Устройство для контроля коэффициента усиления инверторов Советский патент 1988 года по МПК G01R31/28 

(21)3559779/24-21

(22)07.12.82

(46) 15.01.88. Бюл. № 2

(71)Научно-исследовательский институт часовой промышленности

(72)В, Д. Дворников, В.- Г. -Калинин и Э. X. Чичев

(53)621.317.799(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 392504, кл. G 06 F 15/46, 1971.

Справочник по интегральным мнкро- схемам/ Под ред. Б. В. Тарабрина. - М.: Энерг.ия, 1981, с. 544, рис. 4- 30 в.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА УСИЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОВ

(57)Изобретение относится к средствам контроля электронных узлов приборов времени, в частности к устройствам для контроля коэффициента усиления (КУ) КМОП-инвертора, используемого в качестве активного элемента кварцевого генератора наручных кварцевых часов, и может быть использовано в часовой промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства и надежности путем автоматизации процесса измерения. Устройство содержит источник 1 питания, блок 2 формирования опорных напряжений, блок 3 формирования линейно-изменяющегося напряжения, клеммы 4 и 5 для подключения контролируемого объекта, повторитель 7, компараторы 8 и 9, элемент И 10, блоки измерительный 11, управления 12, индикации 13. В состав блока 3 входят кварцевый генератор 14, счетчик 15 и интегратор 16. Измерительный блок содержит счетчик 17, регистр 18, схему 19 сравнения кодов. В состав блока 12 включены триггеры 20-22, элементы ИЛИ 23 и 24 и формирователь 25 сигнала начальной установки. В блок индикации входят элементы И 26 и 27, элемент ИЛИ 28, индикаторы 29 и 30. Работа устройства поясняется временными диаграммами, приведенными в описании изобретения. Устройст во позволяет контролировать КУ не только КМОП, но и более широкий инверторов. 2 ил.

(С

(Л

со

О5

о:) со

О)

Изобретение относится к средствам контроля электронных узлов приборов времени, а именно к устройствам для контроля коэффициента усиления КМОП- инвертора, используемого в качестве активного элемента кварцевого генератора кварцевых наручных часов, и может быть наиболее эффективно использовано в часовой промышленности,

Цель изобретения - повьшение быстродействия устройства и надежности путем автоматизации процесса измерения.

На фиг, 1 представлена структур- мая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство содержит источник 1 питания, блок 2 формирования опорных напряжений, блок 3 формирования линейно изменяющегося напряжения, ключи 4 и 5, клеммЬ для подключения контролируемого объекта 6, повторитель 7, компарторы 8 и 9, элемент И 10, измерительный блок 11, блок 12 управления и блок 13 индикации, причем первый выход блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения соединен через ключ 5 с клеммой для под ключения контролируемого объекта 6, выход которого через повторитель 7 соединен с первыми входами компараторов 8 и 9, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 2 формирования опорных напряжений, третий выход которого соединен с вторым входом блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения, а вход блока 2 формирования опорных напряжений соединен с первым выходом источника 1 питания, второй выход которого через ключ 4 соединен с входом одного из полюсов питания клемм для подключе- ния контролируемого объекта 6, вход второго полюса питания которого соединен с общей шиной устройства, выхо компаратора 8 соединен с первым входом элемента И 10, выход компаратора 9 соединен с вторым инвертирующим входом элемента И 10, третий вход которого соединен с вторым выходом блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения и вторым входом блока 12 управления, первый вход которого соединен с клеммой сигнала Пуск, а третий вход - с выходом элемента И 10 и первым входом измерительного блока 11, первый выход блока 12 управления соединен с первым входом блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения, второй выход - с управляющими входами ключей 4 и 5, третий выход - с вторым входом измерительного блока 11, четвертый выход - с вторым входом блока 13 индикации, пятый выход - с третьим входом блока 13 индикации, первый вход которого соединен с выходом измерительного блока 11, третий вход которого соединен с третьим выходом блока 3 формирования линейно изменяющегося напряжения.

Блок 3 формирования линейно изменяющегося напряжения содержит кварцевый генератор 14, счетчик 15 и интегратор 16, причем выход кварцевого генератора 14 соединен со счетным входом счетчика

15и третьим выходом блока, вход R счетчика 15 соединен с первым вхо-. дом блока, единичный выход старшего разряда счетчика 15 соединен с первым входом интегратора 16 и вторым выходом блока, второй вход интегратора

16соединен с вторым входом блока, а выход интегратора 16 соединен с первым выходом блока.

Измерительный блок 11 содержит. счетчик 17, регистр 18 и схему 19 сравнения кодов, причем входы V, R и С счетчика 17 соединены соответственно с первым, вторым и третьим входами блока, выходы счетчика 17 соединены с первой группой входов схемы 19 сравнения кодов, вторая группа входов которой соединена с . выходами регистра 18, вход схемы сравнения кодов 19 подключен к потенциалу 1, а выход схемы сравнения кодов 19 соединен с выходом блока.

