Устройство для сравнения сигналов

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для контроля и поиска неисправностей в устройствах СВЧ, содержащих p-i-n диоды, например в фазовращателях, многокаскадных переключателях и других. Технический результат заключается в упрощении устройства за счет исключения эталонного сигнала или высокоточного электрического колебания. Устройство содержит пороговые элементы (1-4), число которых равно числу входных сигналов (7-10) и в качестве которых могут быть использованы быстродействующие аналоговые компараторы. Входные сигналы сравниваются с пороговым напряжением (11), уровень которого совпадает с наиболее крутыми участками фронтов входных сигналов. В результате на выходе пороговых элементов (1-4) формируются импульсы, которые могут обрабатываться с помощью логических микросхем: ИЛИ (12), И-НЕ (13) и И (5), выбранной серии, в которых вычисляется разница между самым коротким и самым длинным входным сигналом. Если эта разница превышает известную величину, то делается вывод об отказе СВЧ устройства. 5 ил.

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для контроля и поиска неисправностей тех устройств СВЧ, в которых применены p-i-n диоды, например, в фазовращателях или многокаскадных переключателях.

Известно устройство контроля длительности импульсов [1], которое обеспечивает непрерывный допусковый контроль длительности входных импульсов.

Устройство содержит генератор импульсов, формирователь переднего фронта, счетчик, дешифратор, триггеры, запоминающее устройство, элементы И, ИЛИ, НЕ. По переднему фронту входного импульса на вход счетчика начинают поступать импульсы с генератора. По окончании счета на одном из выходов дешифратора, входы которого соединены с разрядными выходами счетчика, появляется сигнал. Длительность входного импульса соответствует номеру выхода дешифратора, на котором появляется сигнал по окончании счета. Если входной импульс вне поля допуска, то на выходах дешифратора - логический "0". Номер выхода дешифратора (всего может быть "n" значений) заносится в запоминающее устройство. Недостаток устройства в том, что оно сложно, в частности требуется высокостабильный и точный генератор импульсов.

Известен селектор минимального сигнала [2], наиболее близкий к предлагаемому устройству. Селектор содержит n компараторов, первые входы которых являются информационными входами селектора, вторые входы компараторов объединены и на них через интегрирующий фильтр подается опорное напряжение от источника опорных напряжений, выходы компараторов соединены с соответствующими входами элемента И-НЕ и информационными входами соответствующих разрядов запоминающего регистра. Селектор содержит также формирователь импульсов, переключатель, n ключей, первые входы которых соединены с информационными входами селектора, вторые входы ключей соединены с соответствующими выходами регистра, а выходы ключей соединены и являются информационным выходом селектора, выходы регистра являются адресными выходами устройства. С помощью селектора определяется вход, на который поступает минимальный сигнал. Номер этого входа определяется «нулем» в соответствующем разряде выходного кода регистра, т.е. на адресных выходах селектора. Величину минимального сигнала можно измерить на информационном выходе селектора.

Недостаток устройства заключается в том, что оно является сложным.

Предлагаемым изобретением решается задача упрощения устройства.

Для этого в устройство для сравнения сигналов, содержащее n пороговых элементов, первые входы которых являются входами устройства, вторые входы объединены между собой и являются входом устройства, на который подается пороговое напряжение, а выходы пороговых элементов соединены с соответствующими входами элемента И-НЕ, введены элемент ИЛИ и элемент И, выход которого является выходом устройства, причем выходы пороговых элементов соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, а входы элемента И соединены с выходами элемента И-НЕ и элемента ИЛИ.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для сравнения четырех сигналов.

На фиг.2 приведена схема электрическая принципиальная четырехкаскадного СВЧ переключателя и его устройства управления.

На фиг.3 приведены временные диаграммы напряжения на p-i-n диодах.

На фиг.4 приведены временные диаграммы входных и выходных сигналов устройства.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в том, что в нем определяется разница Δτ между самым коротким и самым длинным импульсом, которые имеют место на выходах идентичных разрядов СВЧ фазовращателя или идентичных каскадов СВЧ переключателя. Если p-i-n диоды в идентичных разрядах или каскадах СВЧ устройства исправны, то выходные импульсы по длительности мало отличаются друг от друга и величина Δτ составляет доли микросекунды. При обрыве p-i-n диода в одном из разрядов или каскадов СВЧ устройства Δτ может достигать единиц микросекунд, что является признаком неисправности.

