Способ измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей и устройство для его осуществления

149421Изобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля времени установле 5 ния цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).Цель изобретения - повышение точности измерения времени установления выходного сигнала ЦАП. 10На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ.Устройство содержит задатчики 1 и 2 кодов, коммутатор 3, формирователи 4 и 5 импульсов, реверсивный счетчик 6, ЦАП 7, сумматор 8, формирователь 9 разнополярных пороговых уровней, двухпороговые компара торы 10 и 11, компараторы 12-14. генератор 15 импульсов, К 2-триггеры 16-18, элементы И 19 и 20, 13-триггер 21, счетчики 22 и 23, ключи 24 и 25, источник 26 эталонного напряжения с управляемой полярностью, интегратор 27, выходную шину 28 и входную шину 29 для подключения контролируемого ЦАП 30.Способ осуществляется следующим образом.На экспоненциальном конечном участке переходной характеристики выходной сигнал ЦАП аппроксимируется функцией:35Т Т-Ц=Ц,ехр(-.)=13 ехр=(1)ФПереходной процесс выходного сиг 4 В нала ЦАП содержит свободную составляющую и установившийся сигнал. Величиной Ц обозначена свободная составляющая, равная разности сигнала ЦАП н его установившегося значе ния. Поэтому операция интегрирования разности сигнала ЦАП и его установившегося значения практически означает интегрирование свободнойсоставляющей Ц(с), которая стремится 50 к нулю Ц(С= с )=О. Для упрощения реализации способа вынужденная составляющая переходного процесса входного сигнала ЦАП компенсируется путем вычитания из сигнала ЦАП предва рительно запомненного установившегося сигнала, Это позволяет формировать уровни +Ц, и Ю 2 относительно нулевого уровня независимо от значе ТТ2Т -Т Ту, - 1 пЦ, /0,5 Ь(2) (3) (4) Результат интегрирования сигналаЦАП на интерваое Т-Т,т,1и,=иас =от 2,1Т 2-)ехр(- - "етТ-ехр( - )С, 2(ц,-ц,),Величина эталонного напряжения,интегрируемого в течение интервалавремени Т з, = Т-Т 2 от моментаТ 2 до момента Т, соответствующегоравенству интегралов, определяетсяиз соотношения уровней цци 0,5 Ь:113 -Цц (6)1 п Ц 2/0,5 Ь Результат интегрирования эталонного сигнала для СТ 2 1Цннт, эт(") л1ц йс-Тф Ц -Ц 1 1 п Ц/0,5 Ь В момент времени Т результатыинтегрирования сигнала ЦА 31 и Цравны унт, ут (Тизм) л х 64ний входных кодов ЦА 11, а также усилить свободную составляющую Ц. Таким образом сигнал ЦАП в данном случае - это его свободная составляющая Ц(С) с учетом того, что вынужденная составляющая скомпенсированаВеличина Т Т, Т, и Ц, Ц 2 и 0,5 Ь связаны соотношениями:(8) 1 О Погрешность времени установления,обусловленную влиянием дц, и д цна точность фиксации моментов Ти Т находят следующим образом,Формируемый согласно предлагаемому способу код пропорционален интервалу времени длительностью Т + дТ,который равен сумме интервалаТ+ Ю и интервала интегрированияТ зт - Тцэм+ дТ- д с20С учетом погрешностей А С идформулы (2)(3) и (4) принимаютвид: Т+ д = Т ст -С 1 п Л (9) 25 ц +дц 0,5 Ь лц+дцдс: Т -с 1 пуст 0ца+дцТ -Т,+ д с - дс, = С 1 п -- (11)ц +щ 30 Если из формулы (9) вычесть формулу (2), из (10)-(3) и из (11) - (4), получают ц +дц-цс-дцуртэ.т цэтРезультат интегрирования сигнала ЦАП Оц ц 155 ц 0 5 Ь+ (1+ ц(с) Йс унт йнтц +лц т,дс,ац -дцфадсТ-сц ехр ( - -)11 т,ааС,Тд Тдва. г(Тфю Т 1 -ехр (- ---- ,) = --- ц ехр (- )- л дСт дС- ехр (- в -) ехр ( )Сл Используя полученное из (4) раТ-ТЦсвенство ехр(- -- ) =а такиеЛ цформулы (15) и (16), получают 1 Ц+ДЦц +дцщ.дат инт т д, ц--= 1 т ц,+дц,-ц -дцт 3,(18)ц ц Тф-л 2 Время интегрирования эталонного сигнала Т найдем из условия равенства интегралов ц,ант+дц инт=цннт. эт:т,аьс Тэт1 1и)ас - цаьс ф т,сдф Тэт-- 1 ц+дц -ц - дц 1л с 1 .3 д этц т+ ) + р 1 п Цг П-юг О, 5 Ь Погрешность измерения ЛБ 2ЬТ: - 7 1 п(1 + - ) +юг л Ь О11 г(19) 1 О Таким образом, максимальное значение погрешности (в случае Ь 11,Ь 112 Ь 11)15 дт = - с 1 п(1- -- ) +лАЦМс кс Пг 2511 Пг(20) 20 Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии триггеры 2516-18 находятся в нулевом состоянии,единичным сигналом с инверсноговыхода триггера 17 интегратор 27обнулен. Под действием потенциала"1" с выхода формирователя 4 черезкоммутатор 3 к входам ЦАП 30 подключен код Иг задатчика 2,На вход сумматора 8 поступает установившийся сигнал ЦАП 30, Черезэлемент И 19 импульсы генератора 15поступают на счетный вход счетчика6, выходной код; которого являетсяуправляющим для ЦАП 7. Выходной сигнал ЦАП 7 является компенсирующимпо отношению к установившемуся сигналу ЦАП 30. Суммарный сигнал ЦАП 7и 30 с выхода блока 8 поступает навходы кочпараторов 12 и 13Один изних сравнивает сигнал сумматора суровнем Б , а другой - с уровнем45-Б, В зависимости от положения суммарного сигнала относительно уровнейЮ компараторы 12 и 13 вырабатываютсигналы управления счетчиком 6, кодв котором изменяется, вызывая уменьшение или увеличение компенсирующегосигнала ЦАП 7. При попадании сигналасумматора в зону +0 оба компаратора12 и 13 принимают нулевое состояние,счетчик. 