Устройство для измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей

" В лМ АНИЕ И ЕТЕНИ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ РИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(71) Гомельский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ВЫХОДНОГОСИГНАЛА ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ(57) Изобретение относится к злектроизмерительной технике, предназначено для осциллографического измерения времениустановления высокоразрядных ЦАП и является усовершенствованием основного изобретения по а.с, СССР "). 1275766. Цельизобретения - повышение точности измерения, Время установления определяется помоменту последнего вхождения переходного процесса в зону установления, ограниИзобретение относится к области измерительной техники, в частности к осциллографическим измерителям динамических параметров ЦАП,По основному изобретению по авт.св, )ч.1275766 Н 03 М 1/10 известно устройство для измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации осциллографа, первым входом элемента И и через делитель частоты - с входом регистра сдвига, первый выченную пороговыми уровнями, Установившийся сигнал ЦАП компенсируется напряжением регулируемого источника, Пороговые уровни формируются путем деления опорного напряжения и через ключи поочередно с переходным процессом подключаются на вход сумматора. На экране осциллографа за счет соответствующей синхронизации обеспечивается одновременное наблюдение переходного процесса и пороговых уровней, В тактах формирования пороговых уровней замыкается цепь коррекции усилителяограничителя, полова пропускания последнего сужается и эффективное значение шума, искажающего пороговые уровни, уменьшается. В устройстве содержатся формирователи импульсов, сигналы которых через элементы ИЛИ и ЗАПРЕТ блокируют запуск развертки осциллографа на время переходных процессов скорректированного усилителя-ограничителя, 4 ил. ход которого соединен с вторым мента И, третий вход которого выходом переключателя, первь входы которого соединены с ш ческих нуля и единицы, выход соединен с управляющим вход тора кодов, информационные вх го соединены с выходами перво регистров, а выходы коммутато выходной шиной кодов устройс итретийвыходы регистра сдвиг с управляющими входами соо первого и второго ключей, ин входом элесоединен с )й и второй инами логи- элемента И ом коммутаоды которого и второго ра являюгсятва, второй а соединены тветственно формацион 1778910ные входы которых через делители напряжения соединены с выходами источника опорных напряжений, один из которых соединен с выходной шиной огсорного напряжения устройства, выходы ключейсоединены с пеовым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника компенсирующего напряжения, а третий вход соединен с входной шинойустройства, выход сумматора через усилитель-ограничитель соединен с информационным входом осциллографа,В известном устройстве статические погрешности ЦАП, осциллографа, сумматора иусилителя-ограничителя не влияют на резульсат измерения, т.к, на экране осциллографа одновременно наблюдаются усиленные переходный процесс выходногосигнала ЦАГ и опорные уровни, задающиезонуустановления. При контроле ЦАП с чис-. 20лом разрядов 12-16 шумы ЦАГ 1, сумматора иусилителя-ограничителя соизмеримы с шириной зоны установления - + 0,5 младшегоразряда, При этом, шумы ЦАП и измерительного канала накладываются как на переходный процесс, так и на опорные уровнсл зонь. установления, что приводит к погрешности определения моментов пересечения сигнала ЦАП опорных уровней. Таким образом. недостатком известного устройства является недостаточная точность при измерении времени установления сигнала высокоразрядных ЦАП,Целью изобретения является повышение точности измерения времени устаносзпения выходного сигнала высокоразрядных ЦАП за счет фильтрации шумов ЦАП и измерительного канала при Формировании опорных уровней.