Устройство для сравнения, например, четырех сигналов, приведенное на фиг.1, содержит пороговые элементы 1, 2, 3, 4, элемент И 5 выход 6, которого является выходом устройства, первые входы пороговых элементов 7, 8, 9, 10 являются входами устройства. Вторые входы пороговых элементов объединены между собой. На этот объединенный вход 11 подается пороговое напряжение. Устройство содержит также элемент ИЛИ 12, элемент И-НЕ 13, выходы которых соединены с входом элемента И 5, а выходы элементов ИЛИ 12 и И-НЕ 13 соединены с выходами пороговых элементов.

Вариант четырехкаскадного СВЧ переключателя (фиг.2), который выпускается серийно, содержит первый 15, второй 16, третий 17, четвертый 18 каскады, в каждом из которых применены по два параллельно включенных p-i-n диода.

На p-i-n диоды задается положительное или отрицательное смещение с помощью транзисторных ключей 19. Ключи 19 открываются или закрываются сигналом с выхода усилителя постоянного тока 20. На фиг.2 показан также оконечный транзистор микросхемы 21 с открытым коллектором. Микросхема расположена в интерфейсной плате ЭВМ (не показано). С помощью источника постоянного тока 22 на p-i-n диоды задается положительное смещение, с помощью источника постоянного тока 23 - отрицательное смещение. На выходах 24, 25, 26, 27 имеют место положительные напряжения (около 0,6 В), если p-i-n диоды смещены в прямом направлении и по ним протекает ток, либо отрицательные напряжения, близкие к номинальному источника постоянного тока 23, если ключи 19 закрыты и p-i-n диоды смещены в обратном направлении. При переключении p-i-n диодов на выходах 24, 25, 26, 27 имеют место переходные процессы, представленные на фиг.3.

Для контроля исправности p-i-n диодов к выходам 24, 25, 26, 27 СВЧ переключателя подсоединяются входы 9, 10, 11, 12 предлагаемого устройства для сравнения сигналов.

До недавнего времени изготовители СВЧ фазовращателей, переключателей, аттенюаторов выводили на низкочастотный разъем каждый вывод каждого p-i-n диода, в частности, для того чтобы последовательно с ними можно было включить низкоомные резисторы [3], выравнивающие токи через p-i-n диоды, смещенные в прямом направлении. Это обстоятельство облегчало контроль p-i-n диодов. При коротком замыкании в p-i-n диоде по нему протекал ток и при обратном смещении. При обрыве ток через p-i-n диод не протекал и при прямом смещении.

В последнее время по мере совершенствования технологических процессов удалось разброс параметров p-i-n диодов каждого конкретного наименования сделать весьма небольшим. Это позволяет параллельно включенные p-i-n диоды соединять между собой непосредственно в СВЧ устройстве (фиг.2). Низкоомные резисторы из схемы исключаются. При этом диагностировать обрыв одного из двух соединенных параллельно p-i-n диодов известными способами не удается.

Однако остается возможность контроля работоспособности p-i-n диодов по времени рассасывания заряда при переходе их из проводящего состояния в выключенное.

Процесс рассасывания заряда в каждом разряде СВЧ переключателя, если оба включенных параллельно p-i-n диода исправны, иллюстрируется осциллограммой 28 (см. фиг.3). При обрыве одного из p-i-n диодов время рассасывания уменьшается (осциллограмма 29). На осциллограмме 30 представлен сигнал на входе усилителя постоянного тока 20.

В СВЧ переключателе, представленном на фиг.2, p-i-n диоды 15, 16, 17, 18 - 2А508А, транзисторы в ключах 19 из транзисторной матрицы 1НТ251А, в усилителе постоянного тока 20 р-n-р и n-p-n транзисторы соответственно из транзисторных матриц 2ТС622А и 1НТ251А, микросхема 21-133ЛА8. Номиналы напряжений источников тока 22, 23 - плюс 5 В и минус 6 В соответственно. При этом (см. фиг.3) импульсы на осциллограмме 28 на выходе исправного разряда СВЧ переключателя и импульсы на осциллограмме 29 на выходе разряда, в котором один из p-i-n диодов оборван, отличаются по длительности на 4 мкс на уровне, например, минус 3 В.

Устройство работает следующим образом. СВЧ переключатель в режиме функционального контроля с помощью тестового сигнала с выхода микросхемы 21 переключается из одного состояния в другое. СВЧ напряжение не включается. При этом на выходах 24, 25, 26, 27 имеют место электрические сигналы, представленные на фиг.3. Эти сигналы подаются на входы 9, 10, 11, 12 устройства для сравнения сигналов.