6 и ЦАП 7 переходят в режимхранения компенсирующего сигнала, 55При поступлении импульса запускасчетчик 22 обнуляется, а триггер 17устанавливается в единичное состояние, запуская формирователь 4 импульсов. Элемент И 19 при этом закрывается. На время действия импульса формирователя 4 элемент И 20 блокируется, а через коммутатор 3 к входам ЦАП 30 подключается код М задатчика 1. В момент окончания импульса формирователя 4 элемент И 20 открывается, а на входах ЦАП 30 происходит смена кодов 11, - Х . В этот момент времени, соответствующий началу контролируемого переходного процесса ЦАП 30, в счетчик 22 через элемент И 20 начинают поступать счетные импульсы генератора 15.Из выходного сигнала 11 АП 30 вычитается установившийся сигнал, поэтому на выходе сумматора 8 выделяется свободная составляющая переходного процесса. Фо мирователь уровней 9 задает пороги срабатывания 11, для двухпорогового компаратора 10 и уровни +Б для двухпорогового компаратора 11. При попадании сигнала сумматора 8 в зону +11, триггер 16 сигналом компаратора 10 переключается в единичное состояние и обнуляется сигналом компаратора 11 при попадании сигнала сумматора 8 в зону +02 (фиг. 2 г). Ба время прохождения сигнала контролируемого ЦАП между уровнями П и 02 (или -Ц и -112) сигналом "1" триггера 16 открывается ключ 24, контролируемый сигнал поступает на вход интегратора 27. Предлагаемое устройство характеризуется использованием одного интегратора для интегрирования как сигнала ЦАП, так и эталонного сигнала источника 26, причем полярность 11 з противоположна полярности сигнала ЦАП, Поэтому момент равенства результатов интегрирования сигнала ЦАП и 11, соответствует моменту равенства нулю напряжения Бя (фиг. 2 е). По сравнению с использованием двух интеграторов такое техническое решение позволяет исключить влияние разброса и дрейфа постоянной времени интегратора. Как видно из приведенных формул постоянная интегрирования ,не входит в результат преобразования. При вхождении сигнала ЦАП в зону +Б г триггер 18 переключается в единичное состояние сигналом с инверсного выхода триггера 16, ключ 25 открывается, к входу интегратора 27 подключается эталонное напояжеэталонного цифроаналогового преобразователя эталонное напряжение, пропорциональное величине входного кодаповеряемого цифрааналагого преобразователя, одновременно формируют двапороговых уровня положительногонапряжения, расположенных в диапазоне выходного сигнала поверяемогоцифроаналогового пресбразавателя, идва пороговых уровня а рицательноганапряжения, равных по модулю соответствующим пороговым уровням положительного напряжения, после чего формируют входной сигнал путем подачивходного кода на поверяемый цифроаналоговый преобразователь и с момента подачи входного кода осуществляют непрерывно формирование разностного сигнала, равного текущемуотклонению входного сигнала от эталонного напряжения, одновременно начиная с момента подачи входного кода формируют код текущего временногоинтервала, в течение которого непрерывно осуществляют сравнение разностного сигнала с соответствующими пороговыми уровнями и формирование соответствующих информационных временных интервалов, каждый из которыхравен времени между двумя последовательными моментами равенства разностного сигнала и соответствующимпороговым уровнем положительногоили отрицательного напряжения, и осуществляют определение времени уста.новления выходного сигнала поверяемого цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, втечение каждого информационноговременного интервала интегрируютразностный сигнал и запоминают последний результат интегрирования,после чего формируют вспомогательный сигнал, пропорциональный разности двух пороговых уровней соответствующего напряжения, и интегрируют вспомогательный сигнал, моментравенства которого запомненномурезультату интегрирования являетсямоментом окончания формирования текущего временного интервала, а опреЗО 1494216 1 Оние 11 источника 26. 11 алярнастьавтоматически устанавливаетсяпротивоположной полярности свободнойсоставляющей 11(с) сигнала ЦАП 30 наинтервале Т, с С ( Т. Для управления5полярностью Бисточника 26 используются сигналы компараторов 12 и 13,с помощью которых замыкается одиниз двух ключей, содержащихся в источнике 26, и к выходу источника 26подключается напряжение Б згО при11О, либо -П при 0О. Момент Тз находится из условия" инт(Таям)= О (фиг. 2 е) и выделяетсяс помощью компаратора 14, изменяющего свое состояние при пересечениинапряжения У , нулевого уровня.