Устройство для измерения времени установления цифроаналогового преобразователя Советский патент 1988 года по МПК H03M1/66 

Изобретение относится к автома - тике и измерительной технике и предназначено для измерения времени установления цифроаналоговых преобра- зователей.

Цель изобретения - повьшение надежности, точности и быстродейстВИЯ.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 - структурная схема формирователя порогового напряжения; на фиг.З - структурная схема блока управления; на фиг.4 - временные диаграммы, иллюст- рирующие работу блока управления уст ройством.

Устройство (фиг.1) для измерения времени установления цифроаналогово- го преобразователя содержит блок 1 управления, регистры 2 и 3, коммутатор 4, формирователь 5 порогового напряжения, цифроаналоговый .преобразователь 6, сумматор 7, ключ 8, ин тегратор 9, компараторы 10 и 11, генератор 12 пилообразного напряжени третий компаратор 13, формирователь 14 короткого импульса, элементы 15 и 16 задержки, счетчики 17 и 18, элемент И 19, компаратор 20 кодов, эле- мент ЗАПРЕТ 21, триггеры 22 и 23, измеритель 24 временных: интервалов и контролируемый цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 25.Формирователь 5 порогового напря- жения (фиг.2) выполнен на двух счет- чиках 26 и 27 и цифроаналоговом преобразователе 28. Блок 1 управления (фиг.З) выполнен на генераторе 29 импульсов, делителе 30 частоты, триг- гере 31, формирователе 32 короткого импульса и элементе И 33.

Устройство (фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состоянии к входам контролируемого ЦАП 25 через коммутатор 4 подключен код регистра 2. Предварительно в регистры 2 и 3 заносятся конечный N и начальный N,, коды соответственно. Выходной сиг}1ал ЦАП 6 поступает на вьиитающий вход сумматора 7, компенсируя установившийся сигнал ЦАП 25. В исходном состоянии сигналом с первого выхода блока 1 управления замкнут ключ 8 и нескомпенсированный остаток сигнала ЦАП 25 компенсируется с помоицэЮ интегратора 9. В момент начала измер е- ния сигналом блока 1 управления Kjno4

8 размыкается, интегратор 9 переводится в режим хранения, а коротким импульсом с второго выхода блока управления обнуляются счетчики 17 и 18 триггер 22, а формирователь 5 устанавливается в состояние максимального порогового уровня. В режиме измерения на третьем выходе блока управления периодически формируются им- пуль сы, подключающие через коммутатор 4 к входам ЦАП 25 начальный код N, регистра 3. Длительность этих импульсов, определяет время подключения начального кода и выбирается в соответствии с техническими условиями на измерение времени установления конкретного типа ЦАП, а период их следования выбирается больше ожидаемого времени установления. По окончании импульса на третьем выходе блока 1 управления на входах контролируемого ПАП происходит смена кодов

N.

N., начинается контролируемый

переходной процесс. Одновременно запускается генератор 12 пилообразного напряжения, выходной сигнал которого сравнивается компаратором 13с- максимальным сигналом формирователя 5. Напряжение генератора 12 достигает порогового напряжения через максимальное время после переключения ЦАП 25. При этом срабатьшает компаратор 13 и на выходе-формирователя 14 формируете короткий строб-импульс. Времй первоначальной задержки строб- импульса выбирается исходя из максимального измеряемого времени установления, поэтому выходной сигнал ЦАП 25 в момент стробирования компараторов 10 и 11 находится в зоне, ограниченной опорными уровнями компараторов 10 и 11. Компараторы 10 и И фиксируются в единичном состоянии, а генератор 12 пилообразного напряжения обнуляется. Строб-импульс через элемент 15 задержки поступает на счетный вход счетчика 18 и через открытый элемент И 19 - на счетный вход счетчика 17. Переключение ЦАП 25 и стробирование компараторов 10 и 11 осуществляется периодически с частотой следования импульсов на третьем выходе блока 1 управления, управляющих коммутатором 4 и запускающих генератор 12 пилообразного напряжения. Количество измерений подсчитьшается счетчиком J8, а число попаданий сигнала ЦАП в заданную зону - счетчиком 1 7 .

К измерений при неизменном положении строб-импульса определяется ем- ,костью счетчика 18, импульс переполнения которого разрешает компаратору 20 кодов осуществить сравнение кодов счетчика 17 с эталонным кодом N. Величина Nдт может быть, как и в известном устройстве,выбрана, например, из соотношения N 0,5 К, В случае, если код счетчика 17 больше или равен коду Ng, импульс с первого выхода компаратора 20 кодов через элемент ЗАПРЕТ 2 поступает на первый вход- формирователя 5 порого- вого напряжения, вызывая уменьшение его нап ряжения на величину 2 h, где h - величина кванта НЛП 25, Импульс переполнения счетчика 18 через элемент 16 задержки обнуляет счетчик 17, а измерение продолжается при новом положении строб-импульса, который сдвинут относительно начального положения к началу переходного процесса на интервал t, 2 h/S, где S - крутизна пилообразного напржения генератора 12. Сдвиг строб-импульса влево по временной оси продолжается до тех пор, пока задержка строб-импульса относительно начала переходного процесса не станет меньше измеряемого времени установления.

