Цифровой измеритель времени установления цифроаналоговых преобразователей Советский патент 1988 года по МПК G04F10/04 

еил.31

4 ЬО

сд

со

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для измерения времени установления цифроанаЛоговых преобразователей,

Цапъю изобретен1-ш является повышение точности измерения.

На фиг, 1 представлена структурная схема цифрового измерителя; на фиг.2 стру1стурная схема блока управления; на фиг. 3 - структурная схема блока измерения опорного уровня.

Измеритель содержит генератор 1 запускакицих импульсов, делитель 2 частоты, входную шину 3, преобразова- тель 4 ток - напряжение, блок 5 сравнения, делитель 6 частоты, формирователь 7 импульсов, источник 8 питания, блок 9 сравнения, сумматор 10, счетчик 11 усреднения N измерений, блок 12 измерения опорного уровня, цифроана- логовый преобразователь (ЦДЛ) 13, сумматор 14, блок 15 уровней, генератор 16 счетных импульсов, блок 17 уп- равлени:, триггер 18, элемент И 19, элемент НЕ 20, элементы И 21 - 23, триггер 24, элемент И 25, счетчик 26 импульсов, счетчик 27 пересчета,элемент ИЛИ 28, суммирующий счетчик 29J элемент ИЛИ 30, входные шины 31 и 32.

Выход генератора 1 запускающих импульсов соединен с первыми входами делителей 2, 6 частоты, вторые входы которых соединены между собой и под- ключены к первому выходу блока 17 и :вторым входам счетчиков 26 и 27,Тре- :тий вход делителя 2 соединен.с вторым выходом блока 17, а выход делителя 2 является выходной пшной 31 и через формирователь 7 подключен к первым входам триггера 18 и счетчика :1t, ВЫХОД которого соединен с вторым входом блока 17, третий выход которого подключен к третьему входу блока 12 и входу блока 15, первый выход которого соединен с вторым входом . сумматора 14, выход которого подключен к BTopoiviy входу блока 9, выход которого соединен с вторым входом блока 12, первая группа выходов которого подключена к информационным входам цифроаналогового преобразователя 13, выход которого соединен с первым входом сумматора 14. Выход делителя 6 подключен к первому входу блока 12, второй вход которого подключен к первому входу блока 17, четвертый вход которого соединен с входом управления источника 8, выход которого является выходной шиной 32 измерителя. Выход генератора подключен к первому входу элемента И 22, выход которого соединен с первым входом счетчика 27, выход переноса которого подключен к первому входу счетчика 26.

Входная шина 3 подключена к входу преобразователя 4 ток - напряжение, выход которого соединен с первьми входами блоков 5, 9 сравнения, второй вход последнего из которых подключен к выходу сумматора 10, первый и второй входы KdToporo соединены соответственно с выходом цифроаналогового преобразователя 13 и с вторым выходом блока 15, а выход блока 5 подключен к первому входу элемента И 25, третий вход которого соединен.с выходом элемента НЕ 20, а второй вход подключен к первому выходу триггера 18, второму входу элемента И 19 и второму входу элемента И 21, первый вход которого соединен с выходом генератора 16, а выход подключен к первому входу элемента ИЛИ 28, второй вход которого соединен с выходом элемента И 22, а выход соединен с первым входом суммирующего счетчика 29, выход которого подключен к первому входу триггера 24, выход которого соединен с тpeть им, входом элемента И 22, второй вход которого соединен с вторым входом счетчика 11, вторым входом элемента И 23, пятым выходом блока 17 и вторым входом триггера 18, второй выход которого подключен -к третьему входу элемента И 23, выход которого соединен с вторым входом триггера 24, а выход первого блока 9 подключен к перв ому входу элемента И 19, выход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ 30, второй вход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 30, выход которого соединен с вторым входом суммирующего счетчика 29. Первый вход элемента И 23 и вход элемента НЕ 20 подключены к выходу формирователя 7.

Блок 17 управления (фиг. 2 ) содержит RS-триггер 33, одновибратор 34, RS-триггер 35, одновибратор 36, дифференцирующую цепочку 37, одно- вибратор 38 и RS-триггер 39.

Вход S триггера 33 подключен к входу Пуск блока 17 управления, |а выход соединен: с входом дифференцирующей цепочки 37, выход которой

.является первым выходом блока 17 управления; с входом одновибратора 38, выход которого является вторым выходом блока 17 управления} с четвертым выходом блока 17 управления; с входом одновибратора ЗА.

