Устройство для контроля передаточной характеристики КМОП-инвертора Советский патент 1989 года по МПК G01R31/28 G04D7/00 

Изобретениеотносится к средствам контроля электронных узлов приборов времени, а именно к средствам контроля передаточной характеристики КМОП-инвертора, используемого в качестве активного элемента кварцевого генератора кварцевых часов, и может быть использовано в часовой промьш- ленности.

Цель изобретения - повышение быстродействия за счет формирования линейно изменяющегося стимулирующего воз- дейС1 вия в диапазоне активного участка передаточной характеристики.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы.

Устройство содержит источник 1 питания, формирователь 2 опорных напряжений, формирователь 3 линейно изменяющегося напряжения, сумматор 4,

ключи 5 и 6, контактный блок 7, повторитель 8, дифференциатор 9, детектор 10 уровня, измерительный блок 11, второй детектор 12 уровня, блок 13 выборки и хранения, блок 14 управ- ления, блок 15 индикации, клемму 16 . сигнала Пуск, причем первый выход, источника 1 питания соединен с входом формирователя 2 опорных напряжений, второй вход - с входом ключа 5, выход которого соединен с входом контактного блока 7, другой вход последнего соединен с выходом ключа 6, выход контактного блока 7 соединен с входом повторителя 8, выход которого соединен с входами дифференциатора 9 и блока 13 выборки и хранения, выход дифференциатора 9 соединен с первым входом детектора 10 уровня, вто-; рой вход которого соединен с первым выходом формирователя 2 опорных наtg

ю

(еткЬ

10

20

25

31522131

ряжений, первьй вход блока 14 управения соединен с клеммой 16 сигнала Пуск, третий вход - с выходом детектора 12 уровня, второй вход - с выходом детектора 10 уровня и первым входом измерительного блока 11, первый выход блока 14 управления соединен с управляюрщм входом ключа 5, второй выход - с входом формироватея 3 линейно изменяющегося напряжения , управляющим входом ключа 6 и третьим входом измерительного блока 11, третий выход - с вторым входом измерительного блока 11, четвертьп и пятый выходы - соответственно с вторым и третьим входами блока 15 индикации, шестой выход - с управляющим входом блока 13 выборки и хранения, второй выход формирователя 2 опорных напряжений соединен с первым входом второго детектора 12 уровня, второй вход которого соединен с выходом формирователя 3 линейно изменяющегося напряжения и первым входом . . сумматора 4, третий выход формирователя 2 опорных 11апряжений соединен с вторым входом сумматора 4, третий вход.которого соединен с выходом блока 13 выборки и хранения, выход сумматора 4 соединен с входом ключа 6, выход измерительного блока 11 соединен с первым входом блока 15 индикации.

Формирователь 3 линейно изменяющегося напряжения вьшолнен на основе ин- 35 тегратора.

Измерительный блок 11 содержит триггеры 17 и 18, причем вход С триггера 17 является первым входом блока, входы R триггеров 17 и 18 объединены и являются вторым входом блока, входы I и К триггера 17 объединены с, входом D триггера 18 и являются третьим входом блока, единичньп выход триггера 17 соединен с входом С триггера 18, единичный вькод которого является выходом блока.

Блок 14 управления образуют триггер 19, одновибратор 20, формирова- тель 21 сигнала начальной установки, элемент ИЛИ 22, триггер 23, элемент И 24, триггер 25, элементы И 26 и 27 и триггеры 28 и 29, причем вход S триггера 19 соединен с входом одно- вибратора 20, входом элемента .1ШИ 22 55 и является первым входом блока, первый вход R триггера 19 соединен с первым входом R триггера 23, первы30

40

45

50

в

0

0

5

5

55

0

40

45

50

ми входами злементой И 26 и 27 и является вторым входом блока, единичный выход триггера 19 является первым выходом блока, выход фop fflpoвa- теля 21 сигнала начальной установки соединен с вторым входом R триггера 19 и с вторым входом элемента ИЛИ 22, выход которого соединен с вторым входом R триггера 23, входами R триггеров 25, 28 и 29 и является третьим выходом блока, выход одновибратора 20 соединен с входом С триггера 23 и является шестым выходом блока, единичный выход триггера 23 соединен с первым входом элемента И 24 и является вторым выходом блока, второй вход элемента И 24 является третьим входом блока, выход элемента И 24 соединен с входом S триггера 25, прямой и инверсный выходы которого соединены с вторыми входами элементов И 26 и 27 соответственно, выходы последних соответственно соединены с входами S триггеров 28 и 29, единичные выходы, которых, в свою очередь, соответственно являются четвертым и пятым выходами блока,,

Блок 15 индикации содержит элементы И 30 и 31 и индикаторы 32 - 34, причем инвертирующий вход элемента И 30 соединен с первым входом- элемента И 31 и является пер- вым входом блока, вторые входы элементов И 30 и 31 объединены и являются вторым входом блока, выходы элементов И 30 и 31 соединены соответственно с входами индикаторов 32 и 33, а вход индикатора 34 является третьим входом блока.

