Устройство для измерения времени установления тока на выходе сверхбыстродействующих цифроаналоговых преобразователей Советский патент 1987 года по МПК G01R29/02 H03M1/10 

Изобретение относится к измерительной технике и является усовер- шенствованием известного устройства по авт.св. № 1200203.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - пример оптимального выполнения генера- тора импульсов; на фиг. 3 - временная диаграмма работы устройства; на фиг. 4-6 - примеры реализации первого и второго управляемых генераторов тока и устройства выборки и хранения следящего типа соответственно.

Устройство содержит генератор 1 импульсов, фильтр 2 нижних частот, истоковый повторитель 3, осциллограф 4j первый и второй управляемые гене- раторы 5 и 6 тока, устройство 7 выборки и хранения следящего типа, ключ 8, генератор 9 вытекающего тока, генератор 10 вытекающего тока, регулируемую задержку 11, диоды 12-15 Шоттки -25 пряжения, размах которых ограничива- и резисторы 16 и 17. Входная и выход- ется диодами 12 и 13 до величины

и(0,6-0,9)В. Для дальнейшего уменьшения выбросов напряжения, поступающего на второй вход осциллографа 4,

ная шины устройства подключены соответственно к выходной и входной шинам контролируемого цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 18.

Генератор 1 импульсов содержит генератор 19 опорной частоты, делители 20 и 21 частоты, инвертор 22, элемент ИЛИ 23 и элемент ИЛИ-НЕ 24.

Устройство работает следую1чим образом.

В исходном состоянии при выходном напряжении U, генератора 1 равном логической единице, подаваемом на входную гаину ЦАП 18, выходной ток

35

30 используется фильтр 2, на выходе которого размах напряжения Ug уменьшен за счет ограниченной полосы пропускания последнего.

Для регулировки момента переключения диодов 14 и 15 (т. Ъ на фиг. 3) используется регулируемая задержка 11, а ДЛЯ развязки выходного сопротивления фильт ра 2 и входной емкости осциллографа 4 используется повторитель 3. Измеряя по осциллографу ин- tepвaл времени tj. от середины среза сигнала U на входе ЦАП (т. а на фиг. З) до момента установления напряжения Ug на втором входе осциллографа с заданной относительной поI, ЦАП имеет значение I, д., равное току 1 генератора 10, токи 1 и 1; генераторов 5 и 6 равны нулю. В атом состоянии ключ 8 разомкнут и диод

15закрыт положительным потенциалом Ujj, на его катоде, а диод 14 открыт и через него ток 1 проходит на выход ЦАП 18. В результате вычитания тока 1(nQu из тока 1 на резисторе

16удерживается нулевое напряжение. При формировании перепада выходного напряжения U, генератора 1 от единицы к нулю синхронно с изменением выходного тока I, от значения к значению выходного тока смеог

щения нуля 1, замыкается ключ 8 и отрицательным напряжением U, образующимся при прохождении тока 1 генератора 9 через резистор 17, диод

52

открывается, диод 14 закрьтается,и с этого момента ток 1 генератора 10 проходит через диод 15 на вход гене-, ратора 9, а за счет разностных токов 1.-1,, через резистор 17 на катоде диода 15 устанавливается отрицательное напряжение U4 , достаточное для поддержания его в открытом состоянии.

Благодаря тому, что синхронно с

формированием перепада выходного тока I, ЦАП 18 от IfHOk ° помощью диодов 14.и 15 осуществляется переключение направления протекания тока 1, исключается долговременная перегрузка осциллографа 4, у которого к второму входу, подключенному через фильтр 2 и повторитель 3 к выходу ЦАП установлен коэффициент отклонения 2- 5 мВ/см. Однако при формировании перепада выходного тока I, ЦАП от 1(„дц к 1° и переключении диодов 14 и 15 на резисторе 16 формируются выбросы на

используется фильтр 2, на выходе которого размах напряжения Ug уменьшен за счет ограниченной полосы пропускания последнего.

Для регулировки момента переключения диодов 14 и 15 (т. Ъ на фиг. 3) используется регулируемая задержка 11, а ДЛЯ развязки выходного сопротивления фильт ра 2 и входной емкости осциллографа 4 используется повторитель 3. Измеряя по осциллографу ин- tepвaл времени tj. от середины среза сигнала U на входе ЦАП (т. а на фиг. З) до момента установления напряжения Ug на втором входе осциллографа с заданной относительной погрешностью установления (т. е на фиг. 3) и учитывая задержки t в фильтре 2 и t в повторителе 3, можно определить время установления напряжения 1)3 на резисторе 16 и выходкого тока I, ЦАП 18 с заданной относительной погрешностью.

