО Ск ГН ЭЛ а С 1(:"тС ЧИК а 32 К ПЕ-.рЕКЛЮЧЕНИЕМ СрКГГЕрат 7 ПЕрЕКЛ(ЕОЕаЕтсЯ перньЯЕ нз П -тс 1 тгерон - 13 н цепт(формирования герной ступени в.осодно - :-.напряжения ЦАП 8,. Однако связанный с:НИМ СЛЕПУОтКй В-тзрттЕГтГЕр 14 НЕ ПЕГЕК-.лючается, хотя на его Б входе пэянЛЯ ЕТСЯ ЕДИНК тнЬтй СКГН аЛ, Т ат( хат КОВХОДУ СКНХРОНИЗаЦИК Э ТОГО ТРКГт. - Еоаоказывается приложенным нулевой ситНаЛ СО НТОРОго НЫХОДа ТРКГГ(ЗРВТаким образом нсе остальные Б -три игеры с появлением песрного ныхоцнэ сСИГНаЛа С тЕтЕИКа 32 ОСтаЮТСЯ ВХОДНОМ ПОЛОЕ(ЕНКИ,С СЕЕРЕКЛЮтЕЕНИЕЕ 1 ПЕРВОГО,-.:; ,З. Сгерон 13 ко входу первого разрядаЦАП 8 через соотнстсттвуеоттткк элэ. теп18-20 окаэын ает(;я тэостоеттеяэ;:О(т т с:"к."-иным Етецкничный сигнал этого Оиг. есн к нф выходе ЦАП 8 утста 1.1 ант.тинае."с;и ПОСТОЯННОЕ НаПРЯжЕНИЕ ттЕРНОГС (гадщего уровня, равное кванту. С пегеключением первого П-третггера 13 его ЕДИНИЧНЫЙ СКГНаЛ ОДНОНРЕМЕННО тто(тг тупает и на элемент 23 н цепи всэро-. го разряда ЦАП 8 .-1, тем самь 1 М, вход ная Цепь этого разряда подготавливается для передачи сигналов счетногс триггера 12. По сигналам тркггева 1,2 на выходе ЦАП 8 фэрмируютс.я прямоугольные сигналы,. изменяющиеся такжеНа ттсьяит, У (Ваттт; т НО ТЕПЕРЬ УжЕ От;( т : т;П, С т 10 С 1:Э" ОЯттЕСт тО тРОВН ЯУРОН(тт- Е: НЫХОДН Э Го Ск тНа -т;, С Ст (э ЕТ Сат тп,; ОбразэМ ЕЕакСЕЕМаЛЬ -и аух к в ан то в ,Е.злее эабэта устройства продолжатЭГЕТСЯ,- Ет(: Ужн От:. - :ОСЛЕттонатЕЛЬНО(Э ка иЬЬ В =,: СЕ(,1 И ОСТ ЭЛЕ-Нтытт( .:ОЛЕН СНОЕ:Кт( ДЕ Кт 1. н, РНТОР тт сак:.Сных кмпУльс.ов Ра - .т аНЕ првт." тн НС, ГО т-аСТОт а ВЬ 16 И -И С "ЭДЯ 1(З 1" ,т(ттт 1 аЛЬНО НэзмотЕ(- - ( гс, врет,(эттк преобразования аттестуе", -, Е ДО ,;. Тт.т. 10 БьСО;(Ой,т(а-(Гт-й гг(1 и ттЮ и:.", "ПтСЕ АПП 2 И КОДЕ:-.,ЭННННЕ УСОВНЯ На Р. - .т(ЕНИЯ т фОРМИ,СГт 11,т Етого С " ца, (ЛЬКО 11 ОС - того,. Ка: в блок . -тередан результат прерыгт а 1(ттте го цк кл а лреобр аэ он анк я гдеСРаанттт,ВЕтгся С ЛСТКННЫМ ЭНаЧЕНКЕМ ЗТС ГС УРО=НЯ т Итти НЫтИСЛЯЕТСЯ СРЕДНЕЕ" -: ге н к е;- тГр е тес г т иПоз т 01 чеу и с по т 1 ь -и старт- стопный аск: - .хронный реработь,.; поз золян.тт применять в уст, .;т;: .; зе бтток ) любс 10 быстродействия Н,: - , а -.-:,(Еит,т 01 ЧВСТС ты таКтОВОГО ГЕНЕ".Т Э;т,т-Л:Енк ПртзобраэонаНИЯ АЦП т аЕнттй ут;ОттЕтЕт 1т 1пот" ,; ",;ьэе с т 1 а ит. З 1 ьтто ср,тт С.-;,Еа,":. . Гт; эти ттЕСКОМ РЕЖИ 1 К ттЕ,тт( 1, -1 Хэдт я- СЯ Б Памяти бЛОКа1 .-: СРЭВ ЕИННЮТСЯ С (СттасГЕ СОЭТНЕТСТ"нуос(те,. овней, по (с е .;тт 1 Х при работет.ЕП 2 п вин арли ч ест(э;,э е;.", тт;.;е,,Цэпуткм, что А 11:. 2 кэн.росяируется всей совокупности уротзе(ей квантоваеи Я . В зтОм сттут ае ЦАП 8 ДОттжен вы давась все уровни квантоьанкя АЦП 2 с кнтеоналом н один квант,. Псдэбный ЦАП целесообретзнэ стрскть 01:ксанным Образом по принцсу преобразования гаралт:СЛЬЕ 1 С)ГСт ЕЦК(иттНОГС Кола В НаПРЯЖЕНИЕ т но н виде Еескстль:(кх декад различногоазРЯДа., ПРИ этом носкнал РезистоРовкаждой декады ПАП 8 более старыего ;.тазряса ОТЛКЧЗЕтСЯ 01 тот 11(НЫ,а рЕЗКС- тОрОВ СОСЕДНЕЙ Мтталтттэй ДЕКадЫ На дЕ- сяткчный порядок, Поз сому после занер- .21) ЩЕНИЯ ЦИКт(а фОЭМИРОВания К КОДКРОВаНИЯдевятэгс ттровня обе-азцсвого сигнала даЕЕтай,ПЕКадЫ ЦАП 8 С ПОСтуПЛЕНИЕМ соответствующего сигнала счетчика 32 т.ере.(лючаэтся триггер 8, его выход- НЫМ СИГИЭ СЕСМ 3 агтУС:(аЕСЯ ПЕРВЫЙ Раэ - РЯД Декалыт сосеДнегот более стаРесего разряда одновременно включается одновттбратот: 3 О, кэтор и сбрасывает данную ;.текаду в исходное состояЕке, Затем г.