ВьЕсод одновибратора 34 сбединен с S-входом триггера 35, R-вход которого подключен к первому входу блока 17 управления, а выход триггера 35 является третьим выходом блока 17 управления и соединен с входом одно- вибратора 36, выход которого подключен к S-входу триггера 39, выход ко- торого является пятым выходом блока 17 управления, а R-вход соединен с R-входом триггера 33 и является вторым входом блока 17 управления.

Блок 12 измерения опорного уровня (фиг. 3) содержит одновибратор 40, элемент И 41 и регистр 42.

Первый вход блока 12 измерения опорного уровня соединен с входом одновибратора 40, выход которого подключен к первому входу элемента И 41, второй вход которого соединен с третьим входом блока измерения опорного уровня, а выход элемента И 41 подключен к первому входу регистра 42, второй вход которого соединен с вторым входом блока измерения опорного уровня, информационные выходы регистра являются первой группой информационных выходов блока измерения опорного уровня, а второй выход регистра 42 является вторым выходом блока измерения опорного уровня.

Измеритель работает следующим образом.

Процесс измерения состоит из двух режимов: режима измерения опорного уровня (установившегося значения , уровня сигнала на выходе исследуемого ЦАП); режима измерения времени установления уровня сигнала на выходе исследуемого ЦАП.

Исследуемый цифроаналоговый преобразователь подключается к шинам 31, 32 и шине 3 измерителя. Информа- ционньй вход исследуемого ЦАП подключается к шине 31 измерителя, а шина питания подключается к шине 32, выход ЦАП соединяется с шиной 3 измерителя.

После подключения исследуемого ЦАП к измерителю осуществляется запуск режима измерения опорного уровня путем подачи управляющего сигнала (на

5

5

0

5

0

5

0

5

жатием кнопки Пуск, входящей в состав блока 17 управления). При этом запускается источник 8 питания, подается напряжение на исследуемый ЦАП, и на первом выходе блока 17 управления формируется короткий 1-1мпульс, ко- торьш обнуляет делители 2 и 6, а также счетчики 27 и 26.

По заднему фронту импульса на первом и втором -выходах блока 17 формируется импульс, по которому осуществляется предустановка делителя 2.

Выходные импульсы генератора 1 делятся по частоте в делителях 2 к 6, имеющих равные коэффициенты деления Р. Предварительная установка делителя 2 обеспечивает задержку формирования импульса на выходе делителя 6 относительно импульса на выходе делителя 2.

Величина задержки, необходимой для измерения установившегося значения сигнала на- выходе ксследукмого ЦАП, устанавливается оператором перед началом измерения.

По заднему фронту и шульса по второму выходу на третьем вь1ходе блока 17 формируется импульс, длите ньность которого определяется временем, необходимым для измерения установившегося значения сигнала на выходе исследуе- . мого ЦАП.

На время действия 1-1Мпульса на третьем выходе снимается напряжение с выхода блока 15 и включается блок 12.

На информационньй вход исследуемого ЦАП с шины 31 измерителя поступают импульсы с выхода делителя 2. Выходной сигнал исследуемого Ц/Л поступает через входную шину 3 на преобразователь 4 ток - напряжение.

Выходное напряжение преобразователя 4 пропорционально выходному току исследуемого ЦАП и ограничено с одной, неиспользуемой при измерении времени установления, стороны. Напряжение с выхода преобразователя 4 подается на первый вход блока 9, на второй вход которого через Ci MMaTop 14 поступает выходное напряжение ЦАП 13.

Если уровень напряжения на первом входе блока 9 сравнения превьшает уровень напряжения на его втором входе, то на выходе блока 9 форьмруется выходной импульс.

Блок 9 сравнения, ЦАП 13 и блок 12 измерения опорного уровня ;оставляют -аналого-цифровой преобразователь поразрядного приближения.

Ждущий одновибратор 40 формирует короткий импульс, который поступает через элемент И 41 на регистр 42 поразрядного приближения. Выходной код g регистра поразрядного приближения поступает на информационные входы ЦАП 13 Через второй вход блока измерения опорного уровня на регистр 42 из блока 9 сравнения поступает результат о ср&внения входного сигнала и опорного; уровня. После сравнения всех раз- , т„е. после получения выходного коДа регистра 42, пропорционального уciraHовившемуся уровню сигнала на вы- is ходе исатедуемого ЦАП, регистр 42 Формирует на втором выходе импульс, которьй поступает на первый вход блока: 17 управления. По этому импульсу снимается сигнал с третьего выхода 20 блрка 17 управления и заканчивается рйким измерения опорного уровня, с окончанием которого включается блок 1.5.

