Устройство для измерения времени установления выходного сигнала цифро-аналоговых преобразователей Советский патент 1987 года по МПК H03M1/10 

пряжения, делители 6 и 7 напряжения, двухпороговые компараторы 8 и 9, компараторы 10 и 11, цифроаналоговый преобразователь 12 опорного сигнала, сумматор 13, RS-триггеры 14 - 16, D-триггер 17, генератор 18 импульсов, реверсивные счетчики 20 и 21, счетчики 22 тл 23 и элементы И 24-26. Поставленная цель достигается за счет того, что с помощью ЦАП опорного сигнала компенсируется установившийся

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля динамических параметров циф- роаналоговых преобразователей (ЦАП).

Цель изобретения - повьш1ение точности устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - конечный экспоненциальный участок переход- кого процесса.

Устройство содержит задатчики 1 и 2 кодов, коммутатор 3, формирователь 4 разнополярных пороговых уровней, источник 5 опорного напряжения, делители 6 и 7 напряжения, двухпороговые компараторы 8 и 9, компараторы 10 и 11, цифроаналоговый преобразова тель 12 опорного сигнала, сумматор 13, RS- триггеры 14 - 16, D-триггер 17, генератор 18 импульсов, формирователь 19 импульсов, реверсивные сче чики 20 и 21, счетчики 22 и 23 и эле менты И 24 - 26.

Устройство работает следующим образом.

Выходная шина устройства подключается к входной шине контролируемого ЦАП, а входная шина - к выходной шине ЦАП.

ЦАП 12 предназначен для компенсации установившегося сигнала контролируемого ЦАП.

Контролируемый ЦАП и ЦАП 12 запи- тываются опорными напряжениями проти воположной полярности.

Формирователем 4 разнополярных пороговых уровней формируются уровни и, .

сигнал контролируемого ЦАП, переходный процесс контролируется относительно нулевого уровня. При этом фиксируются моменты последних вхождений сигнала в две зоны пороговых уровней, больших 1 МР (младшего разряда), что позволяет контролировать экспоненциальный переходный процесс на участке с крутизной, большей чем крутизна экспоненты на уровне МР. 1 3.п. ф-лы, 2 ил.

Время установления ЦАП определяется как интервал времени от момента смены кодов до момента последнего вхождения выходного сигнала ЦАЛ в зону шириной единица младшего 1)аз- ряда (ШР).

Для того, чтобы погрешность компенсации установившегося сигнала не превышала 1 МР контролируемого ЦАП, разрядность ЦАП 5 должна быть вьШ1е, чем разрядность контролируемого ЦАП . Частоты f и f, формируемые генератором 18, могут быть получеьгы с помощью делителей от одного задающего генератора и связаны между собой коэффициентом пропорциональности, величина которого зависит от соотношения величин и , и 2 и ШР.

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 тора 13 в зону ± U;, , а компаратором 9 соответственно фиксируется попадание сигнала в зону t Uj.

В исходном состоянии все три)ге- ры и счетчики обнулены. В задатчики .1 и 2 кодов заносятся начальный N

Н

и конечный И коды. Сигналом логической единицы с выхода формирователя 19 на вход контролируемого ЦАП цод- ключен код N задатчика 1. Импульсы

генератора 18 через элемент И 24 поступают на счетный вход счетчика 21. Сумма установившегося сигнала контролируемого ЦАП и компенсирующего

опорного сигнала ЦАП 12 сравнивается 5дении в зону ±U фиксирует код, прокомпараторами 10 и И с уровнями lU .порциональный времени прохождения пеВ зависимости от положения суммарно-реходного процесса между уровнями U

го сигнала относительно зоны ±U, из-к V . Ъ счетчик 23 записывается новый

меняется направление счета счетчикакод, соответствующий моменту очеред21. Код в счетчике 21 изменяется-до Оного вхождения сигнала ЦАП в зону iU.

