Многоканальное устройство для контроля логических сигналов цифровых схем Советский патент 1981 года по МПК G01R31/3177 

(54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ЦИФРОВЫХ СХЕМ

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может найти применение в аппаратуре контроля и настройки узлов ЭВМ для визуальной регистрации выходных сигналов контролируемых схем. Известно устройство-зонд для проверки сигналов цифровых микросхем, содержащее щуп, два регулируемых источника опорного напряжения, логичес кий преобразователь, две схемы сравнения напряжений, дополнительный источник опорного напряжения, источ ник напряжения смещения и дополнительную схему сравнения напряжений. . Известное устройство определяет несколько дискретных состояний и дополнительно - состояние Обрыв Г Недостатком известного устройств является то, что оно не позволяет наблюдать действительные напряжения различить состояние Обрыв от высо коомного, поскольку недостимо подавать локальное воздействие на конт-ролируемую микросхему, находящуюся в третьем состоянии, напряжение бол шее напряжения питания контролируемой микросхемы. Наиболее близкой к предлагаемой является приставка -к осциллографу для контроля восьми логических вход-: ных сигналов, содержащая аналоговый мультиплексор, связанный с трехразрядным счетчиком и цифроаналоговым преобразователем, синхронизатор. Посредством известной схемы можно наблюдать действительныенапряжения контролируемых цифровых микЕ5осхем Гз Недостатком данного устройства является низкая достоверность контроля из-за невозможности различить состояние Обрыв от состояния Электрический нуль, а также высокоомное состояние от состояния между логическим нулем и логической единицей. Цель изобретения - повышение достоверности контроля. Указанная цель достигается тем, что в многоканальное устройство для. контроля логических сигналов цифровых схем, содержащее многоканальный коммутатор, задающий генератор, выход которого подключен ко входу счетчика импульсов, выход которого подключен к управляющему входу многоканального коммутатора и ко входу цифроаналогового преобразователя, введены дополнительный и распределительный коммутаторы, компаратор, ге.нератор пилообразного напряжения.

блок управления и коммутирующий эле мент, причем входы многоканального коммутатора объединены со входами дополнительного и выходами распределительного ком у1утаторов, выход многоканального коммутатора подключен ко входу коммутирующего элемента, а выход дополнительного коммутатора через компаратор соединен с первым входом блока управления, первый выход которого через генератор пилообразного напряжения подключен ко входу распределительного коммутатора, .управлякадие входы распределительного и дополнительного коммутаторов подключены к выходу счетчика импульсов, выход эадёЬщего генератора соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу коммутирующего элемента.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства.

Многоканальное устройство для контроля логических сигналов цифровых схем содержит многоканальный коммутатор 1, задающий генератор 2, выход которого подключен ко входу счетчика 3 импульсов, выход которого подключен к управляницему входу многоканального коммутатора 1 и ко входу цифроаналогового преобразователя 4, дополнительный кор««утатор 5, распределительный коммутатор 6, компаратор 7, генератор 8 пилообразного напряжения, блок 9 управления и кo в yтиpyю ций элемент 10, причем входы многоканального коммутатора 1 соединены с соответствуияцими входами дополнительного коммутатора 5 и распределительного коммутатора 6, выход многоканального коммутатора 1 подключен ко входу кЬлмутирующего элемента 10, а выход дополнительного коммутатора 5 через компаратор 7 соединен с первым входом блока 9 управления, первый выход которого подключен через генератор 8 пилообразного напряжения к первому входу распределительного коммутатора б, управлянхцие входы последнего и дополнительного коммутаторов подключены к выходу счетчика 3 импульсов, а выход задающего генератора 2 соединен со вторым входом блока 9 управления, второй выход которого подключен к управлякядему входу коммутирующего элемента 10.

На фиг. 2 представлен пример изоражения состояния нескольких контроли{)Уемых логических сигналов.

По горизонтали отложены номера контролируемых сигналов с первого по N-ый, по вертикали - состояния контролируе№ах сигналов,- а - электрический нуль или короткое замыкание, 6 - логический нуль, с - логическая единица, d - уровень ЕП (напряжение питания контролируемой микросхемы), е - высокоомное состояние (3-е состояние), f - состояние Обрыв .

Действительные состояния контролируемых сигналов, находящиеся в диапазоне от а до d, обеспечивает многоканальный коммутатор 1. Состояния контролируемых сигналов, находящихся на линии с и f, обеспечивает коммутирующий элемент 10.

Компаратор 7 представляет собой операционный усилитель и предназначен для сравнения напряжений.