ООЦЕСС фОРМИРОВаНИЯ СтПЕНЕК ВЫХОД - го н атпр:т:с:н", Я сб;тостте 11: - : эй в к сходно е (-т(тянттЕМЕЛадттЕй тс т(а:ОЕт цАП 8 ПОВТО 838 б 12Предлагаемое изобретение позволяет измерять время задержки многих 1 других элементов импульсной и цифровой техники и вообще приемников электрических сигналов путем сдвига момента запуска АЦП относительно момента включения испытуемого элемента до тех пор, пока АЦП не зафиксирует постоянства выходного сигнала испытуемого элемента. Таким образом, устройство обладает широкими функциональными возможностями, Оно может быть применено для измерения динамических параметров и определения на их основе различных динамических характеристик, а также для метрологической аттеста-, ции и поверки АЦП(в том числе компараторов), ЦАП и ряда других элементов импульсной и цифровой техники, всевозможных приемников электрических сигналов и пр.Формула изобретенияустройство для определения динамических характеристик преобразователей, содержащее цифроаналоговый преобразователь, подключенный через аналого-цифровой преобразователь к первому входу блока обработки, генератор тактовых сигналов, связанный с управляемым делителем частоты, и выходнсй зажим устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, устройство снабжено двумя счетчиками, генератором пилообразного напряжения, компаратором, генератором ступенчато .изменяющегося напряжения, элементом задержки, пятью элементами ИЛИ, двумя элементами И, одновибратором, шестью триггерами и ключом, первый вход 40 которого связан с выходом управляемого делителя частоты, выход - с первым входом первого триггера, второй вход - с одним выходом блока обработки, другой выход которого через последовательно соединенные первый элемент ИЛИ, первый счетчик и генератор ступенчато изменяющегося напряжения подключен к первому входу компаратора, выход которого соединен со вхо- о дом первого счетчика и входом аналого-цифрового преобразователя, выход первого триггера связан с третьим входом ключа, входом элемента задерж-. ки и первыми входами второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, причем выход первого счетчика через второй счетчик подключен ко второму входу блока обработки и к первому входу второго триггера, первый выход которого связан с первыми входами третьего и четвертого триггеров, второй выход второго триггера соединен с первыми входами пятого и шестого триггеров, второй вход первого триггера связан с вторым и третьим входами третьего триггера, вторыми входами четвертого, пятого и шестого триггеров, вторым входом второго триггера, первым входом первого элемента ИЛИ, первым входом второго счетчика и выходом одновибратора, вход которого подключен к выходу пятого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с третьим выходом блока обработки, второй вход пятого элемента ИЛИ связан с выходом шестого триггера и с выходным зажимом устройства, при этом выход элемента задержки через генератор пилообразного напряжения подключен ко второму входу компаратора, выход третьего триггера связан с третьим входом пятого триггера,с пер - вым входом одного элемента И и вторым входом второго элемента ИЛИ, выход пятого триггера соединен с третьим входом четвертого триггера, с вторым входом третьего элемента ИЛИ и с первым входом другого элемента И, связанного входом с выходом четвертого элемента ИЛИ, вход которого соединен с выходом четвертого триггера и с третьим входом шестого триггера, при этом выходы второго элемента ИЛИ, а также одного и другого элементов И подключены к соответствующим входам цифроаналогового, преобразователя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Хлистунов В,Н.,Основы цифровойэлектроизмерительной техники, М,-ЛЭнергия, 19 бб, с. 32-40,2. Бородатый В.И. и др. Вопросы построения автоматизированной аппаратуры для исследования динамических характеристик быстродействующих элементов ИИС. Труды ВНИИ физико-технических радиотехнических измерений, 1975, Р 25(55), с. 39-12, рис. 3.Г ан ШООВ ий ППП Патент, г, укгород ул. и раж 7 32 арственн иэобрете Ж, Ра ВНИИПИ Госуд по делам 1130 35, Москва, Подписикоми тета СС.СРи открытийая наб., д., 4/5