Устройство для измерения времени установления тока на выходе сверхбыстродействующих цифроаналоговых преобразователей

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУВДИХ ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ЦАП), содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу осциллографа и кодной клемме для подключения исследуемого объекта, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения времени установления тока на выходах сверхбыстродействующих ЦАП, в него введены элемент регулируемой задержки, истоковый повторитель, токовый ключ, четьгре диода Шоттки, генератор втекающего тока, генератор вытекающего тока, источник напряжения положительной полярности, два резистора, пассивный фильтр нижних частот, причем другая клемма для подключения исследуемого объекта соединена через первый резистор с общей шиной,с катодом первого диода Шоттки, с анодом второго и катодом третьего диодов Шоттки и через последовательно соединенные пассивный фильтр нижних частот и истоковый повторитель с вторым входом осциллографа, катод второго и анод € третьего диодов Шоттки соединены с общей шиной, катод четвертого дио (Л да Шоттки подключен через второй резистор к источнику напряжения.положительной полярности и с генератором вытекающего тока через токовый ключ, управляющий вход которого через элемент регулируемой задержки соединен с выходом генератора импульсов, аноды первого и четвертого диодов Шоттки подключены к генератору втекающего тока.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11)

151) 4 G 01 R 29/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3748896/24-21 (22) 01.06.34 (46) 23.12.85.Бюл. У 47 (72) А.М.Ромашов (53) 621.317.75(088.8) (56) Shoenwetter К., Sensitive А.

Analog Compaxator ТЕЕЕ Transactions

on instrumentation and measurement.

vol. ХМ-31 N 04, December 1982.

Бахтиаров Г.Д.,Маланин В.В., Школин В.П. Аналого-цифровые преобразователи. М.: Советское радио, 1980, с. 244, 84. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ

СВЕРХБЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (ЦАП), содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к первому входу осциллографа и к. одной клемме для подключения исследуемого объекта, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения времени установления тока на

:выходах сверхбыстродействующих ЦАП, в него введены элемент регулируемой задержки, истоковый повторитель, токовый ключ, четыре диода Шоттки, генератор втекающего тока, генератор вытекающего тока, источник напряжения положительной полярности, два резистора, пассивный фильтр нижних частот, причем другая клемма для подключения исследуемого объекта соединена через первый резистор с обшей шиной,с катодом первого диода Шоттки, с анодом второго и катодом третьего диодов Шоттки и через последовательно соединенные пассивный фильтр нижних частот и истоковый повторитель с вторым входом осциллографа, катод второго и анод третьего диодов Шоттки соединены с общей шиной, катод четвертого диода Шоттки подключен через второй резистор к источнику напряжения.положительной полярности и с генератором вытекающего тока через токовый ключ, управляющий вход которого через элемент регулируемой задержки соединен с выходом генератора импульсов, аноды первого и четвертого диодов Шоттки подключены к генератору втекающего тока.

Изобретение относится к измерительной технике, и предназначено для точного измерения времени установления тока на выходах .сверхбыстродействующих цифроаналоговых преобразователей (ЦАП ) ..

Целью изобретения является повышение точности измерения времени установления токов на выходах сверх быстродействующих ЦАПов.

На фиг.1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — графики работы устройства.

Устройство содержит генератор 1 импульсов; цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2 ; резистор 3; диод

Шоттки 4; диод Шоттки 5; генератор 6 втекающего тока; резистор 7; токо-. вый ключ 8; генератор вытекающего тока 9; элемент 10 регулируемой задержки;)диод Шоттки 11;. диод Шоттки

12; пассивный фильтр 13 нижних частот; истоковый повторитель 14 и осциллограф 15, при этом генератор 1 импульсов выходом подключен к входу данных ЦАП 2, входу элемента 10 регулируемой задержки, первому входу осциллографа 15, выход ЦАП 2 подключен к одному отводу резистора 3, вторым соединенного с общей шиной, к катоду диода 4 Шоттки, к катоду диода 11 Шоттки, к, аноду диода 12

Шоттки, и через пассивный фильтр 13 нижних частот к истоковому повторителю 14, анод диода 11 Шоттки и катод диода 12 Шоттки соединены с общей шиной, выход истокового повторителя 14 подключен к второму входу осциллографа 15, генератор 6 втекающего тока подключен к анодам диодов 4 и 5 Шоттки, катод диода 5 Шоттки через резистор 7 подключен к источнику положительного напряжения, а также через токовый ключ 8 к генератору 9 вытекающего тока, управляющий вход токового ключа 8 подключен к выходу элемента 10 регулируемой задержки.

