DE3016124C2 - Abgleichverfahren für elektronische Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Prüftechnik J5 für elektronische Bauelemente oder baugruppen und ist beim Offset-Abgleich von elektronischen Schaltern, insbesondere von Komparatoren und Schmitt-Triggern, anzuwenden.

Elektronische Schalter, wie Komparatoren und Schmitt-Trigger, sind übersteuerbare, also nichtlineare Verstärker, die eine analoge Eingangsspannung mit einer Referenzspannung vergleichen und daraus eine digitale Ausgangsgröße, entweder »0« oder »1«, erzeugen. Derartige Elemente schalten unter Umstän- -<⁵ den auch um, wenn die Differenzeingangsspannung nicht exakt Null ist. Diese mit »Offset« bezeichnete Fehlereigenschaft macht einen sogenannten Offset-Abgleich erforderlich, bei dem der Offset durch Veränderung des elektrischen Wertes eines Abgleichelementes (z. B. eines Widerstandes) auf Null reduziert wird. Ein solcher Offset-Abgleich ist insbesondere dann geboten, wenn elektronische Schaltelemente, die an sich einen niedrigen Offset aufweisen, mit Vorverstärkern ausgerüstet werden. Hierzu sind Abgleichverfahren üblich, bei " denen an den Arbeitseingang des Schalters eine einstellbare Gleichspannung angelegt und am Ausgang des Schalters das Umkippen in die Schaltstellungen »0« und »1« beobachtet wird. Der Abgleich erfolgt dabei schrittweise (iterativ) durch Mittelwertbildung. ^h"

Aus Gründen der Störsicherheit sind elektronische Schalter häufig mit einer Hysterese ausgestattet, die die Schaltschwelle für ansteigende Signale zu höheren Werten und für abfallende Signale zu niedrigeren Werten verschiebt. Diese Hysterese gestaltet den <" üblichen Offset-Abgleich schwierig. Verwendet man nämlich den Wechsel des Ausgangssignals von »0« auf »I« als Abgleichkriterium, so muß man bei einer Referenzspannung von 0 V die Eingangsspannung auf den halben Wert der Hysteresespannung anheben und das Abgleichelement bis zum Umschalten der Ausgangsspannung verstellen. Nun ist in vielen Fällen die Hysterese selbst keine feste Größe, sondern unterliegt Streuungen infolge von Toleranzen der Bauelemente. Hinzu kommt, daß überlagerte Störspitzen an den Eingängen den Schalter bereits unterhalb der Schaltschwelle ansprechen lassen und dadurch die-Größe der Hysterese scheinbar reduzieren.

Ausgehend von einem Verfahren zum Offset-Abgleich von mit einer Schalthysterese versehenen elektronischen Schaltern nach Art von Komparatoren und Schmitt-Triggern, bei denen an einen Signaleingang sine veränderbare Spannung und an einen Referenzeing~ng eine Referenzspannung angelegt wird und bei denen in Abhängigkeit von der elektrischen Größe eines Abgleichelementes die bezüglich der Referenzspannung symmetrische Lage der beiden Schaltschwellen einstellbar ist, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, zum Offset-Abgleich oben näher bezeichneter elektronischer Schalter ein Verfahren zu schaffen, mit dem der Abgleich schnell und sicher ausgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß bei geerdetem Referenzeingang des Schalters als veränderbare Spannung eine periodischsymmetrische Wechselspannung mit stetigem Anstieg verwendet und das Abgleichelement des elektronischen Schalters so lange verstellt wird, bis am Ausgang des Schalters das Tastverhältnis 1 :1 der resultierenden Impulsfolge festgestellt wird.

Bei dem so ausgebildeten Abgleichverfahren erfolgt der Abgleich nicht wie bisher auf statischem, sondern auf dynamischen Wege. Schnelle periodische Änderungen der Eingangsspannung des Schalters führen dabei zu einer Rechteckimpulsfolge am Ausgang des Schalters, deren Tastverhältnis linear von der Offsetgröße abhängt. Durch Veränderung des Abgleichelementes kann das optimale Tastverhältnis vjn 1 :1 eingestellt werden. Zweckmäßigerweise wird hierbei das Ausgangssignal des Schalters auf zwei gegenseitig inverse Eingänge eines zweikanaligen getriggerten Oszilloskops gegeben. Auf diese Weise lassen sich die beiden Halbwellen der Schaltfunktion »0« und 1« genau untereinander darstellen, wodurch der Abgleich auf gleiche Länge der beiden Rechteckimpulse wesentlich erleichtert wird. Der Abgleich läßt sich insbesondere dann sehr genau vornehmen, wenn man mit kleiner Signalamplitude arbeitet, die jedoch wesentlich größer als die Hysteresespannung sein muß.

Die Genauigkeit des Abgleichs läßt sich weiter verbessern, wenn man die Auswertung des Schalterausgangssignals mit einer Zeitmeßeinrichtung vornimmt, die mit einem Rechner gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine integrierende Messung der Unsymmetrie des Tastverhältnisses durchgeführt werden, wobei abwechselnd die Impulsdauer des Impulses »0« und des Impulses »1« erfaßt und aus einer Reihe von Meßwerten der Mittelwert für die noch vorhandene Unsymmetrie gebildet wird, Wenn man die Unsymmetrie auf diese Weise ermittelt, lassen sich Instabilitäten der Frequenz des Signalgenerators eliminieren, und Amplitudenschwankungen sowie Störungen, die dem Eingangssignal überlagert sind, werden ausgernittelt.