Из временных диаграмм 28, 29 видно, что импульсы на выходах СВЧ переключателя имеют достаточно протяженные фронты, особенно те, которые формируются при переходе p-i-n диодов из проводящего состояния в закрытое.

С помощью пороговых элементов, в качестве которых могут быть применены, например, быстродействующие аналоговые компараторы, формируют прямоугольные импульсы, длительность которых определяется пороговым уровнем, общим для всех четырех каскадов. Порог должен проходить через наиболее крутые участки фронтов, чтобы обеспечить наименьший разброс импульсов по длительности на выходах компараторов.

Оконечные каскады пороговых элементов, работающие как преобразователи уровня, преобразуют импульсные сигналы к виду, удобному для дальнейшей обработки с помощью логических элементов, например ТТЛ.

Широкая номенклатура выпускаемых операционных усилителей и компараторов позволяет выбрать наиболее подходящий прибор для конкретного СВЧ устройства.

Например, быстродействующий операционный усилитель 140УД11 работает при напряжениях питания (±5......±18) В, что позволяет запитать устройство для сравнения сигналов от тех же источников тока, что и СВЧ переключатель.

Если применить компаратор 597СА3, имеющий встроенный каскад для сопряжения с ТТЛ микросхемами, то в пороговый элемент можно не вводить выходной каскад преобразователя уровня.

Импульсные сигналы с выходов пороговых элементов представлены на временных диаграммах 31, 32, 33, 34. Если все четыре каскада СВЧ переключателя исправны, то эти импульсы отличаются друг от друга по длительности на доли микросекунды, т.к. транзисторы для ключей 19 входят в одну матрицу 1НТ251, параметры p-i-n диодов имеют небольшой разброс, пороговое напряжение для всех четырех каскадов одно и то же.

Если в одном из p-i-n диодов, например, в четвертом каскаде имеется обрыв, то длительность импульсов на выходе четвертого каскада (диаграмма 34) на 4 мкс меньше длительности остальных трех импульсов (диаграммы 31, 32, 33).

Далее импульсы с выходов пороговых элементов обрабатываются с помощью логических элементов 5, 12, 13.

Передний фронт импульса с выхода элемента ИЛИ (диаграмма 35) совпадает с передним фронтом импульса с выхода самого "быстрого" каскада, задний фронт импульса с выхода элемента ИЛИ совпадает с задним фронтом импульсов с выхода самого "медленного" каскада.

Передний фронт импульса с выхода элемента И-НЕ (диаграмма 36) совпадает с передним фронтом импульса с выхода самого "медленного" каскада, задний фронт импульса с выхода элемента И-НЕ совпадает с задним фронтом импульса с выхода самого "быстрого каскада".

Если все р-i-n диоды исправны, то на выходе элемента И 5, т.е. на выходе 6 устройства, имеют место короткие импульсы (диаграмма 37), которые обусловлены разбросом параметров элементов в идентичных каскадах.

Если в одном из каскадов имеется обрыв p-i-n диода, то на выходе 6 устройства сформируется импульс, длительность которого около 4 мкс (диаграмма 38), что является признаком неисправности СВЧ переключателя.

Таким образом, предложенное устройство для сравнения сигналов с входов СВЧ фазовращателя или СВЧ переключателя, которые содержат идентичные разряды или каскады, позволяет выявить сигнал, длительность которого отличается от остальных, при этом не применяется высокочастотное и стабильное электрическое колебание. В этом технический результат, который достигается заявленным устройством.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР №1228255, Н03К 5/26, 1986.

2. Авторское свидетельство СССР №1481804, G06G 7/02, 1989.

3. Голубков А.А. и др. Формирователи импульсов для управления диодными дискретно-коммутационными фозовращателями. «Вопросы радиоэлектроники», выпуск 4, серия общетехническая, 1982.

Устройство для сравнения сигналов, содержащее n пороговых элементов, первые входы которых являются входами устройства, вторые входы объединены между собой и являются входом устройства, на который подается пороговое напряжение, а выходы пороговых элементов соединены с соответствующими входами элемента И-НЕ, отличающееся тем, что в него введены элемент ИЛИ и элемент И, выход которого является выходом устройства, причем выходы пороговых элементов соединены с соответствующими входами элемента ИЛИ, а входы элемента И соединены с выходами элемента И-НЕ и элемента ИЛИ.