Измеритель времени установления выходного напряжения цифроаналоговых преобразователей

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

6612 А 1 (19) (lf) (д1) 4 Н 03 М 1/66

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3778464/24-24 (22) 09.08.84 (46) 07.06,86.Бюл. М 21 (71} Московский институт электронной техники (72) В.И.Осокин и С,М.Некрасов (53) 681. 325 (088. 8) (56) Электроника, 1962, N- 12, с. 61., Авторское свидетельство СССР

У 603121, кл. Н 03 К 13/32, 1976. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕНИ УСТАНОВЛЕНИЯ . ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ЦИФРОАНАЛОГОВЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ (57) Изобретение отнрсится к электроизмерительной технике и позволяет повысить точность измерения времени, установления выходного напряжения цифроаналоговых преобразователей (ЦАП) за счет исключения погрешности, обусловленной помехой, и повысить помехоустойчивость за счет исключения -ложных срабатываний нульорганов ° По сигналу "Пуск" блок 4 управления первым импульсным сигналом замыкает ключ 6 и на выходе интегратора 10 формируется напряжение, обратное выходному напряжению контролируемого ЦАП 2,поступающему на первый вход суммирующего блока 5, Выходное напряжение интегратора 1О поступает на второй вход блока 5 и на выходе суммирующего блока 5 и входах нульорганов 7, 8 образуется напряжение, близкое к О. Вторым импульсным сиг12366 2 налом с блока 4 управления запускается задающий генератор 1, обеспечивающий периодическую смену кодовой комбинации на цифровых входах

ЦАП 2. Исследование переходного процесса, подаваемого на входы нуль-органов 7, 8, осуществляется путем их стробирования, начиная с момента времени t °, заведомо превышающего время

Э установления и перемещения строб-импульса по временной оси к началу пе- " реходного процесса до момента срабатывания одного из нуль-органов 7, 8

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения динамических параметров преобразователь пах устройств, в частности для измерения времени установления выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет ис- !О ключения погрешности обусловленной синфазной помехой и повьппение помехоустойчивости за счет исключения ложнь1х срабатываний нуль-органов.

На фиг.! представлена блок-схема !5 измерителя времени установления выходного сигнала цифроаналогового преобразователя; на фиг. 2 — временные диаграммы его работы; на фиг.3 — схема формирователя кодов: на фиг.4 — 20 схема блока управления.

Устройство (фиг ° 1) содержит задающий генератор 1, формирующий управляющий сигнал цифровых входов контролируемого цифроаналогового преобра- 25 зователя 2,, формирователь 3 кодов, блок 4 управления, суммирующий блок

5, ключ 6, первый 7 и второй 8 нульорганы, эпемент ИЛИ 9, интегратор 10, первый 11 и второй 12 счетчики импульсов, первый 13 и второй 14 триггеры, формирователь 15 строб †импульса, элемент 16 запрета, блок 7 измерения длительности импульса, клеммы

18-2! подключения контролируемого цифроаналогового преобразователя 2 к устройству, причем первый и второй при превышении допустимого отклонения исследуемого процесса до установившегося значения. Формирование и перемещение строб-импульса реализуется блоком 15. Счетчики 11, 12, триггер 13 и элемент запрета 16 служат для надежного определения момента достижения значения границы зоны допуска, при достижении которой длительность импульсов на выходе триггера 1«, измеренная в блоке 17, будет равна времени установления ЦАП. ! з,п. ф-лы, 4 ил.

2 (против офаз ные } выходы з адающего генератора 1 подключены к входам формирователя 3 кодов, выход которого подключен к выходной клемме 18 устройства. Входная клемма 19 устройства соединена = первым входом суммирующего блока 5. Выход. суммирующего блока 5 подключен к входам первого 7 и второго 8 нуль-органов и через ключ 6 — к входу интегратора 10, выход которого связан с вторым входом суммирующего блока 5. Выходы нуль-органов 7 и 8 через элемент ИЛИ 9 подключены к счетному входу первого счетчика 11 импульсов, выход которого соединен с $-входом первого триггера 13, второй выход задающего генератора 1 соединен с первым входом фор мирователя !5 строб-импульса и Sвходом второго триггера 14. Выход формирователя строб-импульса 15 соединен с управляющими (стробирующими1 входами первого 7 и второго 8 нульорганов, с R-входом второго триггера 14 и счетным входом второго счетчика 12 импульсов. Выход второго счетчика 12 импульсов подключен к обнупяющему входу первого счетчика импульсов и к второму входу элемента 16 запрета, первый вход которого соединен с выходом первого триггера 13. Выход элемента 1б запрета подключен к второму входу формирователя 15 строб-импульса. Выход второго триггера 14 соединен с входом блока !7 измерения длительности импульсов ° Первый выход блока 4 управле1236612 ния связан с входом задающего генератора 1, обнуляющим входом второго счетчика 12 и входом первого триггера 13, а второй и третий выходы — с управляющими входами ключа 6 и формирователя 3 кодов.