Das neue Abgleichverfahren wird anhand einer in Fig. I dargestellten Abgleichanordnung sowie anhand von in den F i g. 2 und 3 dargestellten Diagrammen

näher erläutert.

F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Abgleichanordnung, mit der der Offset-Abgleich an einem elektronischen Schalter 1 durchgeführt wird. Bei dem elektronischen Schalter 1 handelt es sich um eine Komparatorstufe 2 mit zugeordnetem Abgleichwiderstand 3. Der Referenzeingsng 6 des elektronischen Schalters ist geerdet, während an den Arbeitseingang 4 die Wechselspannungsquelle 5 angeschlossen ist. Der Ausgang 7 des elektronischen Schalters ist an die beiden ι ο Eingänge eines zweikanaligen Oszilloskops geführt, wobei der Kanal A normal und der Kanal B invers betrieben wird. Durch getriggerten Betrieb des zweikanaligen Oszilloskops 8 wird erreicht, daß auf dem Bildschirm 9 die beiden Schaltzustände des elektronisehen Schalters 1 genau untereinander dargestellt sind.

Gemäß dem Diagramm in Fig.2 wird auf den Arbeitsejngang 4 des elektronischen Schalters 1 eine periodisch-symmetrische Wechselspannung in Form einer Dreiecksspannung (Ud_n) gegeben. Wenn nun die Offsetspannung des Schalters AU beträgt und der Schalter eine Hysieresespannung Uny%i aufweist, wird der Schaltzustand des elektronischen Schalte! => 1 jeweils dann zu den Zeitpunkten T\ und r2 verändert, >.venn die

Eingangsspannung den Wert Δ U-\— Uhysi bzw. Δ U—

Ii — Uhysi erreicht Der Verlauf der Ausgangsspannung

² ' U₃us ist dann eine Rechteckimpulsfolge mit der Impulsdauer TJ und der Impulspause TJ, wobei Τ\φΤι ist

Durch Verändern des Abgleichwiderstandes 3 läßt sich erreichen, daß die Offsetspannung A U Null wird, so daß die Hysteresespannung Uttyn symmetrisch zum Nullwert der Arbeitsspannung Ud_n liegt Dies ist in Fig.3 dargestellt Dementsprechend wechseit der elektronische Schalter 1 zu den Zeiten Γ3 und r₄ seine Ausgangsspannung, so daß eine Rechteckimpulsfolge mit der Impulsdauer T3 und der Impulspause Ti entsteht, wobei Tj= Ti ist.

Bei Verwendung einer Zeitmeßeinrichtung mit zugeordnetem Rechner werden die Impulslängen T_x und Tj gemessen und miteinander verglichen, wobei entweder die Zeitdifferenz oder das Tastverhältnis zur Anzeige gelangen. Für das in Fig.2 dargestellte Diagramm ist das Tastverhältnis = 1 bzw. die Differenz der Impulslängen = 0.

Als Ein^angsspannung können bei dem beschriebenen Abgleichverfahren auch antf-.ye symmetrische Wechseispannungen verwendet werden deren gleichspannungsmittelwert Null ist, beispielsweise eine Sinusspannung. Der Abgleich kann auch automatisch durchgeführt werden, indem als Abgleichelement Dünnschicht- oder Dickschichtwiderstände eingesetzt werden, deren Größe mit Hilfe eines Laserstrahles verändert wird.

Hie/zu 1 Blaut Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   1. Verfahren zum Offset-Abgleich von mit einer Schalthysterese versehenen elektronischen Schal- ι tern nach Art von Komparatoren und Schmitt-Triggern, bei denen an einen Signaleingang eine veränderbare Spannung und an einem Referenzeingang eine Referenzspannung angelegt wird und bei denen in Abhängigkeit von der elektrischen Größe eines Abgleichelementes die bezüglich der Referenzspannung symmetrische Lage der beiden Schaltschwellen einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei geerdetem Referenzeingang (6) des Schalters (1) als veränderbare Spannung eine periodisch-symmetrische Wechselspannung mit stetigem Anstieg verwendet und das Abgleichelement (3) des elektronischen Schalters (1) so lange verstellt wird, bis am Ausgang (7) des Schalters das Tastenverhältnis 1 :1 der resultierenden Impulsfolge ^" festgestellt^-ird.

   O λ/Apfnlipan »nsvl* A «ί·«·-»«*"»!* Ι *ΑηΛ*ιτ·/-Λ* ηβίαηη

   zeichnet, daß das Ausgangssignal des Schalters (1) auf zwei gegenseitig inverse Eingänge (A, B) eines zweikanaligen getriggerten Oszilloskops (8) gegeben wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Schalters auf eine mit einem Rechner gekoppelte Zeitmeßeinrichtung gegeben wird. jo