тех пор, пока суммарный сигнал не по-После окончания переходного процесса

падает в зону ±и„, при этом сигнала-в счетчике 23 зафиксируется код, проми логического нуля с выходов обоихпорциональный моменту последнего вхокомпараторов счетчик блокируется.Наждения скомпенсированного сигнала

выходе ЦАП 12 в дальнейшем сохраняет- ЦАП в зону ±Uj,, а в счётчике 20-.код,

ся компенсирующий опорный сигнал. Им-пропорциональный времени последнего

пульсом запуска триггер 15 переключа-прохождения между уровнями U и U

ется в единичное состояние и запуска-или -U, и -Uj.

ет формирователь 19 импульсов, на вы- Пусть Т, - время от момента смены

ходе которого формируется отрицатель-20кодов N.- N до момента последнего

ный импульс, запирающий элемент И 25вхождения сигнала ЦАП в зону ±U , а и подключающий на вход контролируемоTg - время от момента смены кодов

го ЦАП через коммутатор 3 код Н„ за°

N.

N| до момента последнего вхожТ , а в счетчике 20 датчика 2. После окончания импульсадения сигнала ЦАП в зону ± U. формирователя 19 на входах контроли- Тогда в счетчике 23 зафиксируется руемого ЦАП происходит смена кодовкод N Ы„ - Nj и начинается контролируемыйкод N,f (Т - Т ) . переходный процесс. Импульсы генера-Заполнение счетчика 22 продолжа- тора 18 с частотой f через элементется до его переполнения. РЬшульс пе- И 25 поступают на счетный вход счет- реполнения счетчика 22 возвращает в чика 22. При каждом вхождении контро- исходное состояние триггер 56 и уста- лируемого переходного-процесса в зо-йавливает в единичное состояние триг- ну ±и триггер 14 переключается вгер 15. Сигналом логической единицы единичное состояние сигналом с выхо-с прямого выхода триггера 15 откры- да компаратора 8, а при вхождении пе-35 вается элемент И 26, а счетчик 20 переходного процесса в зону ±U пере-реводится в режим вычитания. По мере ключается в исходное состояние сигна- поступления импульсов на счетный вход лом с выхода компаратора 9.счетчика 20 код, записанный в нем.

Сигналом логической единицы триг-уменьшается, а на счетный вход счет- гера 14 разрешается счет импульсов чика 23 через элемент И 26 поступают счетчиком 20, в котором формируетсяимпульсы генератора 18 с частотой f,, . код, пропорциональный времени прохо-Шпульс обнуления счетчика 20 возвра- ждения скомпенсированного сигнала контролируемого ЦАП между уровнями и ;, и и 2 или -и и -Uj . При вхождении переходного процесса в зону +11, одновременно со сбросом триггера 14 осуществляется запись кода счетчика 22 в счетчик 23. D-триггер 17 переключается в сос ояние, соответствую- 0 зафиксированного в счетчике 23 кода , щее состоянию компаратора 9, срезомN , окончательный код счетчит импульсов, поступающих с выхода эле-ка 23

мента И 25, по фронту которых перек-N f Т + f, ( Т

лючается счетчик 22. Таким образом, + kCT - Т)}, (1)

{шпульс записи кода в счетчик 23 за- где - коэффициент пропорциодерживается относительно моментов пе-нальности.

реключения разрядов счетчика 22. ВВеличина k зависит от соотнощения

случае колебательного переходноговеличин U , U и ШР и равна

щает в исходное состояние триггер 15, элемент И 26 закрывается. 5 Длительность импульса на выходе триггера 15 равна N /f Т Т . За это время на счетный вход счетчика 23 поступит число импульсов с частотой f(, )f fj/f Nj,.-C учетом

процесса при выходе переходного процесса из зоны ±и сигналом логического нуля компаратора 8 счетчик 20 . обнуляется, а при последующем вхожвхождения сигнала ЦАП в зону ±U , а

Tg - время от момента смены кодов

N.