Формирователь строб-импульса 15 (фиг.3) содержит генератор 22 пилообразного напряжения, нуль-орган 23, формирователь 24 импульса, формиро- lp ватель 25 порогового напряжения, причем запускающий вход генератора 22 пилообразного напряжения соединен с одним из выходов задающего генератора 1. Выход генератора 22 пилообразного напряжения подключен к первому входу нуль-органа 23, второй вход которого соединен с выходом формирователя 25 порогового напряжения.

Вход формирователя 25 порогового на- ур пряжения соединен с выходом элемента

16 запрета. Выход нуль-органа 23 подключен к входу формирователя 24 импульсов, выход которого связан с входами сброса генератора 22 пилообразного напряжения, R-входам триггера

14, со стробирующими входами нуль-органов 7 и 8 и счетным входом счетчика 12 импульсов.

Схема формирователя 3 кодов состоит иэ переключателей на два положения. Сигнал на каждый цифровой вход формируется с помощью двух последовательно включенных переключателей. Такая комбинация включения пе35 реключателей позволяет формировать на каждом цифровом входе контролируемого преобразователя либо динамический (меняющийся во времени) сигнал с одного из двух противофазных выхо<0 дов задающего генератора, либо стаtt tt тиче ский сигнал логического 0, постоя нный на в се время измерения .

Схема блока 4 управления (фи г ° 4) состоит из двух последовательно вклю- ченных ждущих муль тивибр аторов 26 и

2 7 . Ждущий мультивибр атор 2 6 обеспечивает формирование управляющего сигнала для замыкания ключа 6 и з а.пуска задним фронтом своего импульса ждущего мультивибр атора 2 7 . Ждущий мультивибр а тор 2 7 формирует управляющие си гн алы для запуска перед. ним фронтом своего импульса э адающего генератора 1, установку в 0 зад- 5 g ним фронтом своего импульса триг гера 1 3 и обнуления счетчика 1 2 импульсов .

Суммирующий блок 5 может быть выполнен на одних резисторах (поскольку выходные напряжения контролируемого преобразователя 2 и интегратора 10 разнополярны) или на резисторах и широкополосном операционном усилителе, В качестве нуль-органов 7 и 8 используются стробируемые компараторы напряжения, например такие, как компараторы в интегральном исполнении 597СА 1. В качестве формирователя 25 порогового напряжения может быть использован интегратор,. выходное напряжение которого меняется дискретно (имеет ступенчатую форму) под действием выходного импульса элемента 16 запрета, появляющегося в момент переполнения счетчика 12 импульсов.

Устройство работает следующим образом.

1лемму 18 соединяют с клеммой 20, а клемму 19 — с клеммой 21, при этом контролируемый цифроаналоговый преобразователь 2 подключается к измерителю времени установления.

В исходном состоянии задающий генератор заторможен и на одном из его выходов присутствует напряжение, соответствующее логической единице цифровых входов контролируемого цифроаналогового преобразователя 2, а на другом — логическому нулю. Формирователь 3 кодов позволяет сформировать произвольную комбинацию входного воздействия на цифровые входы, соответствующую любой точке характеристики контролируемоro преобразователя 2, что обеспечивает контроль времени установления в любой точке его характеристики и при смене любых смежных кодовых комбинаций. Так, например, если необходимо измерить время установления полной шкалы цифроаналогового преобразователя 2, т.е. время с момента подачи на все его цифровые входы логической единицы до момента установления выходного сигнала преобразователя 2 до установившегося уровня с погрешностью 1/2 единицы младшего разряда, в исходном состоя- нии с помощью формирователя 3 кодов и блока 4 управления все цифровые входы подключаются к выходу задающего генератора 1, на котором присут1236612 ствует напряжение, соответствующее логической единице.

