Устройство измерения временных параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей Советский патент 1990 года по МПК G01R29/02 

СП

СО

эо

Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в аппаратуре контроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей и аналоговых усилителей выборки и хранения„

Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей путем уменьшения влияния статических и.динамических погрешностей и обеспечения измерения временных параметров сверхбыстродействующих устройств выШ

которого соединен с выходом инверти рующего сумматора 14, а второй вход через формирователь 13 коротких импульсов и второй блок 12 постоянной задержки - с первым выходом генерат ра 1 импульсов, вторым выходом сое диненного через последовательно сое диненные первый блок 10 постоянной задержки и блок 11 регулировки длительности импульса выборки с вторым входами проверяемого ББХ 3 и с осциллографа 9. .

Црименительно- к контролю БВХ 3

DDJ- 1лрименительно- к контролю БВХ 3

борки и хранения (УВХ) (времен выбор- ,5 устройство работает следующим обраКИ и nriPnnn Q ГМЭ Эггтлсттлт-ч,,..

КИ и преобразования, временной апер- турной неопределенности).

На чертеже изображена схема устройства измерения временных параметзом.

--г- - --1 1 1л iidi divjc; 1iimjiyjibtjbi С периодом 1 t скваж

ров сверхбыстродействзоощих операцион- 20 ностью 2 и длительностью среза (пеНКП VPHntl T j:arri ri -

Па первом выходе генератора 1 импульсов формируются положительные импульсы с периодом Т , скважных усилителей.

Устройство измерения временных параметров сверхбыстродействующих операционных усюштелей состоит из гене- ратора 1 импульсов, формирователя 2 эталонного перепада напряжения, клемм для подключения проверяемого сверхбыстродействующего блока выборки и хранения (БВХ) ,3, первого резистора 4, ограничительных диодов Шоттки 5 и 6, второго резистора 7, повторителя 8 напряжения, осцилло- графа 9, первого блока 10 постоянной задержки 10, блока 1 регулировки длительности импульса выборки,второго блока 12 постоянной задержки,формирователя 13 коротких импульсов, инвертирующего сумматора 14,дополнительного БЗХ 15, фильтра 16 нижних частот и вольтметра 17 постоянного тока.

Первый выход генератора 1 импульсов соединен с третьим входом осциллографа 9 и через Формирователь 2 эталонного перепада напряжения с первым входом проверяемого БВХ 3,выходом соединенного с первым входом инвертирующего сумматора 14 и первым выводом первого резистора 4, вторым выводом соединенного через повторитель 8 напряжения с вторым входом инвертирующего сумматора 14 и первым входом осциллографа 9, через ограничительные диоды Шоттки 5 и 6 - с общей шиной, а через второй резистор 7 - с входом фильтра 16 нижних частот, выходом подключенного к вольтметру 17 постоянного тока, и выходом дополнительного БВХ 15, первьм вход

реход от положительного уровня к

нулю)

где t ;,р и t ц - время

25

30

хранения и время выборки БВХ 3 с заданной погрешностью сГ. От среза каждого импульса производится запуск осциллографа 9 по входу внешней синх ронизации, а на выходе формирователя 2 эталонного перепада вырабатывается перепад напряжения тт, от положительного уровня и к нулю с временем установления ty i:g/3. Импульсы 1 поступают на аналоговый вход УВХ 3.

На втором выходе генератора 1 им- 35 пульсов формируются импульсы и, с пе риодом Т/8 и.скважностью 2, которые через блок 10 задержки и блок 11 регулировки длительности импульсов подаются на вход управления БВХ 3. С помощью блока 10 обеспечиваются совпадения моментов эталонных перепадов и с моментами переходов импульсов

40

выборки и г БВХ 3 от хранения к выборке. Это необходимо для учета влия45 ния динамических свойств, прежде всего -времени успокоения, входного повторителя БВХ 3 на значения t, время преобразования t,, временнук апертур- ную нестабильность t, (если момент

5Q -перехода сигнала U от хранения к выборке задержан на большой интервал относительно момента перехода эталонного перепада U,, то не может быть определен вклад входного повто рителя БВХ 3 в величины указанных временных параметров, так как к моменту перехода БВХ 3 к хранению выход ное напряжение входного повторителя заведомо установлено с высокой точ

которого соединен с выходом инвертирующего сумматора 14, а второй вход через формирователь 13 коротких импульсов и второй блок 12 постоянной задержки - с первым выходом генератора 1 импульсов, вторым выходом соединенного через последовательно соединенные первый блок 10 постоянной задержки и блок 11 регулировки длительности импульса выборки с вторыми входами проверяемого ББХ 3 и с осциллографа 9. .

Црименительно- к контролю БВХ 3

1лрименительно- к контролю БВХ 3

устройство работает следующим образом.

iimjiyjibtjbi С периодом 1 t скваж

ностью 2 и длительностью среза (пеПа первом выходе генератора 1 импульсов формируются положительные импульсы с периодом Т , скваж20 ностью 2 и длительностью среза (пе -

реход от положительного уровня к

нулю)

где t ;,р и t ц - время

25

0

хранения и время выборки БВХ 3 с заданной погрешностью сГ. От среза каждого импульса производится запуск осциллографа 9 по входу внешней синхронизации, а на выходе формирователя 2 эталонного перепада вырабатывается перепад напряжения тт, от положительного уровня и к нулю с временем установления ty i:g/3. Импульсы 1 поступают на аналоговый вход УВХ 3.