Коммутирующий элемент 10 представляет собой соединение нескольких аналоговых ключей и предназначен для коммутации напряжений -с выхода многоканального коммутатора 1 и смещающих напряжений.

Устройство работает следующим образом.

Контролируемые логические сигналы поступают на входы с 1 -по N-ый многоканального коммутатора 1 и дополнительного коммутатора 5.

Выход многоканального комглутатора 1 подключен ко входу коммутирующего элемента 10.

Коммутирующий элемент 10 пропускает на вход 11 (Y) осциллографа, который подключается к выходу устройства, в зависимости от результата измерений, контролируемые сигналы с выхода многоканального коммутато,ра 1 или смещаквдие напряжения для того, чтобы можно было различить на экране осциллографа состояние Обрыв и высокоомное состояние. Подключение того или иного смещающего напряжения или выхода многокансшьного коммутатора 1 через коммутирующий элемент 10 на вход У осциллографа происходит в зависимости от кода, поступакяцего по управляющей шине с выхода блока 9 управления на вход коммутирующего элемента 10.

Код со счетчика 3 импульсов по управляющей шине поступает на вход цкфроаналогового преобразователя, выход, которого подключен ко входу 12 (X) осциллографа. Цифроаналоговый преобразователь 4 формирует линейноступенчатое напряжение, причем число ступенек равно N - числу входов многоканального устройства контроля логических сигнёшов цифровых схем.

В результате одновременного воздействия электрических сигналов на входы Y и X осциллографа на экране осциллографа формируется изображение N исследуемых сигналов.

Рассмотрим работу устройства боле подробно.

При включении питания устройства по пepeднeмv фронту импульса, генерируемого генератором 2, происходит установка в нулевое состояние двух триггеров, входящих в состав блока 9 управления. С выхода стробируемого

дешифратора, выход которого является выходом блока 9 управления, по управляющей шине подается запрещенная комбинация и коммутирующий элемент 10 закрыт.

Начинается процесс измерения.

На все время измерения на вход 13 (Z) осциллографа с выхода блока 9 управления подано напряжение, гасщее луч с целью получения более четкой картины изображения контролируемых сигналов.

I В то же время код со счетчика 3 импульсов по управляквдей шине посту Пает на цифроаналоговый преобразователь 4, с выхода которого на вход X осциллографа подается первая ступенька напряжения.

Код с выхода счетчика 3 по управляющей шине поступает также на входы многоканальных коммутаторов 1 и 5 и распределительного коммутатора б

Первой ступеньке напряжения преобразователя 4 соответствует код счетчика 3 импульсов, открывающий первые каналы многоканального коммутатора 1, дополнительного коммутатора 5 и распределительного коммутатора 6.

Хотя на время измерения один из каналов многоканального коммутатора 1 (в нашем случае первый) и открыт, на результат измерения он влияния не оказывает, и для определенности он исключен из рассмотрения.

Из М контролируемых сигналов, поступающих на входы дополнительног коммутатора 5, первый подключен ко входу компаратора 7.

На выходе генератора 8 пилообраэного напряжения постоянно присутствует отрицательный пьедестал нгшряжёния. Для определенности примем, что устройство контролирует сигналы в случае положительной логики.

Это отрицательное напряжение поступает на вход распределительного коммутатора 6.

Распределительный коммутатор б подключает это напряжение на свой первый выход, йоединенный с первым входом дополнительного коммутатог- а

Локальное воздействие - отрицательное Напряжение через дополнителный коммутатор 5 поступает, как и контролируемый сигнал на вход компаратора 7, где суммируется с контролируемым сигналом.

Компаратор 7 определяет знак подаваемой на его вход суммы двух напряжений (локального воздействия и контролируемого сигнала), то есть при и О на его выходе будет присутствовать сигнал, например, логи.ческая единица, при U О - логический нуль.

С выхода компаратора 7 результат измерения поступает на вход блока 9 управления.

По истечении времени, необходимого для включения дополнительного коммутатора 5, распределительного коммутатора 6, и времени срабатывания компаратора 7 происходит запись результата измерения в первый триггер, входящий в состав блока 9 управления.

Одновременно с выхода блока 9 управления на управляющий вход генератора 8 пилообразного напряжения

o подается разрешающий сигнал. С выхода генератора 8 пилообразного напряжения на вход распределительно го коммутатора 6 поступает отрицательное пилообразное напряжение.

5

Начинается второй этап измерения. Пилообразное напряжение проходит тот же путь, что и отрицательный пьедестал, т.е. суммируется с контролируемым, и попадает на вход компаратора 7.