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей, содержащее генератор импульсов, выход которого соединен с входом синхронизации осциллографа, первым входом элемента И и через делитель частоты - с входом регистра сдвига, первый выход которого соединен с вторым входом элемента И, третий входкоторого соединен с выходом переключателя, первый и второй входы которого соединены с шинами логических нуля и единицы, выход элемента И соединен с управляющим входом коммутатора кодов, информационные входы которого соединены с выходами первого и второго регистров, а выходы коммутатора являются выходной шиной кодов устройства, второй и третий выходы регистра сдвига соединены с управляющими входами соответственно первоо и второго ключей, информационные входы которых через делители напряжения соединены с выходами источника опорных напряжений, один из которых соединен с выходной шиной опорного напряжения устройства, выходы ключей соединены с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом источника компенсирующего напряжения, а третий вход соединен с входной шиной устройства, выход сумматора через усилитель-ограничитель соединен с информационным входом осциллографа, введены два формирователя импульсов, элемент коррекции, выполненный на конденсаторе, третий ключ, два элемента ИЛИ и элемент ЗАПРЕТ в разрыв связи выхода генератора импульсов и входа синхронизации осциллографа, второй вход элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого соответственно через первый и второй формирователи обьединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ и подключены соответственно к второму и третьему выходам ресистра сдвига, при этом выход второго элемента ИЛ И соединен с управляющим входом третьего ключа, выход которого является шиной нулевого потенциала, а информационный вход через конденсатор соединен с дополнительным входом усилителя-ограничителя,Сущность изобретения заключается в уменьшении верхней граничной частоты усилителя-ограничителя в тактах формирования опорных уровней зоны установления за счет замыкания корректирующего конденсатора в цепи коррекции с помощью третьего ключа. Это позволяет уменьшить влияние шума на точность сравнения, т,к. опорные уровни формируются не шумящим" - скорректированным усилителем, Учитывая, что действующее значение "белого" шума пропорционально корню квадратному из полосы частот, то уменьшение полосы пропускания на два порядка позволяет на порядок уменьшить влияние "белого" шума при формировании уровней + 0,5 МР, Эффект снижения шумов еще более значителен, если шум не "белый", а высокочастотный (с преобладающими высокочастотными составляющими), В такте формирование переходного процесса полоса пропускания усилителя-ограничителя должно быть максимальной (корректирующий конденсатор отключен), в противном случае динамические искажения приведут к погрешности измерения. При этом, поскольку происходит сравнение зашумленного и незашумленного сигналов, фильтрация шумов при формировании40 45 50 55 опорных уровней позволяет уменьшить ошибку сравнения в 1,3-1,4 раз, без увеличения динамической и статической погрешностей.На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - временные диаграммы сигналов элементов устройства; на фиг, 3 и 4 - осциллограммы соответственно при отключенном и включенном фильтре. поясняющие положительный эффект.Устройство (фиг,1) содержит генератор импульсов 1, делитель частоты 2, регистр сдвига 3, осциллограф 4, элемент И 5, переключатель б, регистры кодов 7 и 8, коммутатор 9, источник компенсирующего напряжения 10, сумматор 11, усилитель-ограничитель 12 с каскадами усиления 29 и 30, источник опорного напрякения 13, делители напряжения 14, 15, ключи 16, 17, фильтрующий конденсатор 18, ключ 19, элементы ИЛИ 20, 21, формирователи импульсов 22, 23, элемент ЗАПРЕТ 24, выходную шину кодов 25, входную шину 26, выходную шину опорного напряжения 27, для подключения контролируемого ЦАП 28.Выход генератора импульсов 1 соединен с первым входом элемента И 5 и входом элемента ЗАПРЕТ 24 и через делитель частоты 2 с входом регистра сдвига 3, первый выход которого соединен с вторым входом элемента И 5. Третий вход элемента И соединен с переключателем б, а выход - с входом управления коммутатора 9, информационные входы которого подключены к выходам регистров кодов 7 и 8. Второй и третий выходы регистра сдвига 3 соединены с входами управления ключей 16 и 17, входами элемента ИЛИ 20 и через формирователи импульсов 22 и 23 с входами элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с управляющим входом элемента ЗАПРЕТ 24, Входы ключей 16 и 17 соединены с выходами делителей 14 и 15, а выходы подключены к первому входу сумматора 11, второй вход которого соединен с выходом источника компенсирующего напряжения 10, а третий вход - с входной