N| до момента последнего вхождения сигнала ЦАП в зону ± U. Тогда в счетчике 23 зафиксируется код N код N,f (Т - Т ) . Заполнение счетчика 22 продолжа- ется до его переполнения. РЬшульс пе- реполнения счетчика 22 возвращает в исходное состояние триггер 56 и уста- йавливает в единичное состояние триг- гер 15. Сигналом логической единицы с прямого выхода триггера 15 откры- вается элемент И 26, а счетчик 20 переводится в режим вычитания. По мере поступления импульсов на счетный вход счетчика 20 код, записанный в нем.

Т , а в счетчике 20 а ЦАП в зону ± U. четчике 23 зафиксирует - Т ) . е счетчика 22 продолжа переполнения. РЬшульс четчика 22 возвращает тояние триггер 56 и ус единичное состояние тр алом логической единиц хода триггера 15 откры нт И 26, а счетчик 20 режим вычитания. По ме импульсов на счетный в код, записанный в нем.

уменьшается, а на счетный вход счет- чика 23 через элемент И 26 поступают импульсы генератора 18 с частотой f,, . Шпульс обнуления счетчика 20 возвра- зафиксированного в счетчике 23 кода , N , окончательный код счетчит ка 23

щает в исходное состояние триггер 15, элемент И 26 закрывается. Длительность импульса на выходе триггера 15 равна N /f Т Т . За это время на счетный вход счетчика 23 поступит число импульсов с частотой f(, )f fj/f Nj,.-C учетом

. и i

l l{--(2)

Так как уровни tU и ±Uj выбраны на конечном экспоненциальном участке переходного процесса ЦАП, то полученный код пропорционален времени установления .

На фиг.2 изображены: U - конечный экспЬненциальный участок переходной характеристики ЦАП; 10,50 .МР - уровни, ограничиваю1цие зону шириной IMF; Tu - время установления, фиксируемое по моменту последнего вхожд1гния сигнала ЦАП в зону ±0,5 МР; Т, Т - моменты последнего вхождения сигнала ЦАП соответственно в зону ±11, и lU, ; aU - погрешность сравнения сигнала ЦАП с пороговыми уровнями iO,5 МР, tUi , tU., обусловленная неточностью

i

компенсации, неточностью формирования пороговых уровней, влиянием напряжений смещения компараторов и их дрейфом, влиянием шумов; &t, &t, , &Ц - временные погрешности фиксирования

и т

обуслинтервапов т ные влиянием &U.

На экспоненциальном конечном ке переходной характеристики вы сигнал аппроксимируется функцие t-T, t-T,

и(й)Ц е -Uje

« 0,5 HP I

где Т- постоянная времени.

и. ли

Т, . At, -Т,,,-tin .-v

т. - t Т„, -Tin Т,.. . InCI. l) ;

T. - T, + At - t, r In | -;-fg- g + ind 1 )- in(i+ g ).

Результат преобразования кодов, по- порционален времени полученных в процессе измерения, про и.

In

Т . (Т - At,)k(т,,)т,,, ЙР С j ) -Ц

In (H)-ln(,.2).V .V olM|i,

- ln(l+

--).

Uz /

1298916-6

Из формулы (3), учитывая, что

и(т )и,

получим

, и(т)-и

и и(Т)0,5МР,

SCT

- - ЬйРГ

7; In

St

Uc

(А) (5) (6)

fO

Подставив полученные величины Т„

5

0

иТ,Т, в формулу (1) с

учетом величины коэффициента k из формулы (2) , получим

Uj.

N.f;X,---p(,)«

1 п -А--

5

1п

Дт,,/-1 Гп

( Г Гп 5|i-)

Uj

Ui

Ул-.

0,5МР

о Т

Преобразуем формулу (3) t Т.