Блок 12 упр-авления содержит триггеры 20 - 22, элементы ИЛИ 23 и 24 и формирователь 25 сигнала начальной установки, выход которого соединен с первыми входами элементов ИЛИ 23 и 24, при этом первый вход блока соединен с входом S триггера 20 и вторы входом элемента ИЛИ 23, выход которого соединен с входами R триггеров 21 и 22 и третьим выходом блока, ин версный выход триггера 20 соединен с первым выходом блока, а единичный выход триггера 20 соединен с входом D триггера 21 и вторым выходом блока единичный выход триггера 21 соединен

со вторым входом элемента ИЛИ 24 и пятым выходом блока, второй вход блока соединен с входом С триггера 21 и входом D триггера 22, единичный выход которого соединен с четверты} выходом блока, выход элемента ИЛИ 24 соединен с входом R- триггера 20, а вход С триггера 22 соединен с третьим входом блока.

Блок 13 индикации содержит элемен ты И 26 и 27, элемент ИЛИ 28 и индикаторы 29 и 30, причем первый вход элемента И 26 соединен с первым, инвертирующим, входом элемента И 27 и вторым входом блока, второй вход элемента И 26 соединен с вторым входом элемента И 27 и третьим входом блока, третий, инвертирующий, вход элемента И 26 соединен с первым входом элемента ИЛИ 28 и первым входом блока, выход элемента И 27 соединен с вторым входом элемента ИЛИ 28, индикаторы 29 и 30 подключены соответственно к выходам элемента И 26 и элемента ИЛИ 28.

При включении пи рания формирователь 25 сигнала начальной установки в блоке 12 управления формирует

вень О с единичного выхода триггера 20 через второй выход блока 12 управления. При этом напряжение питания и входной сигнал на клеммы для подключения контролируемого объекта

6не подаются, на выходе повторителя

7в этом случае устанавливается потенциал О, что приводит к форми0 рованию на выходах компараторов 8 и 9 уровней О, На выходе иэмеритель- ного блока I1 в исходном состоянии присутствует уровень О, что при наличии уровней О на единичных выходах триггеров 2) и 22, а следовательно, на пятом и четвертом выходах блока 12 управления, приводит к тому, что индикаторы 29 и 30 блока 13 индикации, в качестве которых могут использоваться, например, свето- диод или лампы накаливания, находятся в выключенном состоянии, т,е, не светятся из-за наличия на выходе элемента И 26 и элемента ИЛИ 28

5 уровней О,

Работа устройства начинается при : поступлении команды Пуск, которая подается после соединения контроли5

0

на своем выходе импульс, который че- зо РУемого инвертора и средства для

рез элемент ИЛИ 23 поступает на входы R триггеров 21 и 22 и через элемент ИЛИ 24 на вход R триггера 20 и третий выход блока 12 управления, откуда он поступает на второй вход измерительного блока 11 и, следовательно, на вход R счетчика 17, устанавливая триггеры 20 - 22 и счетчик 17 в нулевое состояние. Высокий уровень с инверсного выхода триггера 20 поступает на вход R счетчика

15,удерживая его в нулевом состоянии. Уровень нуля с единичного выхода старшего разряда счетчика 15 поступает на первый вход интегратора

16,выполненного, например, на основе операционного усилителя, и на третий вход элемента И 10, запрещая формирование сигнала на его выходе. На выходе интегратора 16 при наличии на первом его входе уровня нуля с помощью опорного напряжения, поступающего на второй вход блока

3, устанавливается нулевой потенциал поступающий на первый выход блока 3 и, следовательно, на вход ключа 5, который так же как и ключ 4 находитс в непроводящем состоянии, так как на их управляющие входы поступает уро5