По импульсу на первом входе бло- 25 ка 17 управления на его пятом выходе формируется потенциальный уровень напряжения, длительность которого определяет длительность измерения времени установления. При этом зо снимается запрет с второго входа триггера 18, счетчика 11, подаются о иирагацие уровни на вторые входы элементов И 22 и 23.

Выходные импульсы формирователя - ,Jo

7 поступают на первый вход триггера

18 и поочередно устанавливают его в один из двух устойчивых состояний. Выходной импульс с первого вьгхода триггера 18 отпирает элементы И 21 Q и 25. При этом импульсы с выхода генератора 16 через элементы И 21 и ИЛИ 28 поступают на вход суммирующего счетчика 29.

Длительность импульса на выходе g триггера 18 равна периоду повторения импульсов запуска исследуемого ЦАП. Емкость суммирующего счетчика 29 определяется соотношением

М -},

(1)

где tj, - период повторения импульсов

делителя 2 частоты; . t.ц - период следования счетных

импульсов генератора 16. Выходные сигналы исследуемого ЦАП поступают на вход преобразователя и с его выхода подаются на блоки 5 и 9.

Если напряжение на первом входе блока 5 превышает уровень напряжения на. его втором входе, то на выходе блока 5 сравнения формируется импульс. Этот импульс поступает на первьй вход элемента И 25, на второй и третий входы которого поступают импульсы с выходов соответственно триггера 18 и .инвертированный элементом НЕ 20 импульс формирователя 7.

При совпадении импульсов на всех входах элемента И 25, что имеет место синхронно с каждым вторым импульсом запуска на выходе последнего формируется импульс. Длительность импульса на выходе элемента И 25 равна временному интервалу, когда мгновенное значение сигнала превышает уровень отсчета. Сигнал с выхода элемента НЕ 20 запирает элемент И 25 при окончании импульса на выходе исследуемого ЦАП. Импульсы с выхода элемента И 25 через элемент ИЛИ 30 поступа- ют на вход обнуления суммирукндего счетчика 29.

Аналогично в случае, когда мгновенное значение сигнала на первом входе блока 9 сравнения становится меньше уровня отсчета на втором входе, на его выходе формируется импульс, поступающий через элементы И 19 и ИЛИ 30 на вход обнуления суммирующего счетчика 29.

Таким образом, последнее обнуление суммирующего счетчика 29 происходит синхронно с последним входом сигнала исследуемого ЦАП в зону, заданную уровнями отсчета, а прекращение счета суммирующим счетчиком 29 происходит синхронно с началом следующего импульса формирователя 7. При этом колкче- ство импульсов, подсчитанных суммиру- . ющим счетчиком 29, пропорционально временному интервалу между входом выходного сигнала исследуемого ЦАП в зону, заданную уровнями отсчета и следукяцим импульсом формирователя 7, и определяется выражением

т М - m «

t п - t

(2)

де М --г- емкость суммирующего

tc4

М с« счетчика 29; t - время последнего входа сигнала исследуемого ЦАП в зону между уровнями - отсчета;

ц twm период повторения им пульсов делителя 2 частоты;

период следования счетных импульсов генератора 16;

число импульсов, поступивших на вход . счетчика 29.

После этого осуществляется определение измеряемого времени установления исследуемого ЦАП,

Суммирующий счетчик 29 емкостью i М остается незаполненным на количество импульсов т, пропорциональных времени установления исследуемого ЦАП.

После выключения триггера 18 следующий импульс формирователя 7 проходит через отпертый элемент И 23 и переключает триггер 24 в положение, при котором отпирается элемент И 22 и импульсы с выхода генератора 16 через элемент И 22 поступают на счетный вход счетчика пересчета 27, имеющего емкость М, и через элемент ИЖ 28 на счетный вход суммирующего счетчика 29.

После постзшления недостающих до заполнения счетчика 29 т импульсов счетчик 29 формирует и Ь1ульс переноса, который возвращает тр,иггер 24 в исходное состояние.

Поступление счетных импульсов в счетчики 27 и 29 прекращается. При этом nij. импульсов, пропорциональных времени установления, исследуемого ЦАП, оказываются перенесенными в счетчики 27 и 26.

Следующим импульсом формирователя 7 измерение повторяется. Циклы измерения повторяются N раз, т.е. до тех пор, пока на выходе счетчика 11 усреднения N измерений не сформируется импульс, поступающий на второй вход блока 17 управления. Этим импульсом снимается сигнал на пятом выходе блока 17, чем заканчивается этап измерения времени установления.