Если требуется определить время установления при включении, например, 5 всех разрядов, кроме старшего, старший разряд с помощью формирователя

3 кодов подключается на все время проведения измерительной операции к логическому нулю, остальные разряд, — к выходу задающего генератора

1 с логической единицей в исходном состоянии. В случае измерения времени установления при смене смежных кодовых комбинаций, например, при смене кода 011...1 на 100...0, в исходном состоянии цифровой вход старшего разряда контролируемого преобразователя 2 с помощью формирователя 3 кодов подключается к выходу задающего генератора 1, имеющего логический ноль, остальные разряды — к выходу задающего генератора 1, имеющего логическую единицу.

Следовательно, в исходном состоянии выходной сигнал цифроаналогового преобразователя 2 соответствует установившемуся его значению в проверяемой точке характеристики.

По команде оператора "Пуск" происходит запуск ждущего мультивибратора 26 в блоке 4 управления (фиг.4), выходной импульс которого замыкает ключ 6 (фиг.l). При этом выходное напряжение контролируемого цифроаналогового преобразователя 2, поступая через суммирующий блок 5 и ключ 6 на вход интегратора 10, вызывает увеличение абсолютного значения его выходного напряжения, полярность которого противоположна полярности выходного

40 напряжения контролируемого преобразователя 2. В результате результирующий сигнал на выходе суммирующего блока начинает уменьшаться. По окончании переходного процесса установив45 шееся значение выходного напряжения

,îíòðîëèðóåìîãî преобразователя 2 полностью компенсируется выходным напряжением интегратора 10 и на выходе суммирующего блока 5 устанавлив".ется напряжение близкое к нулю и равное смещению нуля интегратора 10.

Uo окончании длительности импульса ждущего мультивибратора 26 блока управления ключ 6 размыкается и задним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 26 происходит запуск ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления. Передним фронтом выходного импульса ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления происходит запуск задающего генератора обеспечивающего периодическую (с определенной частотой) смену кодовой комбинации на цифровых входах контролируемого преобразователя 2.

Так, для приведенных выше примеров в первом случае периодически меняются кодовые комбинации 111...1 —

-000...0, во втором случае 011...1—--000...0,в третьем случае 011...1

100...0, При этом с частотой задающего генератора 1 происходит периодическое изменение выходного сигнала контролируемого преобразователя 2(фиг.2б).

Л поскольку в исходном состоянии искомое установившееся значение выходного .сигнала преобразователя 2 было скомпенсировано выходным сигналом интегратора 10 (и сигнал компенсации после размыкания ключа 6 поддерживается интегратором 10 постоянным), исследуемый переходный процесс на выходе суммирующего блока 5 располагается относительно нулевой линии независимо от выбранной контролируемой точки и наклона характеристики контролируемого преобразователя 2.

Выходной сигнал суммирующего блока 5 подается на входы стробируемых нульорганов 7 и 8, один из которых (с учетом коэффициента преобразования суммирующего блока 5) имеет порог срабатывания, превышающий значение

+1/2 единицы младшего разряда ь контролируемого преобразователя 2, а другой — превышающий — -1/26

Частота задающего генератора i выбирается таким образом, чтобы длительность его импульсов Т/2 (на фиг.2a)„ формирующих искомое установившееся значение выходного сигнала контролируемого преобразователя 2, превышала максимальное измеряемое значение времени установления. Исследование переходного процесса, подаваемого на входы нуль-органов 7 и 8, осуществляется путем их стробирования, начиная с,момента времени заведомо превышающего время установления, и перемещения строб-импульса по временной оси к началу переходного процесса до момента срабатывания одного из нуль-органов 7 и 8 при превышении -1/2й отклонения ис1236 следуемого процесса от установившегося значения. Формирование и перемещение строб-импульса осуществляется следующим образом.