9ет

, U(t)

- otsMp

(7)

В устройстве фиксируются моменты попадания сигнала ЦАП в зогны t U и tUi ,величина которых больше,чем О,5МР, поэтому ошибка bU приводит к значительно меньшей временной погрешности (фиг.2).

Погрешность ди сравнения сигнала ЦАП с уровнями ±и, и tU npHsofljitT к погрешностям ut и t определезния моментов времени Т л

и ..

и.

ли ,

-й5 . in(H

и.

In

-Ц

(1 +

Учитывая, что uU с 1 , дИ « U , получим

4U

ли

-kf-H - )1

11ТТ J

и,

и.

Выбор уровней и и U. зависит от величины конечного экспоненциального участка переходной характеристики ЦАП и требуемой точности измерения. Так как от .соотношения U,, U,j и 0,5МР зависит величина коэффициента пропорциональности между частотами генератора f f , то целесообразно для 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, первый счетчик, два задатчика кодов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами коммутатора, выходы которого являются выходной шиной устройства, первый двухпорого- вый компаратор и цифроаналоговый пре образователь опорного сигнала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены формирователь разнополярных пороговых уровней, формирователь импульсов, второй счетчик, второй двух пороговый компаратор, два реверсивных счетчика, сумматор, два компаратора, три RS-триггера, D-триггер и три элемента И, причем первый и второй выходы формирователя разнополярных пороговых уровней соединены с певым и вторым входами первого двухпо- рогового компаратора, выход которого соединен с S-входом первого К5-трИ1- 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 D-входом D- триггера и R-входом первого RS-триг

.

У )

Ь ,.

0

15

25

30

40

- -45

50

55

гера, пятый и шестой выходы формирователя разнополярных пороговых уровней соединены с первыми входами первого и второго компараторов соответс.т венно, вторые входы которых объединены с третьими входами первого и второго двухпороговых компараторов и подключены 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 выходы соединены соответственно с входами цифроаналогового преобразователя опорного сигнала, выход -которого и входная шина устройства соединены с первым и вторым входами сумматора соответственно, вход запуска устройства соединен с установочным входом первого счетчика и с S-входом второго RS-триггера, R-вход которого объединен с S-входом третьего триггера и подключен к выходу переполнения первого счетчика, инверсный выход соединен с первьм входом первого элемента И, а прямой выход - с первым входом второго элемента И и с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с управляющим входом коммутатора и с вторым входом второго элемента И, выход второго элемен- - та И соединен с С-входом D-триггера и счетным входом первого счетчика, выходы которого соединены соответственно с информационными входами второго счетчика, синхронизирующий вход которого соединен с выходом D-триггера, а счетный вход соединен с выходом третьего элемента И, первый выход генератора импульсов соединен с третьим входом второго элемента И, с вторым входом первого элемента И и со счетным входом второго реверсивного счетчика, первый вход управления счетом которого соединен с выходом первого RS-триггера, второй вход управления счетом объединен с первым входом третьего элемента И и подключен к выходу третьего RS-триггера, а инверсный выход старшего разряда - с

912989

R-входом третьего RS-триггера, инверсный выход которого соединен с третьим входом первого элемента и, второй рыход генератора импульсов соединен с вторым входом третьего элемента И. 5

2, Устройство по п.1, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что формирователь разнополярных пороговых уровней выполнен на источнике опорных напряже610

НИИ и двух делителях напряжений,входы которых подключены к разнополяр- ным выходам источника опорных напряжений, первые, вторые и третьи выходы первого и второго делителей напряжения являются первым, третьим, пятым, вторым, четвертым и шестым выходами формирователя разнополярных пороговых уровней соответственно.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контроля динамических параметров циф- роаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретения - повьппение точности устройства. Устройство содержит задатчики 1 и 2 кодов, коммутатор 3, формирователь 4 разнополярных пороговых уровней, источник 5 опорного на(Л to со оо со О5