Формула изобретения

Цифровой -измеритель времени установления цйфроаналоговых. преобразователей, содержащий генератор запускающих импульсов, первый и второй делители частоты, формирователь импульсов, источник питания, первый блок

14205998

сравнения, счетчик усреднения N нэме рений, блок измерения опорного уров

0

5

0

ня, цифроаналоговый преобразовательj первый сумматор, блок уровней, генератор счетных импульсов, блок управления, первый триггер, элемент НЕ, три элемента И,, счетчик ньшульсоВр счетчик пересчета и суммирующий счетчик, выход генератора запускающих импульсов соединен с первыми входаьш первого и второго делителей чг.стотыэ вторые входы которого соединены между собой и подключены к первому вы5 ду блока управления и вторым входам счетчика импульсов и счетчика пересчета, третий вход первого делителя частоты соединен с вторым входом бло- ;ка управления, а выход первого делителя частоты является первой выходной шиной из-мерителя и через формх рова- тель импульсов подключен к первым входам первого триггера и счетчика усреднения N измерений, BbDvcn которого соединен с вторым входом блока управления, первьй выход которого подключен к третьему входу блока измерения опорного уровня и входу бло ка уровней, первьш выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, .выход которого подключен к второму входу первого блока сравнения, выход которого соецкнеи с вторым входом блока измерения опорного уровня, первая группа выходов которого подключена к информационным входам цифроаналогового преобраэо атгля выход которого соединен с первым входом первого сумматора5 выход второго делителя частоть подключен к первому входу блока измерения опорного уровня, второй выход которого подключен к первому входу блока управления, четвертый выход которого соединен с входом управления источника питания, вькод которого является второй выходной шиной измерителя;, выход гене- ратора счетных импульсов подключен к первому входу второго элемента И, выход которого соед1шен с первым входом счетчика пересчета, выход переноса которого подключен к первому входу счетчика импульсов, отличающийся тем, что, с целью .повышения точности измерения, в него допол-

нительно введены преобразователь ток- напряжение, второй блок сравнения,, второй сумматор, четвертый и пятый элементы И, второй триггер, пятьш

5

0

9

0

элемент И, первый и второй элементы ИЛИ, причем входная шине подключена К входу преобразователя ток - напряжение, выход которого соединен с первыми входами первого и второго блоков сравнения, второй вход последнего из которых подключен к выходу второго сумматора, первый и второй входы которого соединены соответственно 4 выходом цифроаналогового преобра- ователя и вторым выходом блока уровней, а; выход второго блока сравнения подключен к первому входу пятого Элемента И, третий вход которого сое- Динен с выходом элемента НЕ, а вто- Йой вход подключен к первому выходу riepBoro триггера и второму входу четвертого элемента И и к второму входу т|ретьего элемента И, первый вход ко- Иорого соединен с выходом генератора 4eTHkx импульсов, а выход подключен к первому -входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, а выход

соединен с первым входом суммирующего счетчика, выход которого подключен к первому входу второго триггера, выход -которого соединен с третьим входом второго элемента И, второй вход которого соединен с вторьи входом счетчика усреднения N измерений, вторым входом первого элемента

И, пятым выходом блока управления и вторым входом первого триггера,второй выход которого подключен к третьему входу первого элемента И, выход которого соединен с вторым входом второго триггера, а выход первого блока сравнения подключен к первому входу четвертого элемента И, выход которого соединен с первьт входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к второму входу второго элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом суммирующего счетчика, а первый вход первого элемента И и вход элемента НЕ подключены

к выходу формирователя импульсов.

Изобретение относится к импульсной технике и служит для повьшения точности измерения. Измеритель содержит генератор 1 запускающих импуль- сов, делители 2 и 6 частоты, блок 5 сравнения, формирователь 7 импуЛь- сов, источник 8 питания, сумматор 10, счетчик 11 усреднения- N измерений, блок 12 измерения опорного уровня, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, блок 15 уровней, генератор 16 счетных импульсов, блок 17 управления, триггер 18, злементы И 19, 21 и 22, элемент НЕ 20 и счетчики 26, 27 и 29 импульсов, пересчета и сумми- рукяций,. Для достижения поставленной цели в устройство введены блок 9 сравнений, сумматор 14, злементы И 23 и 25, триггер 24 и злементы ШШ 28 и 30, а также образованы новые функциональные связи. Измеритель имеет возможность работать в двух- режимах: режиме измерения опорного уровня (установившегося значения уровня сигнала на выходе исследуемого ЦАП) и режиме измерения времени установления уровня сигнала на выходе исследуемого ЦАП. 3 ил. (/)

АлГ.5

е.2

Bxodi

40

л В ход 5

фив.д

У вход 2

f

2

Вых.1

™

Вых.