Устройство для проверки электрических схем Советский патент 1992 года по МПК G01R31/00 G01R31/28 

Изобретение относится к электооизме- рительной технике и может быть использовано для автоматической проверки электрических (электронных) схем и микросхем, в том числе узлов и блоков прецизионной аналоговой аппаратуры.

Цель изобретения - расширение области применения и повышение достоверности проверки электрических схем.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - источника испытательных сигналов; на фиг. 3 - коммутирующего блока: на фиг. 4 - согласующего блока: на фиг. 5 - квазикомпенсационной цепи: на фиг. 6 - синхронного измерительного преобразователя; на фиг. 7 - векторная диаграмма сигналов.

Устройство содержит блок управления и обработки (5УО) 1, источник испытательных сигналов (ИИС) 2, коммутирующий блок (КБ) 3, согласующий блок (СБ) 4, квазикомпенсационную цепь (ККЦ) 5, синхронный измерительный преобразователь (СИП) 6, измерительный блок (ИБ) 7. Блок 4 вместе с узлом 5.1 блока 5 составляют сменную часть 8 устройства.

Проверяемую схему 9 с выводами 10 подсоединяют к выводам 11 блока 4.

Блок 2 ИИС состоит из источника постоянного сигнала 2.1 генератора импульсов 2.4 генератора шума 2.6 и интерфейса канала общего пользования (КОП) 2.6.

Блок 3 КБ состоит из коммутатора испытательных сигналов 3.1. коммутатора измерительных сигналов 3.2, коммутатора элементов 3.3 и интерфейса КОП 3.4.

Блок 4 СБ состоит из цепи внешних режимных элементов 4.1 делителей тока 4.2, делителей напряжения 4.3, цепей нагрузки 4.4, измерительных резисторов 4.5 и узла опознавания 4.6.

Блок 5 ККЦ состоит из этплонной схемы 5.1 и суммирующего усилителя 5.2. Блок б СИП состоит из узла фазопой ззтоподстрой- ки частоты 6.1, переключателя 6.2, синхронного детектора 6.3, усилителя 6.4, режекторного фильтра 6.5, сглаживающего фильтра 6.6 и интерфейса КОП 6,7.

Внешние соединения между блоками устройства выполнены следующим образом.

Блок 1 БУО соединен с узлами 2.6, 3.4 и 6.7, блоков 2 ИИС, 3 КБ и 6 СИП соответственно, а также с блоком 7 ИБ.

Узэл 2.3 блока 2 ИИС соединен с узлом 5.1 блока 5 ККЦ.

Узел 3.1 блока 3 КБ подключен входами к узлам 2.2, 2.3, 2.4 и 2.5 блоха 2 ИИС, s выходами к узлам 4.1, 4.2 и 4.3 блока 4 СУ.

Узел 3.2 блока 3 КБ подключен к узлу 2.3 (38. 48 блока 2 ИИС), к узлам 4.1, 4.4, 4.5 и 4.6 блока 4 СБ. к входу и выходу узла 5,2 блока 5 ККЦ и к узлу 6.6 блока 6 СИП. а

выходами к узлам 5.1 и 6.4 блока 6 СИП и к блоку 7 ИБ.

Узел 3.3 блока 3 КБ соединен с блоком 4 СБ.

Узел 4.1 блока 4 СБ соединен с узлами

0 5.1 и 5,2 блока 5 ККЦ.

Назначение блоков и их узлов следующее.

Блок 1 УУО обеспечивает управление работой блоков 2. 3, 6 и 7, а через блок 3 и

5 блоком 4 в соответстсии с заданным алгоритмом (последовательностью) проверки параметров ПС 9, проведение необходимой обработки результатов измерений, проверку соответствия измеренных параметров ус0 тановленным критериям качества, выдачу протокола испытаний, а также проведение статистического анализа результатов проверки.

Блок 2 ИИС вырабатывает испытатель5 ные сигналы, требуемые для контроля заданного набора характеристик и параметров проверяемой схемы. Узел 2.1 вместе с узлом 2.2 обеспечивает необходимые постоянные испытательные сигналы, в

0 том числе напряжения питания ПС, а также ограничение тока питания при неисправной ПС. Узлы 2.3, 2.4 и 2.5 генерируют синусоидальные, импульсные и шумовые испытательные сигналы для испытания и проверки

5 широкого класса электрических и электронных схем (микросхем). Качественные показатели испытательных сигналов зависят от конкретного класса ПС, их уровнем и частотой управляет блок 1 через узел 2.6.