При включении питания на выходе формирователя 21 сигнала начальной установки формируется импульс, поступающий на второй вход R триггера 19 и через элемент ИЛИ 22 на второй вход R триггера 23 и входы R триггеров 17 и 18 измерительного блока 11, устанавливая указанные триггеры в нулевое состояние. На выходах блока 14 управления присутствуют потенциалы логического нуля, ключи 5 и 6 при этом находятся в непроводящем состоянии, на выходе формирователя линейно изменяюс(егося напряжения присутствует нулевой потен- циал, на выходе детектора 10 уровня - потенциал логического нуля, на выходеизмерительного блока 11 и выходе второго детектора 12 уровня - также потенциал логического нуля, индикаторы 32 - 34 блока 15 индикации не светятся.

Устройство работает следующим образом.

После установки контролируемой интегральной схемы в контактный блок 7 подают сигнал Пуск (фиг. 2а), по переднему фронту которого триггер 19 устанавливается в состояние единицы (фиг. 2б) и происходит запуск одно- вибратора 20 (фиг. 2в). Уровень логической единшцз с выхода триггера 19 (фиг. 2б) поступает на управляющий вход ключа 5, переводя его в проводящее состояние, при этом на контролируемый объект подается напряжение питания. На входе контролируемого КМОП-инвертора - выходе ключа 6 - (фиг. 2ж) и его выходе, а следовательно, и входе повторителя 8

10

когда напряжение на выходе контролируемого объекта равно потенциалу ну- -ля. По заднему фронту импульса на выходе одновибрагора 20 блок выборки и хранения переходит в режим хранения и одновременно триггер 23 устанавливается в состояние 1 (фиг.2г) Потенциал логической едйни1ц 1 с единичного выхода триггера 23 поступает на управляюгщй вход ключа 6, переводя его в проводящее состояние, и на вход формирователя 3 линейно изменяющегося напряжения, разрешая )5 формирование на выходе последнего линейно изменяющего напряжения, а также на третий вход измерительного блока 11, разрешая счет счетчику на триггерах 17 и 18. На вход контролируемого Kfion-ннвертора начинает поступать линейно изменяющееся напряжение (фиг.2ж). Напряжение на выходе контролируемого объекта (фиг 2и) в этом случае соогвегству-

20

(фиг. 2и) вследствие наличия в конт- 25 г-о передаточной характеристике.

ролируемом КМОП-инверторе резистора обратной связи (в некоторых НС этот резистор может отсутствовать, в этом случае такой резистор устанавливается в контактньп блок 7 между входным и выходным контактами) устанавливаются одинаковые потенциалы, соответствующие активной области передаточной характеристики. Потенциал логической единицы с выхода одновибратора 20 (фиг, 2в) поступает на управляющий вход блока 13 выборки и хранения, переводя его в режим выборки. На выходе блока 13 выборки и хранения устанавливается потенциал, равньй потенциалу входного сигнала, который поступает на третий вход сумматора 4, вы-, полненного на операционном у-сидителе, на второй вход которого поступает .постоянный потенциал. Этот потенциал, суммируясь с потенциалами на первом и третьем входах сумматора А (на первом входе сумматора 4 потенциал в это время .равен нулю, фиг. 2д), обеспечивает формирование на выходе сумматора 4 потенциалта, подача которого :, на вход контролируемого объекта обеспечивает, с учетом существующего разброса по положению активной области передаточной характеристики относительно напряжения Ug от экземпляра к экземпляру контролируемого КМОП-инвертора, переход его из .: активной области в область отсечки.