Передним фронтом импульса задающего генератора 1, совпадающим с началом переходного процесса, происходит запуск генератора. 22 пилообразного напряжения, возрастающий сигнал которого (фиг.28) поступает на один из входов нуль-органа 23. В момент превышения пилообразным напряжением порогового напряжения, формируемого формирователем 25 порогового напряжения, нуль-орган 23 срабатывает и с помощью формирователя 24 импульсов обеспечивает формирование строб-импульса. Крутизна выходного сигнала генератора 22 пилообразного напряжения и значение начального порогового напряжения нуль-органа 23 выбираются таким образом, что строб-импульс в начальный момент расположен на временной оси на участке заведомо установившегося переходного процесса выходного сигнала контролируемого преобразователя 2. Поэтому значение исследуемого сигнала, поступающего на нуль-органы 7 и 8 в момент строб-импульса, находится в зоне допуска в нуль-органы 7 и 8 не срабатывают ° При этом первый счетчик 11 импульсов остается в обнуленном состоянии, а первый триггер !3 — в нормализованном, обе- З5 спечивая возможность прохождения импульсов с выхода второго счетчика 12 импульсов через элемент 16 запрета на формирователь 25 порогового напряжения. 4О

Строб-импульсы с частотой сканирования переходного процесса (т.е. .с частотой задающего генератора 1) заполняют предварительно обнуленный второй счетчик 12 импульсов. При при-45 ходе N-го импульса происходит переполнение второго счетчика 12 импульсов и импульс переполнения через элемент 16 запрета поступает на формирователь 25 порогового напряжения, SO уменьшая пороговое значение напряжения нуль-органа 23 на величину 6U.

При крутизне V выходного сигнала генератора 22 пилообразного напряжения это приведет к перемещению момента 55 срабатывания нуль-органа 23, а, следовательно, и момента формирования строб-импульса к началу переходного

612 8

М1 процесса на величину = — . Кроме

U того, импульс переполнения второго счетчика 12 импульсов обнуляет первый счетчик 11 импульсов, после чего происходит исследование характерисгики в новой точке переходного процесса.

Если и в этой точке переходной процесс находится в зоне допуска, по окончании N повторяющихся переходных процессов вновь происходит переполнение второго счетчика 12 импульсов и перемещение строб-импульса по временной оси на Лt к началу переходного процесса. Перемещение строб-импульса будет происходить до тех пор, пока переходной процесс приблизится к границе зоны допуска (по- ложительному или отрицательному значению). При этом в зависимости от полярности отклонения исследуемого сигнала от установившегося значения начинает срабатывать один из нульорганов 7 или 8, заполняя своими выходными импульсами первый счетчик

11 импульсов. Если срабатывание нульорганов 7 и 8 неустойчивое, нерегулярное и за N переходных процессов не превысит числа N/2 (что возможно в случае воздействия на нуль-органы

7 и 8 различного рода помех, шумов и т.д., накладываемых на исследуемый сигнал, особенно проявляемых при приближении переходного процесса к зоне допуска), переполнение первого счетчика 11 импульсов не происходит и импульс переполнения второго счетчика

12 импульсов по окончании N сканирований переходного процесса, обнуляя первый счетчик 11 импульсов, перемещает строб-импульс еще на величину

àt обеспечивая устойчивое срабатывание одного из нуль-органов 7 и 8, что является признаком достижения переходным процессом границы зоны допуск а.

В этом случае число срабатываний одного из нуль-органов 7 или 8 до окончания очередного цикла N сканирований переходного процесса превысит число N/2, что приводит к переполнению первого счетчика 11 импульсов, выходной импульс которого опрокидывает первый триггер 13, запрещая прохождение импульса переполнения второго счетчика 12 импульсов на формирователь 25 порогового напряжения.

По окончании цикла сканирования им23eei2 пульс переполнения второго счетчика

12 импульсов, обнуляя первый счетчик 11 импульсов, не проходит на формирователь 25 порогового напряжения, что сохраняет неизменным уровень сра- 5 батывания нуль-органа 23, а, следовательно, и расположение строб-импульса на временной оси. При возвращении ждущего мультивибратора 27 блока 4 управления (фиг.4) в исходное состоя- 10 ние задним фронтом его выходного импульса происходит обнуление второго счетчика 12 импульсов и нормализация первого триггера 13, после чего процесс измерения может быть повторен. При периодическом повторении циклов сканирования устойчивое срабатывание нуль-органов 7 или 8 обеспечит неизменное положение строб.импульса на временной оси, момент появления которого и является моментам окончания переходного процесса ис следу eMo r о сигнала.