0

5

0

5

подключения контролируемого объекта 6, в качестве которого используется либо контактное устройство,если контролируемым объектом является микросхема, выпускаемая в стандартном корпусе, либо система зондов, если контролируемым объектом является бескорпусная микросхема. При этом по переднему фронту команды Пуск (фиг, 2а), поступающей на первый вход блока 12 управления, триггер 20 устанавливается в состояние 1 и одновременно импульс Пуск поступает через элемент ИЛИ 23 на входы R триггеров 21 н 22 к через третий выход блока 12 управления на второй вход измерительного блока 11 и, следовательно, на вход R счетчика 17, подтверзкдая нулевое состояние триггеров 21 и 22 н счетчика 17. Уровень О с инверсного выхода триггера 20 поступает на первый выход блока 12 управления и через первый вход блока 3 формирования линейно изменякщегося напряжения на вход R счетчика 15, разрешая, ему счет импульсов, поступающих на его счетный вход с выхода генератора 14, Одновременно уровень 1 с единичного выхода триггера 20 поступает на вход D триггера 21, разрешая запись в триггер 21 I, а также на второй выход блока 12 управления и, следрва- тельно, на управляюпще входы, ключей 4 и 5, переводя их в проводящее состояние и подавая таким образом напряжение питания на контролируемый объект с первого выхода источника 1 питания и входной сигнал с первого выхода блока 3 (фиг, 2г), который в этот момент равен нулю. Наличи на входе контролируемого объекта 6 потенх иала О приводит к появлению на его выходе отрицательного потенциала, по величине равного напряже- нию питания (фиг, 2д), что, в свою очередь, приводит к срабатыванию компаратора 8 (фиг. 2ж) и компаратора 9 (фиг. 2е). ГГоскольку на третьем входе элемента И 10 в этот момент присутствует уровень О, поступающи с выхода счетчика 15 (фиг. 2в) через второй выход блока 3, то на выходе элемента И 10 (фиг. 2и) импульс не формируется, (фиг. 2и, пунктир).

После записи в старшем разряде счетчика 15 единицы на выходе интегратора 16 начинает формироваться линейно изменяющееся напряжение от нуля до Е. Изменение напряжения на выходе контролируемого инвертора, а следовательно, и на выходе повтоЕ)«те ля 7 в этом случае соответствует его .передаточной характеристике. В момент, когда напряжение на выходе повторителя 7 равно напряжению пороП1

га срабатывания компаратора 9 U (фиг. 2д), последний срабатывает (фиг. 2е), что, в свою очередь, приводит к появлению на выходе элемента И 10 потенциала 1 (фиг. 2и), который поступает через первый вход измерительного блока 11 на вход V счетчика 17, разрешая ему счет импульсов, поступающих на его вход С с выхода генератора 14 через третий выход блока 3 и третий вход измерительного блока 11. После достижения напряжением на выходе повторителя 7 порога срабатывания компаратора 8 Urt (фиг. 2д) последний срабатывае и на его выходе устанавливается уровень О (фиг. 2ж), что приводит :к появлению на выходе элемента И 10 уровня О (фиг. 2и), который через первый вход поступает на вход V счетей

-

366976

чика

6

т 17, запрещая ему счет импульсов, поступающих на вход С. Одновременно по заднему фронту выходного импульса элемента И 10, поступающего через третий вход блока 12 управления на вход С триггера 22, последний срабатывает. Срабатывание триггера 22 свидетельствует о том, что процесс мерения коэффициента усиления контролируемого инвертора закончился. Уровень 1 с выхода триггера 22 (фиг. 2л, сплошная линия) поступает через четвертый выход на второй вход

15 блока 13 индикации и, следовательно, .на первый вход элемента И 26, открывая его по этому входу, и на инвертирующий вход элемента И 27, запрещая формирование сигнала на его вы20 ходе. После переполнения счетчика iS на выходе его старшего разряда появляется уровень О (фиг, 2в), в результате чего на выходе интегратора 16 начинает формироваться линейно

25 изменяющееся от -Е до О напряжение и одновременно срабатывает триггер 2 (фиг, 2м) в блоке 12 управления, элемент И 10 оказывается закрытым по третьему входу. Высокий потенциал с выхода триггера 21 поступает через элемент ИЛИ 24.. на вход R триггера 20 устанавливая его в исходное состояние (фиг, 26), и через пятый выход блока 12 управления на третий вход блока 13 индикации и, следовательно, на второй вход элемента И 26 и второй вход элемента И 27f открывая их по этим входам. Поскольку элемент И 27 закрыт сигналом, поступающим на его инвертирующий вход, а элемент И 26 открыт по первому и второму входам, то состояние индикаторов 29 и 30 определяется : сигналом, поступающим с выхода измерительного блока 11 на первый вход блока 13 индикации и, следовательно, на третий инвертирующий вход элемента И 26 и первый вход элемента ИЛИ 28, на второй вход которого поступает уровень О с выхода элемента И 27 (фиг. 2о, сплошная линия). Возвращение триггера в исходное состояние приводит к тому, что ключи 4 и 5 уровнем О с единичного его выхода, поступающим на их управляющие входы, устанавливаются в непроводящее состояние, отключая контролируемый объект от выхода источника 1 питания и первого выхода блока 3, а вы30

35

40

45

50

55

сокии потенциал с инверсного выхода тригг ера 20 поступает на вход R счетчика 15, удерживая его в нулевом состоянии. Цикл работы устройства, заканчивается, В счетчике 17 измерительного блока 11 остается записанным число, соответствующее длительности высоответственно на первый, инвертирующий, и второй входы элемента И 27, при этом на его выходе формируется уровень 1 (фиг. 2о, пунктир что приводит к загоранию индикатора 30 Брак. При повторном поступлении команды Пуск по переднему ее фронту происходит обнуление

ходного импульса элемента И 10, которая обратно пропорциональна коэффици- Q триггеров 2 (фиг. 2м) и 22 (фиг. 2д)

енту усиления контролируемого инвертора.