0 Блок 4 СБ предназначен для обеспечение нормального режима работы ПС, обработки испытательных и измерительных сигналов. Он может быть реализован в виде сменной платы (адаптера) для разных типов

5 ПС, которая снабжена узлом опознавания адаптера для разных типов ПС, которая снабжена узлом опознавания адаптера (типа ПС).

Узел 4,1 обьединяет все внешние

0 (навесные) режимные элементы, предусмотренные для нормального функционирования ПС (микросхемы) при проверке згдзчного ее паргметра или характеристики. Зто позволяет включить в класс ПС и те

5 схемы, которые без внешних элементов не- рйиОтоспоссОны. Узлы 4.2 и 4.3 обэспечи- БЗЕОТ обработку и преобразование испытательного сигнала, з узлы 4.4 и 4.5 - сЗрэСот- ку и прсобОЁЗоесниа измерительного

с - Гнала. Эти узлы, располагая з мяпосрсдственной близости к ПС. позволяют увеличить точность измерений, расширить частотный диапазон измерений, а также уменьшить требования к универсальности блоков 2.6 и 7. Коммутацию переключаемых элементов узлов 4.1-4.5 проводят узлом 3.3 и блок 3 управляемым блоком 1 через узел 3.4.

Узел 4.6 выдает постоянное напряжение, разное для каждого сменного адаптера. Измерение этого напряжения позволяет определить номер адаптера (тип ПС).

Блок 5 ККЦ предусмотрен для увеличения точности измерений передачи (усиления), амплитудно-частотной и фазо-час- тотной характеристики (АЧХ и ФЧХ), коэффициента нелинейных искажений (КНИ), а также некоторых других параметров прецизионных частотно-зависимых аналоговых цепей, в частности блоков и узлов (микросхем, микросборок) высококачественной звуковой аппаратуры. Это позволяет включить в класс ПС прецизионные аналоговые схемы.

Блок 5 может быть выполнен по параллельной схеме фиг. 5а. либо по последовательной схеме фиг. 56 в зависимости от требований к постоянству амплитуды входного (выходного) сигнала ПС.

АЧХ и ФЧХ узла 5.1 - сменной части блока 5 - рассчитаны так, чтобы при номинальной (средней) ПС на оба входа суммирующего усилителя 5.2 поступили сигналы с одинаковыми амплитудами и фазами (во всем рабочем диапазоне частот). В частности, при выполнении блока 5 по схеме фиг. 5а в качестве узла 5.1 может быть использована проверенная схема со средними значениями параметров (АЧХ и ФЧХ), к которой добавляется фазоинвертирующая цепь.

Суммирующий усилитель 5.2 должен обладать высокой линейностью. При номинальной ПС возникает на его выходе нулевой сигнал, а при реальной ПС данного типа - некоторое ненулевое напряжение (квазикомпенсаций). Величина последнего зависит от разброса параметров ПС, но для современных схем не превышает как правило 10% от некомпенсированного сигнала. Отказ от применения в узле 5.1 электрически перестраиваемых относительно нелинейных элементов, требуемых для проведения полной автоматической компенсации сигнала реальной ПС. значительно сэкономит время измерений и уменьшит уровень нелинейных искажений измерительного тракта.

Блок б СИП, работающий в режиме векторного анализатора, позволяет определить вещественную и мнимую часть первой

и высших гармонических составляющих измерительного сигнала. Он обеспечивает измерение АЧХ, ФЧХ и КНИ аналоговых цепей.

5Узел 6.1 вырабатывает синфазную и квадратурную составляющую испытательного сигнала либо его высших гармонических. Узел 6.2 подключает одну из составляющих выходного сигнала узла 6.1 к

0 синхронному входу узла 6.3. Узел 6.4 предназначен для нормирования входного сигнала узла 6.3, а узел 5.6 - для подавления первой гармонической входного сигнала при определении КНИ ПС, Узел 6.6 предус5 мотрен для сглаживания выходного сигнала узла 6.3. Работой узлов блока 6 управляет блок 1 через узел 6.7.

Блок 7 предназначен для измерения в цифровой форме направления, сопротивле0 ния, частоты и эффективного значения напряжения переменного тока.

Устройство работает следующим образом.

Весь процесс проверки схемы - подго5 товительные операции, последовательность отдельных шагов проверки (тестов) вместе с требуемыми для их проведения электрическими режимами, контролируемые параметры и соответствующие им из0 мерительные средства - отражены в программе блока 1. Последний, управляя через узлы 2.6, 3.4. 6.7 блоками 2, 3, 4, 6, а также блоком 7. проводит по очереди все предусмотренные тесты ПС. расчеты пара5 метров, сравнение их с заданными предельными значениями и выдачу результатов проверки.

