Способ определения времени задержки распространения сигнала инвертитующих схем Советский патент 1975 года по МПК G01R23/00 

1

Изобретение относится к радиоэлектронике, к области измерения электрических параметров цифровых схем.

Для разработчика аппаратуры большой интерес представляет измерение среднего времени задержки распространения (ty р. ) сигнала в цифровых схемах, так как И1менно оно определяет задержку распространения сигнала в последовательных цепях и входит в обобщенный критерий оценки качества интегральных схем (произведение средних мощности рассеивания и времени задержки распространения). Под средним временем задержки инвертирующей схемы понимают усредневное значение времени переключения схемы от состояния «О к состоянию «1 (Ij,, ) и от «1 к «О (). Эти три величины связаны соотношением з.). (з) )

Кроме того, в ряде случаев, например, при существенном различии времен переключения зр зр. полезно знать каждое из этих времен. Подавляющее большинство выпускаемых интегральных схем представляет собой инвертирующие каскады. По этой причине наибольший интерес представляет измерение t з.р., зр зр инвертирующих cxe. Кроме

того, измерение времени задержки неинвертнрующих схем проще и может быть осуществлено измерением разности периодов генерации двух колец, одно из которых отличается включением измеряемой схемы.

Известные методы измерения ...р. можно

разделить на три группы: непосредственное измерение временных параметров с помощью специальной аппаратуры; метод требует применения сложной аппаратуры, по ча стотным свойствам превосходящей на порядок измеряемые элементы; косвенный метод измерения временных парайтетров, использующий кольцевой генератор и парафазный каскад, недостатком его являются высокие требования к парафазному каскаду по точности и

стабильности временных параметров; косвенный метод измерения /з.р. с помощью измерения периода генерации кольца; метод прост, но позволяет измерять значение параметра, среднее для всех схем, включенных в

кольцо, т. е. не выявляет различия задержек между отдельными схема ми.

Целью изобретения является определение значений времени задержки распространения сигнала для каждой из инвертирующих

схем, параметры которых измеряются, и иовыщение точности измерений.

Это достигается тем, что по предлагаемому спо1собу измеряют периоды генерацш колец, составленных из нечетного числа последовательно соединенных схем, причем для

измерений берут «а одну схему больше, чем входит в кольцо, из общего набора схем последовательно составляют кольца, изменяя комбинацию схем так, чтобы каждая схема только один раз оказалась невключе-ниой в кольцо, измеряют период генерации каждого из составленных колец И вычисляют среднее время задержки распространения сигнала каждой инвертирующей схемы.

Кроме того, для измерения времени задержки распространения сигнала при переключении инвертирующих схем из одного. логического состояния в другое дополнительно измеряют длительность импульса и вычисляют отдельно время задержки распространения сигнала / и г.|° для каждой инве1ртирующей схемы.

Далее, когда измерение более длинных временных интервалов может быть осуществлено с большей точностью, то во все кольца, кроме одного, выключается элемент задержки и производится на одно измерение больше.

На чертеже приведена схема, иллюстрирующая предла1гаемый способ определения среднего времени задержки распространения сигнала для каждой инвертирующей схемы или tl° , или °р .

На чертеже обозначено: 1-б-инвертирующие схемы, для которых «производится измерение временных параметров; 7 - измеритель периода генерации кольца; 8 - измеритель длительности импульса.

Способ реализуют следующим образом.

При определении среднего времени задержки раопространевия сигнала инвертирующей схемы по предлагаемому cnocoi6y отбирают четное количество схем, последовательно исключая по одной из схем, составляют кольца и измеряют их периоды релаксационных колебаний. Так на чертеже изображены шесть колец при шести измеряемых схемах, в которых последовательно исключены из измерений схемы 1-6. Операция составления колец может быть реализована путем последовательного замещения одной из схем в кольце последовательно соединенных всех измеряемых схем коммутирующим элементом (перемычкой).