30

40

Дпя того, чтобы на передаточной характеристике можно было обнаружить плоский участок, скорость изменения линейно изменяющегося напряжения должна быть в пределах 1,5-2 В/с В случае наличия на передаточной характеристике КМОП-инвертора плоского участка, как это показано на фиг. 2и, выходной сигнал дифференциатора 9 имеет вид, представленньй на фиг. 2и. Выходной импульс дифференциатора 9 имеет плоскую вершину, соответствующую линейным участкам передаточной характеристики, просадку практически до нуля в месте форми рования плоского участка (так как Ug

const, таким образом ) и пологи

передний и задний фронты, обусловленные отклонением передаточной характеристики от линейного закона изменения и погрешностью дифференцирования дифференциатора 9. Напряжение с выхода дифференциатора 9 (фиг.- 2к поступает на вход детектора 10 уров ня , который может быть выполнен на основе компаратора, порог срабатывания которого задается опорным напряжением, поступающим с первого выхода блока 2 формирования опорных напряжений. Выходной сигнал детекто ра 10 уровня в виде двух прямоуголь ных импульсов (фиг. 2л), пауза межд которыми соответствует длительности

45

50

когда напряжение на выходе контролируемого объекта равно потенциалу ну- -ля. По заднему фронту импульса на выходе одновибрагора 20 блок выборки и хранения переходит в режим хранения и одновременно триггер 23 устанавливается в состояние 1 (фиг.2г). Потенциал логической едйни1ц 1 с единичного выхода триггера 23 поступает на управляюгщй вход ключа 6, переводя его в проводящее состояние, и на вход формирователя 3 линейно изменяющегося напряжения, разрешая 5 формирование на выходе последнего линейно изменяющего напряжения, а также на третий вход измерительного блока 11, разрешая счет счетчику на триггерах 17 и 18. На вход контролируемого Kfion-ннвертора начинает поступать линейно изменяющееся напряжение (фиг.2ж). Напряжение на выходе контролируемого объекта (фиг 2и) в этом случае соогвегству-

0

0

0

Дпя того, чтобы на передаточной характеристике можно было обнаружить плоский участок, скорость изменения линейно изменяющегося напряжения должна быть в пределах 1,5-2 В/с. В случае наличия на передаточной характеристике КМОП-инвертора плоского участка, как это показано на фиг. 2и, выходной сигнал дифференциатора 9 имеет вид, представленньй на фиг. 2и. Выходной импульс дифференциатора 9 имеет плоскую вершину, соответствующую линейным участкам передаточной характеристики, просадку практически до нуля в месте формирования плоского участка (так как Ug

const, таким образом ) и пологие

передний и задний фронты, обусловленные отклонением передаточной характеристики от линейного закона изменения и погрешностью дифференцирования дифференциатора 9. Напряжение с выхода дифференциатора 9 (фиг.- 2к) поступает на вход детектора 10 уровня , который может быть выполнен на основе компаратора, порог срабатывания которого задается опорным напряжением, поступающим с первого выхода блока 2 формирования опорных напряжений. Выходной сигнал детектора 10 уровня в виде двух прямоугольных импульсов (фиг. 2л), пауза между которыми соответствует длительности

5

0

плоского учасгка, посгупяет на вход С триггера 17, которьиЧ является первым входом измерительного блока 11, и на второй вход элемента И 24, являющийся третьим входом блока 14 управления. Поскольку на входах I и. К триггера 17 присутствует потенциал логической единицы с выхода триггера 23 (фиг. 2г), то по первому пере- паду из О в 1 на его счетном входе триггер 1.7 устанавливается в состояние логической единицы (фиг.2м), а по второму перепаду возвращается в исходное состояние (фиг. 2м). По перепаду из 1 в О на выходе триггера 17 триггер 18 устанавливается в состояние 1 (фиг. 2и), так как на его входе D в этот момент присутствует потенциал логической единицы. Одновременно по первому перепаду из О в 1 на выходе детектора 10 уровня формируется перепад из О в 1 на выходе элемента И 24, по которому триггер 25 устанавливается в состояние 1 (фиг. 2а).

В Момент времени, когда напряжение на выходе формирователя 3 линейно изменяющегося напряжения станет равным порогу срабатывания детектора 12 уровня, последний срабатывает, что приводит к появлению на его выходе потенциала логической единицы (фиг. 2е). Порог срабатывания детектора 12 уровня задается напряжением, поступающим на его первый вход с второго выхода формирователя 2 опорных напряжений. По перепаду из О в 1 сигнала на выходе детектора 12 уровня возвращаются в исходное состояние триггер 19 (фиг. 26), триггер 23 (фиг. 2г) и одновременно в триггеры 28 и 29 через элементы И 26 и 27 переписывается состояние прямого и инверсного выходов триггера 25. Если триггер 25 находился в состоянии 1, в состоя- .ние 1 устанавливается, триггер 28 (фиг. 2р), а триггер 29 остается в состоянии О (фиг. 2с); если тригге 25 находится в состоянии О (фиг.2п пунктирная линия), то в состояние устанавливается триггер 29 (фиг.2с, пунктирная линия), а триггер 28 остается в состоянии О (фиг. 2р, пунк- тирная линия), Появление на выходе триггера 19 потенциала логического нуля приводит к тому, что ключ 5 пе