В этом случае один из компараторов 10,11 будет фиксироваться в нулевом состоянии и строб-импульс не будет поступать на «ход счетчика 17 или поступать с частотой, меньшей чем расчетная, определяемая соотношением N

-ЭТ

И К. После К измерений

в результате сравнения кода счетчика 17, меньшего N, компаратор 20 формирует импульс на втором выходе, ко- торый устанавливает в единичное состояние триггер 22 и поступает на тре тий вход формирователя 5, выходной сигнал которого увеличивается на величину h, что вызьшает сдвиг строб импульса вправо по В1)еменной оси на интервал At h/S. Сдвиг строб- импульса к концу переходного процесса после К измерений продолжается до вхождения сигнала ЦАП 25 в заданную зону, когда компараторы 10 и 11 снова начинают фиксироваться в единичном состоянии. Код счетчика 17 после К измерений снова будет превышать Ng, но результат сравнения с первого выхода компаратора 20 кодов

5 0

0

5

5

0

0

5

не вызывает изменения состояния фор- мировател5 5, так как элемент ЗАПРЕТ заблокирован С 1гналом триггера 22. Положение .строб-импульса в дальнейшем остается неизменным. Триггер 23 устанавливается в единичное состояние в момент начала переходного процесса, а обнуляется строб-импульсом. На выходе триггера 23 периодически формируется импульс, длительность которого равна времени установления 1ЬШ 25 и измеряется с помощью измерителя 2Д временных интервалов.

Таким образом, строб-импульс сдвигается к конечному положению на временной оси с /дискретностью At,, что повышает скорость измерения. После грубой оценки времени установления с дискретностью t, измеряемый интервал уточняется путем сдвига строб- импульса в обратном направлении с дискретностью иt,обеспечивая тре-у буемую точность. Сокращение времени измерения выше, чем вьш1е соотношение A i/itj. В случае монотонного переходного процесса ограничений на величину /,tj нет. В случае колебательного - интервал Лt. не должен превышать длительности последнего выхода переходного процесса ЦАП 25 i из заданной зоны, иначе этот выброс может быть не зафиксирован (если он попадет между соседними положениями строб-импульса) и измеряемое время установления будет занижено

Измеритель 24 временных, интервалов может быть реализован на основе измерителя, содержащего последова- ; тельно соединенные преобразователь средних значений на операционном усилителе, следящий АЦП и устройство индикации.

Формирователь 5 порогового напряжения работает след пощим образом. В начальном состоянир при обнулении счетчиков 26 и 27 на выходе ЦАП 28 устанавл1-шается максимальный уровень, так как на его старшие разряды поступают уровни логических единиц с ив- версных выходов счетчика 26. При поступлении импульса на вход счетчика 26 напряжение на выходе ЦАП 28 „ 1Н( ,

уменьшается на величину 2 п, где (п+1) - номер разряда ЦАП 28, подключенного к младшему разряду счетчика 26,- При поступлении импульса

5

на вход счетчика 27 напряжение 1Ш1 28 увеличивается на величину h.

Блок управления работает следую- рим образом. Генератор 29 вырабатывает импульсы, длительность Т которых равна максимальному времени установления контролируемого ЦАП Г (фиг . 4а). Период следования импульсов ;равен 2Т. Период следования импульсов на выходе делителя 30 частоты р |вен 2Т т (фиг.46), где m - коэффици |ёнт деления делителя 30. Интервал 2т.га (фиг.4в) на первом выходе блока управления (прямой выход триггера 31) определяет время коррекции и время измерения между коррекциями. При переключении триггера 31 на втором вы ходе блока I (фиг.4д) появляется установочный импульс формирователя 32 JKopoTKoro импульса, а на третьем I выходе формируются импульсы управ- |ления, поступающие с выхода генерат |ра 29 через элемент И 33 (фиг.4г). iВеличина m делителя 30 определяется из максимального времени измерения. I Например, при измерении t. в диапа I зоне 10-20 МКС период импульсов ге- Iнератора 29 равен 2Т 40.мкс. Если I например, b.t, Ь 500 не и ivt - 1 50 НС, то при tucT 10 МКС строб- I импульс сдвигается из положения I 20 МКС до положения 10 мкс за 10 мк ;/0,5 мкс 20 циклов. Число циклов сдвига строб-импульсов вправо на ut не более At, /lit 500 нс/50 не 10, Максимально число циклов сдви

N,

t(j -

Ц utT

+

itj

20 + 10 30..