Результат измерения в виде количества импульсов генератора 14 с выхода счетчика 17 поступает на первые входы схемы 19 сравнения, на вторые входы которой поступает код минимального значения коэффициента усиления контролируемого инвертора .с выходов регистра 18. Если число, записанное в счетчике 17, больше записанного в регистре 18, то на выходе схемы 19 сравнения появляется высоки уровень сразу после превышения содержимым счетчика 17 значения, записанного в регистре 18 (фиг. 2к), так ка на вход схемы 19 сравнения постоянно подается уровень 1. Сигнал с выхода схемы 19 сравнения поступает на вход блока 13 индикации и, следовательно, на третий инвертирующий вход элемента И 26 (фиг. 2н, сплошная линия), запрещая формирование сигнала на его выходе, и на вход элемента ИЛИ 28, приводя к загоранию индикатора 30 Брак, что свидетельствует о том, что коэффициент усиления контролируемого инвертора меньше установленной нормы. Если число, записанное в счетчике 17, меньше числа, записанного в регистре 18, то на выходе схемы сравнения 19 остается уровень О фиг. 2к, пунктир) при этом загорается индикатор 29 Годен так как на выходе элемента И 26 после срабатывания триггеров 21 и 22 в блоке 12 управления устанавливается высокий уровень (фиг. 2н, пунктир). Если по какой-либо .причине (например из-за неисправности контролируемого инвертора) на выходе элемента И 10 формируется импульс, то триггер 22 в блоке 12 управления не срабатывает, а после переполнения счетчика 15 в блоке 3 срабатывает триггер 21. Выходные сигналы триггеров 22 и 21 через четвертый и пятый выходы блока 12 управления и второй и третий входы блока 13 индикации поступают

69768

соответственно на первый, инвертирующий, и второй входы элемента И 27, при этом на его выходе формируется уровень 1 (фиг. 2о, пунктир что приводит к загоранию индикатора 30 Брак. При повторном поступлении команды Пуск по переднему ее фронту происходит обнуление

Q триггеров 2 (фиг. 2м) и 22 (фиг. 2д)

5

0

5

0

5

0

5

0

5

в блоке 12 управления, а также счетчика 17 в измерительном блоке 11. Одновременно происходит запись в триггер 20. В дальнейшем цикл работы устройства повторяется.

Формула изобретения

Устройство для контроля коэффициента усиления инверторов, содержащее первый ключ, источник питания, клеммы для подключения входа, выхода и питания контролируемого объекта и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройства и надежности, в него введены второй ключ, блок формирования опорных напряжений, блок формирования линейно изменяющегося напряжения, повторитель, -первый и второй компараторы, элемент И, измерительный блок и блок упраш1ения, причем первый и второй выходы блока формирования опорных напряжений соединены соответственно с первыми входами первого и второго компараторов, вторые входы которых соединеь ы с выходом повторителя, первый выход блока формиродания линейно изменяющегося напряжения соединен через первый ключ с клеммой для подк.люче- ния входа контролируемого объекта, клемма для подключения выхода контролируемого объекта соединена с входом повторителя, выход первого компаратора соединен с первым входом элемента И, второй, инвертирующий, вход которого соединен с выходом второго компаратора, а третий вход - с вторым выходом блока формирования линейно изменяющегося напряжения и первым входом блока управления, второй вход которого соединен с клеммой сигнала Пуск, при этом первый выход блока управления соединен с входом блока формирования линейно изменяющегося напряжения, второй выход - с управляющим входом первого и второго ключей, третий

выход - с первым входом измерительного блока, четвертый выход - с первым входом блока индикации, второй вход которого соединен с выходом.измерительного блока, второй вход которого соединен с выходом элемента И и третьим входом блока управления, третий вход измерительного блока соетьим выходом блока формирования опор ных напряжений, второй вход первого ключа соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого соединен с входом блока формиро вания опорных напряжений, выход первого ключа соединен с клеммой подключения питания, а пядинен с третьим выходом формирователя IQ тьй выход блока управления сое- линейно изменяющегося напряжения, динен с третьим входом блока ин- второй вход которого соединен с тре- дикации.

и

а S

ж и к л

я о

тьим выходом блока формирования опорных напряжений, второй вход первого ключа соединен с первым выходом источника питания, второй выход которого соединен с входом блока формирования опорных напряжений, выход первого ключа соединен с клеммой подключения питания, а

t

±г

t

Фиъ2