Работа устройства при заданном логическом уровне (статика) заключается в следующем. Пусть на выходе генератора 1 импульсов логическая "1". При этом ключ 8 разомкнут и генератор 9 тока отключен, при этом на катоде диода 5 Шоттки присутствует запирающей его положительный потенциал, диод 4 Шоттки открыт. На выходе ЦАП 2 сформи1200203 2 рован выходной ток I „„ . Ток генератора 6 I1 протекает через диод 4

Шоттки на выходе ЦАП 2 (выходной ток

ЦАП 2 выбран равным току Ii втекающего генератора, т.е. 1,„= †1 ), поэтому на резисторе 3 нулевое напряжение.

Пусть на выходе генератора 1 импульсов логический "0", при этом выходной ток ЦАП 2 равен нулю, ключ 8

1О замкнут нулевым уровнем с генератора 1 импульсов н за счет тока Т re55

Шоттки на выход ЦАП 2, а так как

I „=I, то на резисторе 3 нулевое напряжение U (фиг.2, работа в статике). При переходе виходного нератора 9 тока, протекающего через второй. резистор 7, на катоде диода

15 5 Шоттки сформирован отрицательный уровень, при. этом диод 5 Шоттки открыт и ток I с генератора 6 втекающего тока проходит через диод 5

Шоттки и ключ 8 на генератор 9 вытекающего тока. Величина тока I< генератора 9 вытекающего тока должна быть больше, чем величина тока I< генератора 6 втекающего тока для того, чтобы разностным током на катоде дио да 5 Шоттки поддерживался отрицатель ным уровень за счет падения напряжения на резисторе 7. Диод 4 Шоттки закрыт, и на резисторе 3 нулевое падение напряжения.

З0 Для того, чтобы измерять малое время установления погрешностью установления менее 0,2%, необходимо работать с осциллографом на высокой чувствительности. При этом осцил лограф не должен перегружаться либо иметь малое время восстановления, намного меньшее, чем измеряемое время установления. Однако осциллографы с временем восстановления менее

40 чем 20 нс с погрешностью восстановления 0,2% неизвестны, Как видно из рассмотрения работы устройства, при заданном логическом уровне (постоянном) оно не перегружается.

Работа устройства при переходе с одного логического уровня на другой динамика) заключается в следующем. Пусть в начальный момент на выходе генератора 1 импульсов логи50 ческий уровень "1" (U, фиг.2), выходной ток ЦАП 2 равен I ц,(фиг.2)

I „,1,, диод 4 открыт (диод 5 Шоттки закрыт) и ток I„ (I фиг.2) генератора 6 тока протекает через диод 4

1200203 уровня генератора 1 импульсов с логической "1 на логический "0 (фиг.2 U< ), выходной ток ЦАП 2 I зыби с некоторой задержкой начинает

1 уменьшаться, стремясь к нулю (фиг, 2), т.е. формируется фронт сигнала на выходе ЦАП 2 .

В это время диод 4 Шоттки еще открыт. и через него проходит постоянный ток II с генератора 6.втекающего тока (фиг.2). Разность токов

Izb z и II возрастает и на резисторе 3 растет положительное напряжение (фиг.3 Ug).В момент времени,соответствующий примерно середине фронта выходного тока IIAII 2 Iвы„(фиг.2, точка б, I „), осуществляется переключение диодов 4 и 5 Шоттки и при этом диод 4 запирается, диод 5 открывается и ток Е генератора 6

1 втекающего тока протекает через диод 5 Шоттки, замкнутый ключ 8 на генератор 9 вытекающего тока. Так как в момент переключения диодов 4 и 5

Шоттки выходной ток I, ЦАП 2 имеет некоторое значение (I,„ точка б, фиг.2), то на резисторе 3 напряжение с положительного переключается на отрицательное. При дальнейшем уменьшении выходного тока ЦАП 2

I,z до нуля (фиг.2) отрицательное напряжение на резисторе 3 U тоже стремится к нулю (фиг.2 U ) со г скоростью, с которой уменьшается выходной ток ЦАП 2 I > „. Так как фронт выходного тока ЦАП 2 I „„ сверхбыстродействующих ЦАПов имеет малую длительность (менее 10 нс), то длительность выбросов мала.