В результате измерений периодов генераций каждого кольца получаются шесть значений периодов для шести .различных наборов схем, по которым может быть составлена система из шести уравнений с шестью неизвестными, решение которой в общем виде выражается формулой

1 г 1

:Ц- Г:

где з.р..- среднее время задержки распространения сигнала для t-ой схемы; Гу (Г; - период релаксационных Колебаний для /-ГО (i-ro) кольца, причем Т -период кольца, из которого была исключена i-ая схема; п - число схем в наборе.

Таким образом, в конце цикла измерений рассчитывают параметры з.р. для всех участвовавших в измерении схем.

Достоинством предлагаемого способа является то, что единственным прибором, использующимся при определении . является измеритель периода. Такие приборы имеют весьма высокую точность измерений. Причем за счет применения цифрового делителя частоты возможно измерение не периода релаксационных колебаний кольца, а более длинного интервала времени или соответствующей частоты.

Кроме того, процесс определения ts.p. по

предлагаемому способу легко подается автоматизации. Для этого необходимы простые коммутирующие, регистрирующие и вычислительные устройства. Процесс измерения не требует применения эталонных элементов,

ручных подборов более высокочастотных по сравнению с из.меряемыми элементами и возможен в широком температурном диапазоне.

Для раздельного определения t° и ° для каждой схемы необходимо измерить любые две величины из трех следующих: период генерации, длительность положительного интервала, длительность отрицательного интервала. Например, кроме измерения периода, дополнительно измеряют длительность импульса. В этом случае количество .неизвестных и количество уравнений удваивается. Решение такой системы уравнений в общем виде для положительной логики (состоянию «1 логического элемента соответствует сигнал высокого уровня) дает для i.j следующее выражение:

г-1

1-1

1°,.. S (-1) + T,.-S l-l-(-l)- з.р..+ / 1J-1

+ S (-1)- (-1)/+1 ;з.р., i i+lj i+l

где i (j) - номер схемы (, 2, 3,... n;

, 2, 3,..., п); г- (ТУ ) - длительность положительного импульса на выходе схемы с максимальным но.мером при соединении схем в порядке возрастания номеров для кольца, в котором отсутствует i-ая (/-ая) схема;

4.p;-Среднее время задержки распространения сигнала, определенное на основе измерений периодов генераций колец.

При малых длительностях положительных и отри1цательных интервалов измерение их, которое вызывает технические труд|Ности, может быть заменено измерением их соотнощений или разности, что для расчета этих величин вполне достаточно.

Для повышения точности измерений в тех случаях, когда измерения более длительных временных интервалов могут быть осуществлены с больщей точностью, измерения периода или длительности им.пульса производят для колец, в которые дополнительно последовательно с измеряемыми схемами включен элемент задержки. Кроме того, одно из измерений повторяют для кольца без элемента задерж ки (точность последнего измерения может быть повышена путем многократных измерений).

Время задержки определяют по результатам измерений периода (длительности) для колец, отличающихся только элементом задержки. Затем его исключают из всех остальных результатов измерения. Дальнейшие определения параметров инвертирующих элементов производят, как указано выше.

Предмет изобретения

1. Способ определения времени задержки распространения сигнала инвертирующих Схем путем составления кольца из нечетного числа лоследовательно соединенных инвертирующих схем, измерения периода генерации и вычисления, отличающийся тем, что, с целью получения значения среднего времени

задержки распространения сигнала для каждой из инвертирующих схем, для измерений берут на одну схему больше, чем входит в кольцо, из общего набора схем доачедовательно составляют кольца, изменяя комбинацию схем тНКим образом, чтобы каждая схема только один раз оказывалась невключенной в кольцо, измеряют период операции каждого из составленных колец и вычисляют

среднее время задержки распространения сигнала каждой инзертирующей схемы.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что измеряют дополнительно длительность импульса и вычисляют отдельно время задержки сигнала при переключении из одного состояния в другое для каждой инвертирующей схемы.

3.Способ по пп. 1 II 2, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений,

во все кольца, кроме одного, включают элемент задержки и производят на одно измерение больше.