шиной 26. Выход сумматора через усилитель-ограничитель 12 соединен с входом осциллографа 4. Выход коррекции усилителя-ограничителя 12 через конденсатор 18 и ключ 19 соединен с общей шиной, а вход управления ключа 19 соединен с выходом элемента ИЛИ 20,. Устройство работает следующим образом. В регистры 7 и 8 заносятся требуемые коды И 1 и М 2, переключателем б с помощью сигнала лог.0 элемент И 5 блокируется, к контролируемому ЦАП 28 подключен код М 2 5 10 15 20 25 30 35 регистра 8. С помощью регулировки ис 1 очника 10 сигнал ЦАП компенсируется оператором. Затем переключателем б подается сигнал логической единицы на вход элемента И 5. Импульсы генератора с периодом повторения То (фиг.2 а) через делитель частоты 2 с коэффициентом деления т (фиг,2 б), поступают на вход регистра сдвига 3, на выходах которого формируются импульсы длительностью Т 1 = Т 2 = Тз = вТо, задающие длительность трех периодически повторяющихся тактов (фиг.2 в,г,д).В первом такте Т 1 через элемент И 5 импульсы генератора 1 поступают на вход управления коммутатора 9, на интервал То/2 к ЦАП подключается исходный код М 1 регистра кодов 7, В момент окончания импульсов генератора 1 на входах ЦАП 28 происходит смена кодов И 1 - И 2, начинается контролируемый переходный процесс, установившееся значение которого на выходе сумматора 11 равно нулю благодаря компенсации установившегося сигнала напряжением источника 10, Усиленный процесс поступает на вход осциллографа 4 (фиг.2 е), а запуск развертки такке осуществляется в момент смены кодов К 1 Й 2, т.е. в момент начала переходного процесса по окончанию импульсов генератора 1, поступающих через элемент ЗАПРЕТ 24 (фиг,2 и).Во втором такте Т 2 замыкается ключ 16, к сумматору подключается опорный уровень+0,5 МР делителя 14, а в третьем такте через ключ 17 опорный уровень -0,5 МР делителя 15. На время второго и третьего тактов сигналами блока 3 через элемент ИЛИ 20 (фиг.2 ж) замыкается цепь коррекции - ключ 19 и конденсатор 18, Полоса пропускания усилителя-ограничителя уменьшается. что позволяет формировать незашумленные уровни н,5 МР, Так как из-за инерционности усилителя-ограничителя во втором и третьем тактах время установления усиленных уровней -0,5 МР мокет превышать То, то для исключения наблюдения переходных процессов "медленного" усилителя-ограничителя на время переходных процессов развертка осциллографа блокируется. Для этого в начале тактов Т 2 и Тз формирователи 22, 23 формируют импульсы длительностью Тз, которые через элемент ИЛИ 21 управляют элементом ЗАПРЕТ 24 (фиг,2 з). Длительность импульсов Т выбирается исходя из постоянной времени усилителя-ограничителя при подключенном фильтре. В тактах Т 2 и Тз за исключением интервала Тз запуск осуществляется с периодом То, (фиг,2 и), что позволяет наблюдать одновременно переходный процесс и поро 1778910Особенно эффективно изобретение при контроле высокоразрядных (12-16) быстродействующих(уст10 мкс) ЦАП, когда известными мегодами из-за влияния шумов контролируемого ЦАП и измерительного ка нала не удается обеспечить широкую полосу пропускания усилителя-ограничителя и необходимую разрешающую способность. Формула изобретения 10 устройство для измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей по авт,св. К.1275766, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности в него введены 15 два формирователя имГ 1 ульсов, элемент коррекции, вы поленнь й на конденсаторе,третий ключ, два элемента ИЛИ и элемент ЗАПРЕТ в разрыв связи выхода генератора импульсов и входа синхронизации осциллографа, второй вход элемента ЗАПРЕТ соединен с выходом первого элемента ИЛИ. первый и второй входы которого соответственна через первый и второй формирователи обьединены с первым и вторым входами второго элемента ИЛИ и подключены соответственно к второму и третьему выходам регистра сдвига, при этом выход второго элемента ИЛИ соединен с управляющим входом третьего ключа, выход которого является шиной нулевого потенциала, а информационный вход через конденсатор соединен с дополнительным выходом усилителя-ограничителя.1778910 1 а 4 Составитель Ю.КазусеТехред М,Моргентал едак орректор Н.Слободяник каз 4201 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыти 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4(5 при ГКНТ СССР водственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина,