Генератор линейноизменяющегося напряжения Советский патент 1988 года по МПК H03K4/06 H03K4/02 

g/Tyr/ft /7

Начальный код

8

II

W

0

BbfMd

2Z

со oo

4 00

t14

Изобретение относится к импульсной технике и может найти применение в устройствах тестирования и измере- ния параметров полупроводниковых структур.

Цель изобретения - повьппение точности формирования линейно нарастающего напряжения за счет увеличения количества разрядов квантования и автоматической установки цены деления младших разрядов в соответствии с ценой деления старших разрядов.

На фиг.1 показана структурная схе

ния преобразователя 9, выход которого связан с первым входом компаратора 14 и одним из входов суммирующего усилителя 13, другой вход которого подключен к выходу преобразователя код-напряжение 10.

Шина 19 установки начального кода подключена к входам реверсивного счетчика 8, а тактовый вход счетчика 12 подключен к шине 20 высокой частоты f). Второй вход компаратора 14 соединен с шиной 21 напряжения ступени. Выход суммирующего усилителя 13 сое

Изобретение может быть использовано в устройствах тестирования и измерения параметров полупроводниковых структур. Генератор линейно изменяющегося напряжения содержит регистр 4 кода наклона, элемент И 3. счетчик 12 импульсов, реверсивные счетчики 7, 8 импульсов, преобразователи 9-11 код-напряжение, логический блок 6, шину 15 Знак, суь;- усилитель 13, кo fflapaтop 14, триггеры 1,2, таймер 5, шину 16 Такт шину 17 Запуск. Генератор линейно изменяющегося ргапряжения имеет повышенную точность формирования линейно изменяющегося напряжения за счет увеличения количества разрядов квантования и автоматической установки цены деления младших разрядов в соответствии с ценой деления старших разрядов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил. to

: ма предлагаемого устройства; на фиг.2-5 динен с выходной шиной 22.

20

35

i функциональная схема блока логики; на фиг.З - функциональная схема таймера.

Устройство содержит первый и второй триггеры 1 и 2, элемент И 3, регистр 4 кода наклона, таймер 5, логический блок 6, первый и второй реверсивные счетчики 7 и 8 импульсов, первый, второй и третий преобразователи 9, 10 и 11 код-напряжение, счет-25 чик 12 импульсов, суммирующий усилитель 13 и компаратор 14. Шина 15 Знак подключена к входам направления счета реверсивных счетяиков 7 и 8, а также к первому входу блока 6. о Шина 16 Такт подключена к первому входу элемента ИЗ, выход которого соединен с тактовыми входами таймера 5 и реверсивного счетчика 7. Шина 17 Запуск подключена к первому входу триггера 2, входу предустановки таймера 5 и второму входу блока 6. Выходы триггера 1 подключены соответственно к второму входу элемента И 3 и входам управления счетчика 12 и компа-, ратора 14. Выход триггера 2 связан с входом сброса счетчика 12. Выход регистра 4 связан с информационными входами реверсивного счетчика 7 и таймера 5, выход которого подключен к тактовому входу реверсивного счетчика 8 и третьему входу блока 6, четвертый вход которого соединен с первым входом триггера I и выходом компаратора 4. Вторые входы триггеров 1 и 2 соединены с шиной 18 Стоп. Первый и второй выходы блока 6 логики подключены соответственно к входам сброса и параллельной записи реверсивного счетчика 7, выходы счетчиков 7, 8 и 12 подключены соответственно к входам преобразователей 9 - 11, причем выход преобразователя 11 подключен к входу опорного напряжеЮ

ts

50

55

Блок 6 (фиг.2) состоит и ра 23, первого и второго эл ИЛИ 24 и 25, первого и втор ментов И 26 и 27. Первый вх та И 26 связан с входом инв и является первым входом бл ход элемента И 26 является выходом блока 6. Один из вх мента ИЛИ 25 является вторы блока 6, а его выход - втор блока 6. Вторые входы элеме 25 и И 26 подключены соотве к выходам элементов И 27 и первые входы которых соедин ляются третьим входом блока вход элемента ИЛИ 24 являет тым входом блока 6, а выход тора 23 подключен к второму элемента И 26.

Таймер 5 (фиг.З) содержи 28 импульсов в режиме обрат та и элемент ИЛИ 29. Тактов счетчика 28 является тактов таймера 5, вход управления ной записью счетчика 28 под выходу элемента ИЛИ 29, оди дов которого является входо тановки таймера 5, а другой динен с выходом переноса сч являющегося одновременно вы мера 5. Информационные вход ка 28 являются информационн ми таймера 5.

Устройство работает след разом.

В исходном состоянии три 2 находятся в нулевом состо элемент И 3 закрыт. В регис дится код требуемой скорост го напряжения в двоичном ко реверсивный счетчик 8 по ши ления начального кода - нач код. При этом на выходе уст через преобразователь 10 ус

5 динен с выходной шиной 22.

0

5

5 о

s

0

5

Блок 6 (фиг.2) состоит из инвертора 23, первого и второго элементов ИЛИ 24 и 25, первого и второго элементов И 26 и 27. Первый вход элемента И 26 связан с входом инвертора 23 и является первым входом блока 6..Выход элемента И 26 является первым выходом блока 6. Один из входов элемента ИЛИ 25 является вторым входом блока 6, а его выход - вторым выходом блока 6. Вторые входы элементов ИЛИ 25 и И 26 подключены соответственно к выходам элементов И 27 и ИЛИ 24, первые входы которых соединены и являются третьим входом блока 6, второй вход элемента ИЛИ 24 является четвертым входом блока 6, а выход инвертора 23 подключен к второму входу элемента И 26.

Таймер 5 (фиг.З) содержит счетчик 28 импульсов в режиме обратного счета и элемент ИЛИ 29. Тактовый вход счетчика 28 является тактовым входом таймера 5, вход управления параллельной записью счетчика 28 подключен к выходу элемента ИЛИ 29, один из входов которого является входом предустановки таймера 5, а другой вход соединен с выходом переноса счетчика 28, являющегося одновременно выходом таймера 5. Информационные входы счетчика 28 являются информационными входами таймера 5.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии триггеры 1 и 2 находятся в нулевом состоянии и элемент И 3 закрыт. В регистр 4 вводится код требуемой скорости линейного напряжения в двоичном коде, а в реверсивный счетчик 8 по шине управления начального кода - начальный код. При этом на выходе устройства через преобразователь 10 устанавлива

ется стартовое напряжение, с которого будет начато формирование линейного напряжения.

Управляющим потенциалом на шине 15 на первом входе блока 6 и входах направления счета реверсивных счетчиков 7 и 8 задается направление изменения выходного напряжения (нарастание или спад), пусть для определенности единичному потенциалу соответствует прямой счет и соответственно нарастание выходного напряжения.

При поступлении импульса по шине 17 запуска код наклона NX вводится в таймер 5, цикл работы которого ; предопределяет величину наклона ли- нейного напряжения, формируемого преобразователем 10 код-напряжение,достаточно большимми фиксированными сту- .пенями (например UCT Ю мВ), наклон

при этом определяется как oi

1%. NX

I Кроме того, тем же и 1пульсом запуска с второго выхода блока 6 код наклона вводится в реверсивньш счетчик 7, одновременно с выхода триггера 2 подается потенциал, разблокирующий счетчик 12, который начинает за

полняться высокой частотой f, посту пшощей на его счетный вход с шины 20 По мере нарастания кода в счетчике 12 через преобразователь II начинает нарастать опорное напряжение на входе опорного напряжения преобразователя 9 и поскольку на его входе присутствует код наклона со счетчика 7, соответственно начинает возрастать выходное напряжение на выходе, которое поступает на компаратор 14. В качестве напряжения сравнения в компарторе 14 используется постоянное напряжение на шине 21, равное по величине ступени и, преобразователя 10. Как только напряжение на выходе преобразователя 9 достигает значения U,, срабатьшает компаратор 14 и импульс с его выхода поступает на четвертый вход блока 6 и опрокидывает триггер 1, потенциал с выхода которого запрещает дальнейшую работу счетчика 12 и компаратора 14 и открывает элемент И 3. На этом первый этап работы устройства (этап подстройки) заканчивается о В результате достигается следующее: при всех значениях кода наклона, поступление на вход счетчика 7 некоторого количества импульсов фиксированной тактовой частоты f,

0

0

5

0 усилителя

численно равного значению кода наклона, создаст приращение выходного напряжения преобразователя 9,. равное одной ступени напряжения преобразователя 10.

Далее начинается собственно формирование линейного напряжения. Импульсы тактовой частоты f. поступают на входы таймера 5 и реверсивного счетчика 7. По мере заполнения счетчика 7 напряжения на выходе преобразователя 9 линейно нарастает и соответственно возрастает напряжение на выходе суммирующего усилителя 13. Как только в таймер 5 поступит количество импульсовj равное значению кода наклона, импульсы с его выхода через третий вход блока 6 логики поступают с его первого выхода на вход сброса счетчика 7 (ранее мы для конкретности предположили, что на шине 15 Знак управляющий потенциал соответствует нарастанию напряжения) и

5 на счетный вход счетчика 8. Соответственно на выходе преобразователя 10 напряжение на ступень возрастает, на выходе преобразователя 8 спадает до нуля, но на выходе суммирующего 13 разрьша не происходит, так как на этапе подстройки автоматически было подобрано такое опорное напряжение преобразователя 8, при котором коду наклона соответствует

5 выходное напряжение преобразователя 9, в точности равное напряжению сту

усилителя

пени UCT преобразователя 10. Далее описанный цикл повторяется многократно до поступления сигнала по шине Стоп. При этом сбрасываются триггеры 1 и 2, закрывается элемент И 2, снимается блокировка компаратора 14 и счетчика 12 и последний сбрасывается уровнем с выхода триггера 2. Устройство готово к следующему запуску.

При формировании спадающего линейного напряжения управляющим потенциалом по шине 15 Знак, счетчики 7 и 8 устанавливаются в направлении обратного счета, а блок 6 логики - в состояние, при котором сигнал с выхода таймера 3 через третий вход блока логики поступает на его второй выход и далее на вход параллельной

записи счетчика 7, обеспечивающий начало обратного счета от значения кода наклона.

Блок 6 логики (фиг.2) представля-. ет собой комбинационную логическую

схему и работает. следуюв(им образом. Управляющий потенциал по шине 15 Знак поступает на первый вход блока 6 (пусть как и ранее единице соответствует нарастание напряжения), при этом открыты элемент И 26 и закрыт элемент И 27. Сигнал Запуск, поступающий на второй вход блока 6, имеет приоритет и через элемент ИЛИ ;25 проходит на второй выход блока 6 ;и далее обеспечивает занесение кода ;наклона в реверсивный счетчик 7 в ;начале цикла. Импульс с выхода тай- ;мера 5 поступает на третий вход бло- ка бив зависимости от состояния ;шинь 15 Знак 5 проходит на первый ;или на второй выходы блока 6. Сигнал |с выхода компараторв 14, поступаю- :щий на чертвертьш вход блока 6, че- :рез элемент ИЛИ 24 и И 26 поступает :на первый выход блока 6, обеспечива- ;ет сброс счетчика 7 после окончания .этапа подстройки.

Таймер 5 (фиг.З) представляет собой счетчик 28, постоянно работающий в режиме обратного счета.

При поступлении сигнала Запуск на вход предустановки таймера 5, код с регистра 4 кода наклона через элемент ИЛИ 29 записывается в счетчик 28. При поступлении тактовых импуль- iCOB код в счетчике 28 изменяется и |при достижении нулевого состояния вырабатывается сигнал переноса, посту- паюидай на выход таймера 5 и одновременно перезаписывающий через элемент ИЛИ 29 код из регистра 4. Следовательно, выходной сигнал таймера 5 вы рабатыается через число тактовых импульсов, равное коду наклона.

Таким образом, в отличие от известного устройства требующего для формирования линейного напряжения заданного наклона с малой величиной ступени и большой амплитудой многоразрядного преобразователя код-напряжение, в предлагаемом устройстве за счет введения узла подстройки (счетчик 12, первый, второй и третий преобразователи 9, 10 и 11 код-напряжение, компаратор 14) и суммирующего усилителя 13 обеспечивается возможность при задании наклона в цифровой форме получать линейное напряжение с заданной ступенчатостью и произвольной амплитуды.

Это обусловлено тем, что максимал ная амплитуда линейного напряжения

определяется преобразователем 10 код- напряжение и может достигать 10 В при использовании, например, стандартной микросхемы К572Па1 (10-разрядный преобразователь код-напряжение), а степень ступенчатости (величина элементарной ступени UQ) определяется узлом подстройки, равна Uj, UCT/NX и

при соответствующем выборе таблицы кодов NX всегда меньше заданного предела.

Тем самым обеспечивается высокая точность формирования линейно изме5 няюп(егося напряжения в широком динамическом диапазоне.

Формула изобретения

Q 1. Генератор линейно изменяющегося напряжения, содержащий регистр ко-, да наклона, логический блок, элемент И, счетчик импульсов и первый реверсивный счетчик импульсов, выходы ко5 торого поразрядно подключены к входам первого преобразователя код-напряже- .ние, а входы сброса и параллельной записи соединены соответственно с первым и вторым выходами логического бло0 ка, первый вход которого соединен с пшной Знак отличающийся тем, что, с целью повышения точности формирования линейно-нарастающего напряжения, в него введены второй и третий преобразователи код-напряжехше, суммирующий усилитель, компаратор, первый и второй триггеры, таймер и второй реверсивный счетчик, причем первый вход элемента И подключен к

Q шине тактовых импульсов, второй вход соединен с выходом первого триггера, а выход подключен к тактовым входам таймера и первого реверсивного счетчика, направления счета котород го соединен с входом направления счета второго реверсивного счетчика и шиной Знак, выход регистра кода наклона связан с информационными входами первого реверсивного счетчика и

Q таймера, вход предустановки которого соединен с вторым входом логического блока, первым входом второго триггера и гаиной запуска устройства, а выход таймера подключен к тактовому входу

g второго реверсивного счетчика и третьему входу логического блока, четвертый вход которого соединен с первьщ входом первого триггера и выходом компаратора, первый вход которого

подключен к вькоду первого преобразователя код-напряжение и первому входу суммирующего усилителя, выход которого соединен с выходной шиной, а второй вход суммирующего усилителя подключен к выходу второго преобразователя код-напряжение, вход которого соединен с выходом второго реверсивного счетчика, а выход счет- чика импульсов соединен с входом третьего преобразователя код-напряжение, выход которого подключен к входу опорного напряжения первого преобразователя код-напряжение, при этом тактовый вход счетчика импульсов связан с шиной импульсов высокой частоты, а второй вход первого триггера подключен к шине Стоп и второму входу второго триггера, выход которо- го подключен к входу сброса счетчика импульсов, а второй выход первого триггера подключен к управляющим входам счетчика импульсов и компаратора, второй вход которого соединен с ши- ной напряжения ступени.

фа.г.2

сриг.З