Поскольку моменты запуска и нор25 малиэации второго триггера 14 определяются соответственно передним фронтом импульсов задающего генератора 1, совпадающим с началом исследуемого переходного процесса, и строб-импульсом, периодическое появление которого совпадает с моментам достижения исследуемого переходного процесса своего установившегося значения, длительность выходных импульсов второго триггера 14, пов- 35 торяющихся с частотой Й задающего генератора 1, в конце измеритель.ного цикла равна длительности переходного процесса исследуемого сигнала {фиг,2p). Поэтому, результат 40 измерения длительности выходных импульсов второго триггера 14 с помощью блока 17 измерения длительнос— ти импульсов и является результатом измерения времени установления циф- 45 рааналагового преобразователя.

Поскольку частота задающего генератора 1 постоянна, при обеспечении постоянства амплитуды Б импульсов второго триггера !4 в качестве из- 50 мерителя 17 длительности импульсов можно использовать преобразователь среднего значения импульсного сигнала в пропорциональное напряжение постоянного тока, так как в этом 55 случае его выходное напряжение U „„ однозначно определяет длительность преобразуемьгх импульсов, а, следавательна, и длительность переходного процесса, т.е. в этом случае

При этом, поскольку выходные импульсы второго триггера 14 однопОлярны, наиболее просто можно реализовать преобразователь среднего значения на базе операционного усилителя, включенного по схеме апериадическаго звена, т.е. когда параллельно ега сопротивлению обратной связи: включается накопительный (интегрирующий) конденсатор.

Формула иэ обретения

1. Измеритель времени установления выходного напряжения цифроаналоговых преобразователей, содержащий задающий генератор, формирователь кодов, выход которого является выходом устройства, первый нуль-орган, элемент ИЛИ, первый триггер, первый счетчик импульсов, а т л и ч а ю— шийся тем„ что, с целью повышения точности измерения и помехоустойчивости, в него введены суммиру" ющий блок, интегратор, ключ, второй нуль-орган, второй счетчик импульсов, второй триггер, формирователь стробимпульса, элемент запрета, блок измерения длительности импульсов и блок управления, первый выход которого соединен с входам задающего генератора, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам формирователя коцав соответственна, третьи входы которо— га являются шинами входного кода устройства, входная шина устройства соединена с первым входом суммирующего блока, выход суммирующего блока подключен к входам первого и второго нуль-органов и информационному входу ключа,:выход которого через интегратор соединен с вторым входом суммирующего блока,, а управляющий вход— с вторым выходом блока управления, вход которого является ниной нПуск", второй:вход формирователя кодов объединен с S-входам второго триггера и первым входом формирователя стробимпульса, выход которого подключен к упра)зляющим входам первого и второго нуль-органов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ„ выход которого подключен к счетному входу

1236612

12 первого счетчика импульсов, выход которого соединен с S-входом первого триггера, выход которого подключен к первому входу элемента запрета, выход которого соединен с вторым входом формирователя строб-импульса, выход которого подключен к R-входу второго триггера и счетному входу второго счетчика импульсов, вход обнуления которого объединен с R-входом первого триггера и подключен к первому выходу блока управления, а выход второго счетчика импульсов соединен с входом обнуления первого счетчика импульсов и вторым входом элемента запрета, выход второго триггера подключен к входу блока измерения длительности импульса.

2. Измеритель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления содержит последовательно включенные первый и второй ждущие мультивибраторы, причем вход первого ждущего мультивибратора является входом

t0 блошка управления, выход первого ждущего мультивибратора является вторым выходом блока управления, выход второго ждущего мультивибратора является первым выходом блока управле15 ния.

123б612

С лМЬощего га ерою ая

Редактор В.Иванова

Заказ 3098/58 Тираж 816

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Y(-35, Раущская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная, 4

На цц(рро5ье БхаР Я1 конп ралируСЯ Рй7 4ЖОф "Y 8zmezs Г ж генера юоо /

Я)ЭИЕГЮ ЗЯ Я !

>. C Ют

Составитель А.Симагин

Техред H Попович Корректор Т.Колб