Чомент переключения диодов 4 и 5 регулируется с помощью элемента 10 регулируемой задержки, на вход кото- . рого подается перепад логического уровня из. "1" в "0" с выхода генератора 1 импульсов, одновременно с.подачей перепада на вход данных ЦАП 2.

С выхода элемента 10 регулируемой задержки перепад поступает на управляющий вход ключа 8, замыкая его.

При этом ток Ег генератора 9 вытекающего тока, протекая через резистор 7, формирует. отрицательный уровень напряжения на катоде диода 5 (фиг.?, Пз) и открывает его. Ток Е1

l генератора 6 втекающего тока протекает теперь на генератор 9 вытекающего тока через диод 5 Шоттки.

Величина выбросов напряжения U

2 на резисторе 3 (фиг.2) может иметь большую величину. Если переключение диодов 4 и 5 осуществляется точно по середине отрицательного фронта выходного тока ЦАП 2 Хц,, (фиг.2, точка б, Е „,), то величина выбросов равна мсю х

Е 8ых

t0 2 где R — сопротивление резистора 3. мах

При I„,„„= -=40 мА и R = 25 Ом величина выбросов равна 0,5 В, поэтому при измерении времени установления при погрешности установления 0,27 когда необходимо использовать осциллограф с чувствительностью менее

5 мВ/см, осциллограф перегружается.

Для уменьшения амплитуды коротких

20 выбросов используются диады 11 и 12, в качестве которых взяты диоды Шоттки. Эти диоды Шоттки имеют высокое быстродействие и ограничивают выбросы на уровне + 0,3 В (фиг.2 Ц ).

25 Дпя дальнейшего уменьшения выбросов используется пассивный фильтр 13 нижних частот.

Частота среза выбрана таким обра30 зом, чтобы не увеличивать измеряемое время установления. Так как поставле на задача измерять время установления около 40 нс при погрешности измерения 0,27, то используется фильтр с полосой пропускания 25 МГц. Фильтр

13 эффективно уменьшает выбросы (фиг.2 U4 ), что позволяет измерять время установления 40 нс при погрешности установления 0,27. без перегрузки осциллографа с чувствитель40 ностью 5 мВ/см. Задержка сигнала в фильтре 13 равна t< (фиг.2 U<). Дпя того, чтобы исключить влияние входных параметров осциллографа емкости соединительного кабеля на резуль45 таты измерении, используется истоковый повторитель с входной емкостью

4 пФ. Время задержки в истоковом пов торителе равно t (фиг.2, U ).

50 Данное устройство используется для измерения времени установления при перепаде тока с I в ноль на

0йх выходе ЦАП. При этом диод 4 запирается, поэтому переходные процессы

55 этого диода практически не сказываются на результат измерения при измерении t>, около 40 нс с погрешностью установления 0,27.

Фиа.2

ВНИИПИ Заказ 7861/50 Тираж 747 Подписное филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул.Проектйая, 4

5 12

Сам процесс измерения осуществляется следующим образом.

На первый вход осциллографа 15 выводится сигнал с выхода генератора

1 импульсов (фиг.2, U,). Синхронизация осциллографа — внутренняя и осуществляется от перепада из "1" в

"0" на выходе генератора 1 импульсов.Чувствительность по первому входу осциллографа 15 около 1 В/см и осциллограф не перегружается.. На второй вход осциллографа 15 подается сигнал с выхода истокового повторителя 14 (фиг.2, U ). Чувствительность по второму входу несколько мВ/см, однако осциллограф 15 не перегружается при этом. Производится измерение времени и по экрану осциллографа, т.е.. времени от середины отрицательного фронта из "1" в "0"

00203 ь перепада напряжения на выходе генератора 1 импульсов (< иг.2, точка а

U ) до момента установления с заданной погрешностью (фиг.2, точка е, > Ug). Время установления равно t+.минус задержки в пассивном фильтре 13 нижних частот tq и в истоковом повторителе 14 t>, Время t 1 — время задержки ЦАП. Генератор 1 импульсов

1р работает в периодическом режиме, фор. мнруя импульсы с большим периодом.

В качестве генератора импульсов могут быть взяты генераторы Г5-60, Г5-66, обладающие хорошими .времен15 ными характеристиками, илн сформирован автогенератор на логических . элементах.

В качестве пассивного фильтра нижних частот может быть использова20 на просто RC-цепочка.