На втором выходе генератора 1 им- 5 пульсов формируются импульсы и, с периодом Т/8 и.скважностью 2, которые через блок 10 задержки и блок 11 регулировки длительности импульсов подаются на вход управления БВХ 3. С помощью блока 10 обеспечиваются совпадения моментов эталонных перепадов и с моментами переходов импульсов

0

выборки и г БВХ 3 от хранения к выборке. Это необходимо для учета влия5 ния динамических свойств, прежде всего -времени успокоения, входного повторителя БВХ 3 на значения t, время преобразования t,, временнук апертур- ную нестабильность t, (если момент

Q -перехода сигнала U от хранения к выборке задержан на большой интервал относительно момента перехода эталонного перепада U,, то не может быть определен вклад входного повто рителя БВХ 3 в величины указанных временных параметров, так как к моменту перехода БВХ 3 к хранению выходное напряжение входного повторителя заведомо установлено с высокой точ51

ностьго независимо от его времени успокоения). Совпадения моментов входных перепадов U, БВХ 3 и моментов преходов импульсов выборки и, от хрнения к выборке сохраняются в про- цессе регулировок длительности импульсов выборки и при измерении временных параметров.

Выбор соо гношения периодов вход- ных импульсов и, БВХ 3 и импульсов выборки и5 равным восьми обусловлен следующей причиной. При измерении временных параметров БВХ 3 необходима поочередная его установка с исход него уровня на конечный и обратно, поэтому период импульсов выборки и должен быть в несколько раз меньше периода входных импульсов U БВХ 3. В случае измерения t. длительность импульсов выборки и,, меньше половины t g и даже двух импульсов выборки и 2 на исходный уровень перепада U может оказаться недостаточно для установки БВХ 3 в начальное положение. Поэтому в устройстве период импульсо выборки и выбран в восемь раз меньше периода входных импульсов БВХ и на исходный уровень U, приходится четыре импульса выборки U,, чем га- рантируется надежность установки БВХ 3 в исходное состояние при регулировке длительности импульсов выборки в широких пределах,

В дополнительном БВХ 15 в соответствии с импульсами выборки U, с выхода формирователя 13 коротких импульсов запоминается установившееся значение выходного напряжения инвер- тир тощего сумматора 14, равное сумме установившихся значений выходного напряжения U проверяемого БВХ 3 (ОУ) и выходного напряжения U повторителя 8, взятой с отрицательн .гм знаком. Благодаря наличию отрицательных обратных связей с выхода проверяемого БВХ 3 и с выхода повторителя 8 через инвертирующий сумматор 14 и дополнительный БВХ 15 обеспе- чиваются установление выходного напряжения и. повторителя 8 к нулю и измерение времени преобразования t „ и временной апертурной неопределенности t Q БВХ 3 с высокой точностью независимо от статических погрешностей БВХ 3, диодов 5 и 6, резистирно- го делителя из резисторов 4 и 7 и повторителя В напряжения.

2 .6

Использованием импульсов выборки Оэ дополнительного БВХ 15 с периодом Т входного эталонного перепада U;, проверяемого 3 с длительностью много меньше периода Т и их задержкой с помощью схемы 12 задержки относительно перепада U БВХ- 3 на интервал (} , много больший,чем время преобразования t БВХ 3 и время успокоения инвертирующего сумматора 14,обеспечивается точное запоминание в дополнительном БВХ 15 инвертированного значения установившегося выходного напряжения U ББХ 3 и исключается влияние на точность запоминания времени успокоения инвертирующего сумматора 14. Соответствие выходного напряжения V дополнительного FBX 15 выходному напряжению U проверяемого БВХ 3 достигается за несколько периодов импульсов выборки U и в дальнейшем удерживается с погрет- .ностью, меньшей, чем динамическая погрешность выборки БВХ 3.

Схема уравновешивания из инвертирующего сумматора 14 и дополнительного БВХ 15 работает на интервалах времени, где выходное напряжение U проверяемого БВХ 3 заведомо установилось, а на интервалах непосредственно измерения t , и t ,, .выходное напряжение и j БВХ 15 сохраняется постоянным и не влияет на результаты, поэтому схема уравновешивания в данном случае должна иметь только меньшие статические погрешности (напряжение смещения, погрешность коэффициента передачи), чем у БВХ 3, а ее динамические свойства не накладывают ограничений на точность измерения временных параметров сверхбыстродействующих БВХ 3.