Поскольку в зависимости от знакаБ напряжение интегратора может пад Оходить к нулевому уровню как сверху,так и снизу, камнаратар 14 может вэтот момент переключаться как изсостояния "1" в состояние "О", таки наоборот. Поэтому формирователь5 импульсов должен запускаться какфронтом, так и срезом импульсов компаратора 14. Для этака он может содержать, например, формирователь импульсов по фронту, формировательимпульсов по срезу, выходы которыхобъединены с помощью элемента ИЛИ.Длительность импульса формирователя5 должна быть больше периода следования импульсов генератора 15 длянадежного переключения 0-триггера21 в единичное состояние. Код счетчика 22, соответствующий моментувремени Т , записывается в счетчикс помощью импульса записи Р-триггера 21. Такт измерения заканчивается после заполнения счетчика 22,импульс переполнения которого обнуляет триггер 17, устройство переводится в режим компенсации выходногосигнала ЦАП 30 с помощью ЦАП 7. Код, 45пропорциональный измеряемому времениустановления, может быть считан изсчетчика 23 в блок индикации (не показан), При других кодовых комбинациях задатчиков 1 и 2 кодов устройство работает аналогично55 формула изобретения 1. Способ измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей, заключающийся в том, что формируют с помощью деление времени установггения выходного сигнала поверяемого цифроаналогового преобразователя осуществляют по коду сформированного текущего временного интервала.2. Устройство для измерения времени установления выходного сигнала149421 цифроаналоговых преобразователей, содержащее формирователь разнополярных пороговых уровней, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шес 5 той выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого двухпорогового компаратора, первыми входами первого и второго компараторов, выход первого двухпорогового компаратора соединен с 3-входом первого КЗ-триггера, выход второго двухпорогового компаратора соединен с К-входом первого КЗ-триггера, вторые входы первого и второго компараторов объединены с третьими входами первого и второго двух- пороговых компараторов и подключены к выходу сумматора, а выходы первого и второго компараторов соединены с первым и вторым входами управления реверсирования счетчика импульсов, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выходы соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого является входной шиной, два задатчика кодов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами коммутатора, выходы которого являются выходной шиной устройства, установочный вход первого счетчика импульсов объединен с 3-входом второго КЗ-триггера и яв- З 5 ляется шиной "Пуск", К-вход второго КЗ-триггера подключен к выходу переполнения первого счетчика импульсов, инверсный выход соединен с первым входом первого элемента И, а прямой выход - с первым входом вто рого элемента И и входом формирователя импульсов, выход которого сое 62динен с управляющим входом коммутатора и вторым входом второго элемента Й, выход второго элемента И соединен с С-входом Р-триггера и счетным входом первого счетчика импульсов, выходы которого соединены соответственно с информационными входами второго счетчика импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с выходом Р-триггера, генератор импульсов, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым входом первого элемента И, третий КЗ-триггер, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй формирователь импульсов, третий компаратор, интегратор, источник эталонного напряжения с управляемой полярностью и два ключа, управляющий и информационный входы первого ключа соединены соответственно с прямым выходом первого КЗ-триггера и выходом сумматора, управляющий и информационный входы второго ключа соединены соответственно с выходом третьего КЗ-триггера и выходом источника эталонного напряжения с управляемой полярностью, управляющие входы которого соединены с выходами первого ивторого компараторов, выходы ключей соединены с информационным входом интегратора, управляющий вход которого соединен с инверсным выходом второго КЗ"триггера, а выход интегратора через последовательно соединенные третий компаратор и второй формирователь импульсов соединен с 0-входом Р-триггера и В-входомтретьего КЗ-триггера, 3-вход которого соединен с инверсным выходомпервого КЗ-триггера.1494216 Тизи Составитель В.СмирновРедактор Л.Пчолинская Техред Л.Олийнык Корректор Т.М 129/5 раж 884 ака писное НТ СС Государственного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 В Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 д Фиг.2