Для выбора рабочей программы проверки первой определяется тип ПС. На вход

0 узла 4.6 через узлы 4.1, 3.1 и 2.2 передается постоянное напряжение от узла 2.1, а выходной сигнал узла 4.6 со специфическим для данного типа адаптера уровнем передается через узел 3.2 на блок 7, преобразуется

5 в цифровой вид и поступает в блок 1.

Первым этапом для определения любого параметра (точки характеристики) является установление требуемого электрического

0 режима ПС. Для этого сигналами блока 1. поступающими на узлы 3.4 и 2.6. проводят необходимые переключения узлов 4.1-4.5 с помощью узла 3.3, а через узлы 2.2 и 3.1 передают сигналы узлов 2.1-2.5 (как прави5 ло, некоторых из них. например, от узлов 2.1 и 2.2) на узел 4.1. а также в соответствии с тестом на узлы 4.2 и 4.3.

На следующем этапе происходит включение необходимых измерительных средств. Их конкретный состав зависит как

от типа ПС, так и от измеряемого параметра (характеристики).

Измерение постоянного напряжения и тока, сопротивления, действующего значения напряжения, а также частоты может быть проведено непосредственно блоком 7, на вход которого сигнал поступает через узел 3.2 от узлов 4.1, 4.4 и 4.5, а цифровой выходной сигнал лоступает в блок 1.

Измерение передачи ПС, ее АЧХ, ФЧХ и КНИ требует включение в цепь измерений блока 6, а при проверке прецизионных схем и блока 5. В первом случае измерительный сигнал от узлов 4.1, 4.4 и 4.5 через узел 3.2 поступает на измерительный вход блока 6 (на узел 6.4). Через узел 6.5 он передается на сигнальный вход узла 6.3. Опорный сигнал от узла 2.3 поступает на опорный вход узла 6.3 через узлы 3.2, 6.1 и 6.2. В соответствии с измеряемым параметром (мнимое или вещественное составляющие сигнала, КНИ) происходит с помощью узла 6,7 переключение узлов 6.2 и 6.1, а также узлов 6.4 и 6.3 (по уровню сигнала) и узлов 6.5, 6.6 (по частоте сигнала). Управляющий сигнал на узле 6.7 поступает от блока 1. Выходной сигнал узла 6.3 передается через узлы 6.6 и 3.2 в блок 7. а дальше в блок 1, в котором по вещественной и мнимой составляющих первой гармонической сигнала определяют коэффициент передачи, а также АЧХ и ФЧХ ПС, а по отмеченным составляющих высших гармонических определяют КНИ ПС.

При измерении квазикомпенсационным методом модуля и фазы коэффициента передачи прецизионных ПС, из АЧХ. ФЧХ и КНИ в цепь измерений включают блок 5 ККЦ. Для этого с помощью узла 3.3, который через узел 3.4 управляется блоком 1, проводят необходимые переключения элементов узла 4,1; соединяя вход ПС с входом (при схеме блока 5 по фиг. 5а), либо выходом (при схеме блока 5 по фиг. 56) узла 5.1, а выход ПС -со вторим входом узла 5.2, причем вход узла 6.1 через узел 3.2 соединяют с первым входом узла 5.2, который подключен к выходу (схема по фиг. 5а) либо входу (схема по фиг. 56) узла 5.1.

Выходной сигнал блока 5 (узла 5.2) через узел 3.2 передается на измерительный вход блока 6 (узла 6.4), выходной сигнал которого через узел 3.2 передается в блок 7. а далее в блок 1, Остальные связи между узлами и блоками соответствуют измерз- нию передачи, АЧХ, ФЧХ и КНИ ПС без применения блока 5 (согласно рассмотренному выше).

При выполнении блока 5 по схеме ф:.г. 5а синусоидальный сигнал отузлэ 2.3 nociyпзет одновременно на вход узла 5.1 и через узел 4.1 на вход ПС, а выходные сигнали узла 5,1 и ПС передаются на аходы суммирующего усилителя 5.2. Модуль и фаза коэффициента передачи узла 5.2 на частоте измерений должны быть соответственно Кп и + 180, где Кп и fa- модуль и фаза номинальной (средней) ПС на этой частоте. При выполнении блока 5 по схеме фиг. 56

сигнал от узла 2.3 поступает на первый вход узла 5.2 непосредственно, а на второй вход после прохождения через узел 5.1 и ПС. В таком случае модуль и фаза коэффициента передачи узла 5.1 на частоте измерений должны быть соответственно 1/Кп и - 180°.