Фильтр 16 нижних частот устраняет действие переходных процессов на выходе дополнительного БВХ 15 на показания напряжения U по вольтметру 17.При контроле времени успокоения vcn выходного напряжения операционого усилителя (ОУ) 3 процесс уравовешивания осуществляется так же, ак при проверке t „ БВХ. На интерваах, где выходное напряжение ОУ 3 за- .- едомо установилось, осуществляетя коррекция выходного напряжения g дополнительного БВХ 15 так,чтобы становившееся значение выходного апряжения U5 повторителя 8 было равно нулю. На интервалах, где производится непосредственно измерение t выходное напряжение U(, дополнительного БВХ 15 постоянно. Ввиду отсутствия у ОУ 3 второго входа (вход управления) соответствующая клемма устройства при проверке ОУ 3 не используется и длительность импульсов выборки и2 значения не имеет.

Непосредственное измерение временных параметров БВХ 3 производится в следующем порядке. По осциллографу 9 устанавливается длительность импульсов выборки и, БВХ 3 равной 2... ...3tg, при этом по вольтметру 7 фиксируется показание напряжения U . Дпительность импульсов выборки U уменьшается до тех пор, пока пок1за- ние вольтметра не уменьшится на значение допустимой динамической погрешности выборки е проверяемого БВХ 3, где связана с относительной динамической погрешностью выборки выражением сР f /U.100%. По осциллографу.9 измеряется длительность импульсов выборки U.1, которая и принимается равной времени выбор- ки tj БВХ 3.

Сохраняя длительность импульсов выборки и равной tj на осциллографу 9 определяется интервал времени t(, от момента перехода импульса выборки и от хранения в выборке,совпадающего с моментом эталонного пе- рапада U, ББХ 3, до установления выходного напряжения U,,- повторителя 8 с погрешностью зи К.-, где К учитывает отличие коэффициентов передачи резистивного делителя на резисторах 4 и 7 (при равных резисторах 4 и 7 он равен 1/2) и повтори- телч 8 от 1. Из измеренного интервала времени t с учетом задержек в соединительных кабелях повторителя 8 и резистивном делителе (4 и 7) находится время преобразования t „ БВХ 3. Уменьшением длительности импульсов выборки и,, добиваются установления показания вольтметра 17, равным . По осциллографу 9 измеряется нестабильность выходного напряжения U повторителя 8 после окончания переходного процесса. Временная апертур- ная нестабильность находится из вы- ражения t . V, где У„ - скорость нарастания эталонного перепаа и, БВХ 3.

30

35

40

45

50

При измерении времени успокоения t ycft ny, как и при измерении t ВЕХ 3, определяется интервал вр емени t от момента перехода импульса выборки U,j, совпадающего с моментом эталонного перепада U,, до момента установления выходного напряжения тт повто- .рителя 8 с погрешностью U. С учетом задержек в кабелях повторителя 8 и резистивном делителе из t находится t,,.15

20

25

Формула и-з о б р 8 т

е н и я

30

35

40

45

0

Устройство измерения временных параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей, содержащее генератор импульсов, первым выходом соединенный через Формирователь эталонного перепада напряжения с первой клеммой для подключения исследуемого объекта, вторая клемма для подключения исследуемого объекта соединена с первым выводом первого резистора, вторым выводом соединенного через ограничительные диоды ИГоттки с общей шиной, второй резистор,повторит ель напряжения, выходом соединенный с первым входом осциллографа, отличающееся тем, что, с целью повьш ения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены инвертирующий сумматор, дополнительный блок выборки и хранения, фильтр нижних частот, вольтметр постоянного тока, блок регулировки длительности импульсов выборки, формирователь коротких импульсов, первый и второй блоки пос- тоянной задержки, причем второй выход генератора импульсов соединен через последовательно соединенные первый блок постоянной задержки и блок регулировки длительности импульсов выборки к второму входу осциллографа и третьей клемме для подключения исследуемого объекта,вторая клемма для подключения исследуемого- объекта соединена с первым входом инвертирующего сумматора, вторым входом соединенного с выходом повторителя напряжения, а выходом - с первым входом дополнительного блока выборки и хранения, второй вход которого через последовательно включенные формирователь коротких импульсов и вторую схему постоянной задержки соединен с первым выходом генератора

51599812 10

импульсов, а выход - с вторым входомтока, третий вход осциллографа соедивтррого резистора и через фильтр ниж- нен с первым входом генератора им- них частот с вольтметром постоянногопульсов.

Изобретение относится к элеткронной технике и может быть использовано в аппаратуре контпроля и измерения параметров сверхбыстродействующих операционных усилителей и аналоговых усилителей выборки и хранения. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение точности - достигается путем использования схемы задержки 10, схемы регулировки длительности импульса выборки 11, схемы задержки 12, формирователя коротких импульсов 13, дополнительного усилителя выборки и хранения 15, фильтра нижних частот 16, вольтметра постоянного тока 17, а также с помощью инвертирующего сумматора 14 и дополнительного усилителя выборки и хранения 15, образующих схему уравновешивания, устраняющих влияние статических погрешностей проверяемого блока объекта, подключенного к клеммам блока выборки и хранения 3, и уменьшение динамической погрешности измерения за счет снижения в два раза размаха входного напряжения осциллографа 9. 1 ил.