Одновременно с запуском генератора В пилообразного напряжения блок управления начинает непреглгано стробировать вход записи второго триггера, входящего в состав блока 9

5 управления.

Отрицательное пилообразное напряжение продолжает убывать до тех пор, в пределах отведенного для второго этапа измерения времени, пока дешиф0ратор блока 9 управления не обнаружит определенного состояния триггеров ,

После этого блок 9 управления запрещает работу генератора 8 пило5образного напряжения..

Запрещение дальнейшего изменения напряжения генератора 8 пилообразного напряжения вызвано тем, что недопустимо подавать отрицательное локальное воздействие на выход контролируемой микросхемы, находящейся в третьем состоянии. В момент прекращения изменения напряжения пилообразного напряжения суммарное напряжение на входе устройства равно нулю.

5

Для того, чтобы различить высокоомное состояние контролируемой микросхемы от состояния Обрыв, напряжение отрицательного пьедестала генератора 8 пилообразного напряжения

0 и его выходное сопротивление выбраны таким образом, чтобы при высокоомном состоянии контролируемой микросхемы суммарное напряжение на входе устройства, а следовательно, на входе

5 компаратора 7 должно быть положительным. В случае, если на входе устройства имеется состояние Обрыв, напряжение на входе компаратора 7 отрицательное.

0

В таблице приведены состояния триггеров блока 9 управления на первом и втором этапах измерений, а также зоны отображения результатов измерений по (фиг.2) на экране осциллографа, а также отражены резуль5

таты измерений для трех случаев, которые могут иметь место в результате контроля: а) нормальные уровни (состояния исследуемых микросхем имеют уровни: логическая единица, логический нуль, электрический нуль, вход контролируемой микросхемы никуда не подсоединен); б) высокоомное (третье состояние); в) состояние Обрыв.

Ввиду того, что выходное сопротивление генератора пилообразного напряжения достаточно велико, на результат измерения в случае нормальных уровней контролируемой микросхема выходное напряжение генератора влияния не оказывает.

По окончании второго этапа измерения блок 9 управления снимает напряжение со своего выхода (входа Z) гасящее луч на экране осциллографа, и по управляющей шине подает код на вход коммутирующего элемента 10.

В итоге, коммутирующий элемент 10 в зависимости от кода на управляющей шине, т.е. от результатов измерения, имеет на своем выходе напряжения, смещающие луч осциллографа по вертикали - линии f и е (фиг.2), или подключает на свой выход напряжение, поступающее с выхода многоканального коммутатора 1.

Формула изобретения

Многоканальное устройство для контроля логических сигналов цифровых схем, содержащее многоканальный коммутатор,- задающий генератор, выход которого подключен ко входу счетчика импульсов, выход которого подключен к управляющему входу многканального коммутатора и ко входу цифрааналогового преобразователя, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности контролА, в него введены дополнительный и распределительный коммутаторы, KONJiapaTop, генератор пилообразного напряжения, блок управления и коммутирующий элемент, причем входы многоканального коммутатора объединены со входами дополнительного и выходами распределительного коммутаторов, выход многоканального коммутатора

Данное состояние своего выхода коммутирующий элемент 10 сохраняет до конца формирования первой ступеньки линейноступанчатого напряжения, подаваемого на вход X осциллографа цифроаналоговым преобразователем. В дальнейшем работа устройства повторяется. По приходу с выхода генератора 2 импульсов на вход счетчика 3 очередного импульса его состояние изменяется.

Происходит опрос состояния контролируемого сигнала на втором общем входе устройства. С выхода цифроаналогового преобразователя 4 подается на вход X осциллографа новая (вторая)

5 ступенька линейно-ступенчатого напряжения и так далее. Начинает работать второй канал устройства контроля. Аналогично происходит работа всех N каналов.

0 На второй вход элемента 7 (не

показан) подано небольшое отрицательное смешение с тем, чтобы получить однозначность измерения.

Предлага емое многокангшьное устройство для кбнтроля логических сигналов цифровых схем применяется для контроля импульсно-модулированных сигналов и позволяет давать наиболее полную информацию о состоянии входов/выходов цифровой схемы.

подключен ко входу коммутирующего элемента, а выход дополнительного коммутатора через компаратор соединен с первым входом блока управления, первый выход которого через генератор пилообразного напряжения подключен ко входу распределительного коммутатора, управляющие входы распределительного и дополнительного коммутаторов подключены к выходу счетчика импульсов, выход задающего генератора соединен со вторым входом блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу коммутирующего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Elec-ronicsi (США), 1973, № 24 (прототип).