В дальнейшем исходим из варианта по фиг. 5а.

Численные значения точек АЧХ и ФЧХ номинальной ПС для различных (проверяемых) частот, в том числе Кп и фп для частоты fo определения коэффициента передачи, а также величина опорного сигнала на входе узла 5.1 записаны в память блока 1.

Для определения на частоте fo модуля К0 и фазы РО коэффициента передачи ПС, а также относительного отклонения Ко от номинального измеряют с помощью бло- ков 6 и 7 вещественную и мнимую части AlJcR и Ди0 выходного сигнала узла 5.2 (фиг. 7). Затем в блоке 1 проводятся следующие расчеты.

Определение амплитуды и отклонения фазы выходного напряжения ПС:

Uo (Un+AUoR)2+AUoi2.

40 Apb arctan(AUoi/(Un+AUo O) (1)

Определение параметров коэффициента передачи на частоте f0

45

Ко - Ue

Ш

ACO-&-I:

Un (fb

(2)

В формулах (1) и (2) Un - выходное напряжение узла 5.1. записанное с память блока 1.

Погрешность (Зм определения напряжения Uo (коэффициента Ко) вырз;хгется зонде (с уметом (1) оехтсркой диаграммы {фиг. 7)

- (1+e)2-2 - (TTfc)

- 1

(3)

Изобретение относится к электроизмерительной технике и позволит расширить область применения устройства и повысить достоверность проверки электрических схем. В устройство, содержащее измерительный блок 7, коммутирующий блок 3 и фие.1 блок управления и обработки 1, введены источник испытательных сигналов 2, согласующий блок 4, соединенный с проверяемой схемой 9. квазикомпенсационная цепь 5 и синхронный измерительный преобразователь 6. Требуемый электрический режим испытания проверяемой схемы обеспечивается блоками 2 и 4. Блок 6. работающий в режиме векторного анализатора, позволяет проверить амплитудно-частотную и фоэочастотную характеристики, а также коэффициент нелинейных искажений схемы 9. Блок 5 увеличивает точность векторных измерений и позволяет включить в класс схем 9 аналоговые прецизионные схемы. Блок 4 и эталонная схема блока 5 выполнены на сменной плате (адаптере) 8, чем обеспечивается более полное согласование режима разных типов проверяемых схем. 2 з.п. ф-лы, 7 ил. ел с VI О ел V4 vj

где 5w погрешность измерения AUoR и AUol измерительной цепью, состоящих из блоков 6, 7 и 1.

Большинству современных аналоговых схем (особенно прецизионных схем высококачественной аппаратуры) свойственны небольшие разбросы параметров от номинальных значений. Так, при 15...20 cos 1 и из (3) вытекает 5М « 5w 5к0/( 1 + 5КО), т.е. применение квазикомпенсационного метода повышает точность измерений К0 в

(1 + 3Ко У&о РазаНапример, при Ар 15°, (, 5w2,5% имеем: 3М 0,14% -точностьизмерения (определения) увеличивается более чем в 10 раз.

Погрешность определения фазы (ро уменьшается за счет уменьшения отношения вещественной и мнимой составляющих AUbR/AUoi по сравнению с соответствующими составляющими входного напряжения ПС (фиг. 7).

Определение модуля фазы коэффициента передачи ПС на других частотах рабочего диапазона при проверке АЧХ и ФЧХ происходит аналогично, причем наблюдается также значительное повышение точности измерений.

Часто при проверке годности схем необходимо определить отклонение АЧХ ПС от ее значения на средней частоты f0. Относительное отклонение 6f на частоте f выражается в виде (фиг. 7)

A

VL u0

+()

(4)

где AUfR, AUfi - вещественная и мнимая составляющая выходного напряжения узла 5.2 на частоте (;

Uf - модуль выходного напряжения ПС на частоте f.

Погрешность определения $г вытекает из формулы (3).

При определении КНИ ПС увеличение точности и чувствительности измерений достигается по дпум причинам. Во-первых, частично компенсируются имеющиеся в выходном сигнале узлы 2.3 высшие гармонические составляющие, которые воспринимались бы в блоке б как результаты нелинейности ПС. Коэффициент Ki подавления (компенсации) 1-й высшей гармонической выражается в виде

Ki 1/

15

25

30

10 /( 1-2(5,ci-M)cosAyvi-f (&I + 1)2),

(5)

где ( - относительное отклонение модуля и отклонение фазы коэффициента передачи реального ПС от номинальных значений на частоте 1-ой гармонической сигнала.