Q 0 5

о , 5

5

реходит в непроводящее состояние, вследствие чего- снимается напряжение питания с контролируемого объекта (фиг. 2и), а появление логического нуля на выходе триггера 23 приводит к тому, что напряжение на выходе формирова геля 3 линейно изменяющегося напряжения быстро падает до нуля (фиг. 2д), т.е. происходит его сброс, ключ 6 переходит в непроводящее состояние, отключая вход контролируемого объекта от выхода сумматора 4. Одновременно на входы 1,К триггера 17 и вход D триггера 18 поступает потенциал логического нуля, вследствие ,чегЬ счетчик на указанных триггерах находится в режиме хранения записанной в них информации. Сброс формирователя 3 линейно изменяющегося напряжения приводит к тому, что на выходе детектора 12 уровня устанавливается потенциал логического нуля (фиг. 2е). Если триггер 28 установился в состояние логической единицы (фиг. 2p)j то этот потенциал поступает на входы элементов И 30 и 31, что при наличии потенциала логической единицы на выходе измерительного блока 11 (фиг. 2н) приводит к высвечиванию индикатора 33 Брак это свидетельствует о негодности контролируемого объекта из-за наличия плоского участка в активной области его передаточной характеристики.

Если на передаточной характеристике контролируемого КМОП-инвертора отсутствует плоский участок, то на выходе детектора 10 уровня в этой области формируется одиночный импульс и, следовательно, не происходит срабатывания триггера 18. Это приводит к тому, что на выходе измерительного блока 11 присутствует по-. тенциал логического нуля (фиг. 2н, пунктирная линия), наличие которого при наличии потенциала логической единицы на выходе триггера 28 приводит к высвечиванию индикатора 32 Годен.

Если по какой-либо причине, например из-за неисправности контролируемого КМОП-инвертора, сигнал на его выходе отсутствует, то не происходит срабатывания детектора 10 уровня, вследствие чего не срабатьтает и триггер 25. В этом случае п.о перепаду из О в 1 на выходе детектора 12 уровня -сриггер 29 устлилштивается в состояние логической единицы (фиг. 2с, пунктирная линия), что приводит к высвечиванию индикатора

гЧ .

34 Брак II ; это свидетельствует о неисправности, объекта контроля или некачественном его подключении.

Формула изобретения

Устройство для контроля передаточной характеристики ИЮП-инвертора, содержащее источник питания, формирователь опорных напряжений, формирователь линейно изменяющегося напряжения, два ключа, контактньй блок, повторитель, дифференциатор, первый детектор уровня, измерительный блок, блок управления и блок индикации, причем первьш выход источника питания соединен с входом формирователя опорных напряжений, второй выход источника питания через первый ключ соединен с входом контактного блока, другой вход которого соединен с выходом второго ключа, выход контактного блока через последовательно соединенные повторитель и дифференциатор соединен с входом первого детектора уровня, другой вход которого соединен с первым выходом формирователя опорных напряжений, первый вход блока управления соединен с клеммой сигнала Пуск, второй вход - с выходом первого детектора уровня и первым входом

измерительного блока, первый выход блока управления соединен с управляющим входом первого ключа, второй выход - с входом формирователя линейно изменяющегося напряжения, третий выход - с вторым входом измерительного блока, первый вход блока индикации соединен с выходом измерительного блока, чет- вертьй и пятьш выходы блока управления - соответственно с вторым и тре тьим входами блока индикации, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия устройству, в него введены блок выборки и хранения, сумматор и второй детектор уровня, первый вход которого соединен с вторым выходом форм1фователя опорных напряжений, второй вход - с выходом формирователя линейно изменяющегося напряжения и первым входом сумматора, второй вход которого соединён с третьим выходом формирователя опор ных напряжений, а третий вход - с выходом блока выборки и хранения, вход которого соединен с выходом повторителя, а -управляющий вход соединен с шестым выходом блока управления, при этом управляющий вход второго . ключа объединен с третьим входом измерительного блока и подключен к второму выходу блока управления, а выход второго детектора уровня соединен с третьим входом блока управления .

I

Изобретение относится к средствам контроля электронных узлов приборов времени, в частности к средствам контроля передаточной характеристики КМОП-инвертора, используемого в качестве активного элемента кварцевого генератора кварцевых часов, и может быть использовано в часовой промышленности. Целью изобретения является повышение быстродействия устройства. Неисправность объекта контроля или некачественное его подключение к устройству контроля передаточной характеристики фиксируется путем высвечивания на индикаторе устройства сигнала "Брак". 2 ил.

Фиг. 2