После переключения ЦАП на его выходе устанавливается ток 1, представляющий собой статическую погрешность ЦАП при нулевом коде на входе ЦАП. Ток I, формирует напряжение Uj на резисторе 16. Напряжение смещения и дрейф напряжения смещения повторите 1

ля 3 совместно с напряжением IJ° создают на втором входе осциллографа напряжение и , которое ограничивает тоность измерения времени установления выходного тока I, ЦАП, делая невозможным измерение малых отклонений выходного тока ЦАП от установившегося значения. Для повышения точности измерения используются управляемые ге- нераторы 5 и 6 тока и устройство 7 выборки и хранения.

Управляемый генератор 5 тока (фиг. 4) вьтолнен на двух последовательно соединенных операционных уси- лителях, охваченных отрицательной обратной связью, и шести резисторах.

- k

К,-Кг

В а г;

R.

При этом ток

R4

-

Управляемый генератор 6 тока (фиг, 5) выполнен на операционном усилителе с отрицательной обратной связью и четырех резисторах. При э

ток

и

й;

R, Кг т5 р 4 RI

Устройство 7 выборки и хранения следующего типа (фиг. 6) содержит генератор импульсов, ЦАП, реверсивный счетчик, компаратор, инвертор и два элемента И,

При поступлении на устройство выборки и хранения управляющего сигнала сигналы с генератора импульсов в зависимости от выходного напряжения компаратора проходят на вход либо прямого, либо обратного счета реверсивного счетчика, выходным кодом которого управляется ЦАП. Состояние выхода компаратора зависит от напряжения на неинвертирующем входе. В течение управляющего иъшульса на выходе ЦАП устанавливается напряжение, которому соответствует напряжение

и, ;, близкое к нулю на входе устрой-

ства выборки и хранения (напряжение на неинвертирзпощем входе компарато- ра).

Фронт импульса напряжения U на втором выходе генератора 1 задержан относительно среза импульса напряже- ния и, на первом выходе на интервал времени t,tj, где t - время установления напряжения Ug .на выходе повторителя 3. В течение,импульса напряжения и в соответствии с выходны напряжением U° повторителя 3 изменяется выходное напряжение устройства 7 выборки и хранения, задающее ве

55

По окончании

4

ЛИЧИНЫ токов 1ц. и Ij-, импульса напряжения U, на выходе генератора 5 устанавливается ток 1. , которьш сохраняется неизменным до слдующего импульса напряжения И . Разностным током

i,-ir

на резисторе 16

создается напряжение U, отличающееся от напряжения U° на величину U, Напряжение U, равно по величине напряжению смещения и дрейфу напряжения смещения повторителя 3, но имеет противоположную полярность, поэтому выходное напряжение повторителя принимает нулевое значение. Таким образом, при повторении сигналов U.j,

следующих за сигналами U,-, изменение

тт°-г о

напряжения Ц, создаваемого током 1

на резисторе 16, дрейф напряжения смещения повторителя 3 отслеживаются с помощью устройства 7 выборки и хранения и генератора 5, поэтому не влияют на измерение времени установления выходного тока I, ЦАП при его

5

изменении от

- нач

0

Управляемый гененатор 6 тока используется для поддержания нулевого напряжения U на резисторе 16 при включенном ЦАП. В соответствии с вы- ходнь м напряжением устройства 7 выборки и хранения на выходе генератора 6 формируется ток 1., по величине равньш току 1 генератора 5, но имеющий противоположное направление. При единичном коде на входной шине 5 ЦАП ключ 8 разомкнут, диод S5 закрыт, диод 14 открыт, а разностный ток ()-( равен нулю, на резисторе 6 удерживается нулевое напряжение и,. При нулевом коде на входной вшне ЦДП ключ 8 замкнл т, диод 15 открыт, диод 14 закрыт, ток I j-вы0

читается из 1, а разностный ток -1у проходит .через диод 15 на вход

генератора 9.

0

Б результате введения первого управляемого генератора тока и уст рой- ства выборки и хранения следящего типа устранено влияние .выходного тока смещения нуля 1° ЦАП и его изменения

(статические погрешности 1Щ1),напряжения смещения и дрейфа напряжения смещения истокового повторителя 3 (статические погрешности устройства 5 измерения времени установления) на точность измерения времени установления, а за счет введения второго управляемого -генератора тока устраняется влияние первого генератора тока на

1359755®

процесс измерения поддержанием нуле- ря ть время установления порядка 40- вого напряжения Uj при единичном ко- ,50 не при погретности установления де на входах ЦАП, что позволяет иэме- тока менее 0,1% от полной шкалы.

и§

Р

ив,

иг

fJff Ue

i

.0

Ь

t

твтяч

фие.З

6/4

(pus.4U т

сриг.5

5

6151/48

Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.. Проектная, 4