Например, при Ayvi 5° и 5К| 5% имеем KI - 9,8. Тем самым уменьшаются требования и КНИ узла 2.3, что особенно важно при проверке узлов высококачественной звуковой и др. аппаратуры с уровнем КНИ порядка 10 и ниже.

С другой стороны, подавление первой гармонической выходного сигнала ПС в KI (I - 1) раз увеличивает селективность измерительного тракта при измерении высших гармонических сигнала, что увеличивает точность измерения отмеченных гармонических для определения КНИ.

Применение в приборе источника испытательных сигналов и согласующей схемы обеспечивает значительное расширение класса проверяемых схем и микросхем, а

35 включение в его состав синхронного измерительного преобразователя и квазикомпенсационной схемы позволяет проверить целый ряд новых параметров и характеристик прецизионных схем высококачествен40 ной аналоговой аппаратуры, в том числе такие важные параметры и характеристики как КНИ, АЧХ и ФЧХ.

Формула изобретения

50 блока, блок управления и обрэГютки, соединенный своими выходами с соответствующими входами измерительного и коммутирующего блоков, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области

применения и повышения доскэверности проверки, в него введены согласующий блок, содержащий цепь внешних режимных элементов, первый вывод которой соединен с выводом для подключения к проверяемой схеме, делители тока, делители напряжения, цепи нагрузки и измерительные резисторы, квазикомпенсационную цепь, содержащую эталонную схему и суммирующий усилитель, входы которого соединены соответственно с выходом эталонной схемы и с вторым выводом цепи внешних режимных элементов, источник испытательных сигналов, состоящий из источника постоянного сигнала, со схемой защиты и генерато- ра гармонических сигналов, выход которого соединен с входом эталонной схемы и через вход цепи внешних режимных элементов - с входом проверяемой схемы, генератора импульсов и генератора шума, управляю- щие входы которых соединены с соответствующими выходами блока управления и обработки, синхронный измерительный преобразователь, содержащий блок фазовой автоподстройки частоты, переключа- тель. соединенный входами с синфазным и квадратурным выходами блока фазовой автоподстройки частоты, синхронный детектор, опорный вход которого соединен с выходом переключателя, усилитель и ре- жекторный фильтр, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с сигнальным входом синхронного детектора, сглаживающего фильтра, вход которого соединен с выходом синхронного детекто- ра, причем управляющие входы синхронного измерительного преобразователя соединены с соответствующими выходами блока управления и обработки, коммутирующий блок содержит коммутатор испыта- тельных сигналов, первый вход которого соединен с выходом источника постоянного сигнала, второй вход коммутатора испытательных сигналов соединен с выходом генератора гармонических сигналов, третий

вход коммутатора испытательных сигналов соединен с выходом генератора импульсов, четвертый вход коммутатора испытательных сигналов соединен с выходом генератора шумя, выходы коммутатора испытательных сигналов соединены соответственно с входами делителей напряжения, делителей тока и вторым выводом цепи внешних режимных элементов согласующего блока, коммутатор измерительных сигналов, входы которого соединены соответственно с первым входом и выходом суммирующего усилителя, выходом сглаживающего фильтра синхронного измерительного преобразователя с первыми выводами цепи внешних режимных элементов, первыми выводами цепей нагрузки и измерительных резисторов согласующего блока и выходом генератора гармонических сигналов, выходы коммутатора измерительных сигналов соединены соответственно с оходами усилителя, блока фазовой автоподстройки частоты и входом измерительного блока, коммутатор элементов, входы которого соединены с вторыми выводами делителей тока, делителей напряжения, цепей нагрузки, измерительных резисторов и цепи внешних режимных элементов, причем управляющие входы коммутаторов соединены с соответствующими входами блока управления и обработки.

47

29 30 31

36 3739 fO45

Фиг.3

12

13

14 15 16 17 18

Фи г. 4

46 Д8

49

50

51

.фиг. 2.

36

272632333С3543

41 42 44

19

20 21

23

а)

53

Г I I55

imU Фие.6

. 7

Редактор Н.Горват

Составитгль В.Степанкина

Техред М.МоргенталКорректор Н.Ревская

22

23

0)

24 25 26|

Фиг.554

RaU