Если число усреднений в каждом цикле К 100, то число тактов изме- jpeния N Кц К 3000. Время измере- imn 2TN 120 мс, а коэффи-- циент деления делителя

m 21

NT- 3000.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения времени установления цифроаналогового преобразователя, содержащее первый и

50 напряжения, третий вход которого объединен с вторьп-1 входом второго триггера и подключен к первому выходу компаратора кодов, второй выход которого соединен с вторым входом эле- второй счетчики, измеритель временных gg мента ЗАПРЕТ, вторые информационные интервалов, коммутатор, выходь кото- входы компаратора кодов являются вход- рого являются выходной тиной, а вход ной шиной эталонного кода, а его управления соединен с первым выходом вход управления объединен с вторым блока управления, второй выход кото- входом первого элемента задержки и

рого соединен с управляющим входом ключа, выход которого через интегратор подключен к первому входу сумма- , тора, второй вход которого является входной информационной тиной, а выход соединен с информационными входами ключа, первого и второго компараторов, вход стробирования первого

компаратора объединен с одноименным входом второго компаратора, с входом обнуления генератора пилообразного напряжения, первым входом первого триггера и подключен к выходу формирователя строб-импульса, вход которого соединен с вькодом третьего компаратора, первый и второй входы кото- рого соединены с выходами соответственно генератора пилообразного напряжения и формирователя порогового напряжения, первый вход которого подключен к выходу элемента ЗАПРЕТ, первый вход которого соединен с выходом второго триггера, первый вход которого подключен к третьему выходу блока управления, вход измерителя временных интервалов соединен с выходом первого триггера, второй вход которого объединен с входом запуска генератора пилообразного напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, точности и быстродействия, в него введены первый и второй регистры, цифроаналоговый преобразователь, компаратор кодов, два элемента задержки и элемент И, первый и второй входы которого соединены с выходами соответственно первого и второго компараторов, а

выход подключен к счетному входу первого счетчику, выходы которого соединены с соответствующими первыми информационными входами компаратора кодов, вход обнуления соединен с

выходом первого элемента задержки, первый вход которого объединен с первым входом второго триггера, входом обнуления второго счетчика и вторым входом формирователя порогового

напряжения, третий вход которого объединен с вторьп-1 входом второго триггера и подключен к первому выходу компаратора кодов, второй выход коподклю 1ен к выходу второго счетчика, счетный вход которого объединен с третьим входом элемента И и через второй элемет задержки подключен к выходу формирователя строб-импульса, выход цифроаналогового преобразователя соединен с третьим входом сумматора, а его входы объединены с сооткоторого подключены к прямым вьгходам второго счетчика, вход обиуления первого счетчика объединен с входом обнуления второго счетчика и является входом формирователя порогового напряжения, счетные входы первого и второго счетчиков являются соответственно первым и третьим входами .

Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей. Цель изобретения - повышение надёжности, точности и быстродействия. Устройство для измерения времени установления цифроаналоговых преобразователей содержит блок 1 управления, регистры 2,3 коммутатор 4,формирователь 5 порогового напряжения, цифроаналоговый преобразователь 6 и сумматор 7, ключ 8, интегратор 9, компараторы 10, 1-1, генератор 12 пилообразного напряжения, третий компаратор 13, формирователь 1Д строб-импульса, элементы задержки 15, 16, счетчики 17,18, элемент И 19, компаратор 20 кодов, элемент ЗАПРЕТ 21, триггеры 22,23, измеритель 24 временных интервалов и контролируе - мый цифроаналоговый преобразойатель 25. Формирователь 5 порогового напряжения выполнен на двух счетчиках и цифроаналоговом преобразователе. Блок 1 управления выполнен на генераторе импульсов, делителе частоты, триггере, формирователе короткого импульса и элементе И. Введение элементов задержки 15,16 и элемента И 19 позволило повысить надежность результатов измерения, повышение точности достигнуто за счет введения цифроаналогового преобразователя 6, а введение компаратора 20 кодов и применение двухступенчатого (грубого и точного) процесса измерения позволили повысить быстродействие устройства. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. ii 3l (О 4i 00 to ч О)

ветствующими первыми входами коммута- 10 формирователя порогового напряжения, тора и подключены к соответствующим выходам первого регистра, вьтходы второго регистра соединены с соответствующими вторыми входами коммутатора, вход запуска генератора пилообраз- 15 кого напряжения подключен к первому выходу блока управления,

образователя, входы с п-гр по первый

формирователя порогового напряжения,

Ф(л.г

J/

Z9

ППППППППППППЛП

b

ПППП

бб/Х.2

3/

32

dbfx.2

ЛЗ

дб/X.J

-

.J

ППЛПП