DE60225693T2

DE60225693T2 - Einstellbarer generator für impulse starken stromes und hoher spannung

Info

Publication number: DE60225693T2
Application number: DE60225693T
Authority: DE
Inventors: Richard J. Roanoke SZWEC; David R. charlotte KEGLEY
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Exelis Inc
Priority date: 2001-07-19
Filing date: 2002-07-18
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2022-07-19
Also published as: JP2004536519A; US6760675B1; WO2003009477A2; DE60225693D1; JP4028843B2; ES2300455T3; EP1413055A2; DK1413055T3; WO2003009477A3; ATE389970T1; EP1413055B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen Impulsgenerator und insbesondere auf einen einstellbaren Impulsgenerator mit hohem Strom und hoher Spannung.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Impulsgeneratoren sind elektronische Vorrichtungen, die elektronische Impulszugsignale wie z. B. ein Rechteckwellensignal erzeugen. Ein Impulszug kann für eine Vielfalt von Dingen verwendet werden, wie z. B. Rückkopplung und Steuerung von Motoren, elektronische Anzeigen usw. Außerdem kann ein Impulszug in Kommunikationsanwendungen oder zum Testen von Vorrichtungen wie z. B. Halbleitervorrichtungen verwendet werden, wobei eine Last an der Vorrichtung durch Modifizieren der Eigenschaften eines Impulszugs verändert werden kann.
Der Impulszug kann mit einer Vielfalt von Eigenschaften geliefert werden müssen. Einige der Eigenschaften, die eingestellt und gesteuert werden müssen können, sind die Impulsrate/-frequent, die Impulsposition, die Impulsbreite, der Impulstastgrad, die Spannungs- und Stromansteuerpegel usw. Daher besteht ein großer Bedarf für Impulsgeneratoren, die steuerbar, flexibel sind und einen Ausgang mit hoher Spannung und hohem Strom vorsehen können.
Im Stand der Technik ist ein Impulsgenerator typischerweise eine zweckgebundene Vorrichtung und kann einen Oszillator, Verstärker und eine Wellenformungsschaltungsanordnung umfassen. Ein Impulsgenerator im Stand der Technik liefert im Allgemeinen eine Impulszugfähigkeit mit fester Spannung und festem Strom (solche Vorrichtungen sind relativ kostengünstig und einfach).
Ein Impulsgenerator gemäß dem Stand der Technik besitzt jedoch mehrere Nachteile. Da Impulsgeneratoren des Standes der Technik gewöhnlich für einen speziellen Zweck oder eine spezielle Anwendung entworfen sind, sehen sie im Allgemeinen keine flexiblen Ausgangszeitsteuerungs-, Strom- und/oder Spannungscharakteristiken vor. Die Vorrichtungen des Standes der Technik, die ein verän derliches Signal liefern können, wie z. B. ein üblicher Impulsgenerator vom Labortyp, weisen eine begrenzte Genauigkeit und begrenzte Spannungs- und Stromansteuerkapazitäten auf. Ein Impulsgenerator des Standes der Technik muss beispielsweise typischerweise verstärkt werden. Impulsgeneratoren des Standes der Technik sind daher in der maximalen Menge an Strom, die sie unter einer Last während des Schaltens oder der Impulsbeaufschlagung der Ausgangslieferung liefern können, begrenzt. Die Impulsgeneratoren des Standes der Technik können nicht die regulierte Ausgangsspannung unter den Impulsbedingungen einstellen.
Auf dem Fachgebiet bleibt daher ein Bedarf für einen Impulsgenerator mit einem Ausgang mit hoher Spannung und einem Ausgang mit hohem Strom, der jedoch genau gesteuert und eingestellt werden kann.
US 6 029 090 , die dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche entspricht, offenbart ein multifunktionales elektrisches Stimulationssystem, das dazu ausgelegt ist, Ausgangssignale zum Bewirken von faradayschen, elektromagnetischen oder anderen Formen einer elektrischen Stimulation zu liefern, wobei eine Signalstufe Signalgeneratoren umfasst, die Signale mit unterschiedlicher Form erzeugen. In einer Ausführungsform ist ein erster Generator ein Impulswellengenerator, ein zweiter Generator ist ein Sinuswellengenerator, ein dritter Generator erzeugt eine Dreieck- oder Sägezahnwelle, ein vierter Generator erzeugt eine Rampenspannungswelle und ein fünfter Generator liefert eine Welle mit irgendeiner beliebigen Form. Die Parameter der durch diese Signalgeneratoren erzeugten jeweiligen Wellen können hinsichtlich der Frequenz, Impulsbreite, Amplitude und Wiederholungsraten eingestellt werden, wobei die Signalstufe vorzugsweise miniaturisiert ist und die Form eines einzelnen ASIC-Chips annehmen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein steuerbarer Impulsgenerator wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschaffen. Der Impulsgenerator umfasst eine Impulsgeneratorvorrichtung, die in der Lage ist, für eine in Betrieb befindliche externe Vorrichtung einen Impulszugausgang mit einem vorbestimmten Strompegel und mit einem vorbestimmten Spannungspegel gemäß einem oder mehreren Impulszugsignalen zu erzeugen. Der Impulsgenerator umfasst ferner eine Steuervorrichtung, die mit der Impulsgeneratorvorrichtung kommuniziert. Die Steuervorrichtung ist in der Lage, eine oder mehrere Impulszuganforderungen anzunehmen und ein oder mehrere externe Signale anzunehmen und das eine oder die mehreren Impulszugsignale in Reaktion auszugeben. Die Steuervorrichtung umfasst eine Kommunikationsschnittstelle, die in der Lage ist, mit einer oder mehreren externen Vorrichtungen zu kommunizieren und die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen zu empfangen. Die Steuervorrichtung umfasst ferner einen Oszillator, der eine Präzisions-Referenzsignalform erzeugt, und eine Leistungsversorgung, die elektrische Leistung liefert. Die Steuervorrichtung umfasst ferner einen Prozessor, der mit der Kommunikationsschnittstelle kommuniziert. Der Prozessor führt eine Steuerroutine aus, empfängt die Präzisions-Referenzsignalform vom Oszillator, empfängt die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen von der Kommunikationsschnittstelle und erzeugt einen oder mehrere Impulszugbefehle in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen. Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Triggervorrichtung, die in der Lage ist, ein Triggersignal zur in Betrieb befindlichen externen Vorrichtung zu liefern. Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Ausgangsschnittstelle, die in der Lage ist, das eine oder die mehreren Impulszugsignale zur Impulsgeneratorvorrichtung weiterzuleiten. Die Steuervorrichtung umfasst ferner eine Signalschnittstelle mit mindestens einem Signalanschluss zum Empfangen von einem oder mehreren externen Signalen. Die Steuervorrichtung umfasst ferner einen Signalprozessor, der mit dem Prozessor kommuniziert und den einen oder die mehreren Impulszugbefehle empfängt. Der Signalprozessor kommuniziert auch mit der Signalschnittstelle und empfängt ein oder mehrere externe Signale. Der Signalprozessor erzeugt und überträgt das eine oder die mehreren Impulszugsignale zur Ausgangsschnittstelle. Die Ausgangsschnittstelle überträgt das eine oder die mehreren Impulszugsignale zur Impulsgeneratorvorrichtung.
Ein steuerbarer Impulsgenerator wird gemäß einer Ausführungsform der Erfindung geschaffen. Der Impulsgenerator umfasst eine Steuervorrichtung, die in der Lage ist, eine oder mehrere Impulszuganforderungen anzunehmen und ein oder mehrere externe Signale anzunehmen und ein oder mehrere Impulszugsignale in Reaktion auszugeben. Der Impulsgenerator umfasst ferner eine Impulsgeneratorvorrichtung, die mit der Steuervorrichtung kommuniziert und das eine oder die mehreren Impulszugsignale empfängt. Die Impulsgeneratorvorrichtung ist in der Lage, einen Impulszugausgang mit einem vorbestimmten Strompegel und mit einem vorbestimmten Spannungspegel gemäß dem einen oder den mehreren Impulszugsignalen zu erzeugen. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst einen ersten Lastwiderstand, der mit einem Gleichspannungsversorgungsknoten und mit einem ersten Lastwiderstandsknoten verbunden ist. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Lastwiderstand, der mit einem ersten Durchgangsknoten und mit einem zweiten Lastwiderstandsknoten verbunden ist. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen dritten Lastwiderstand, der mit einem Ausgangsknoten und mit einem Spannungsteilerknoten verbunden ist. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen vierten Lastwiderstand, der mit dem Spannungsteilerknoten und mit einem Masseknoten verbunden ist. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen ersten Durchgangs-MOSFET, der einen Eingang, der mit dem ersten Lastwiderstandsknoten verbunden ist, einen Ausgang, der mit dem ersten Durchgangsknoten verbunden ist, und einen Vorspannungseingang, der mit einem Hot-Swap-Knoten verbunden ist, umfasst. Der erste Durchgangs-MOSFET puffert einen Strom, der am ersten Lastwiderstandsknoten geliefert wird. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Durchgangs-MOSFET, der einen Eingang, der mit einem Regulierereingangsknoten mit neun Volt verbunden ist, einen Ausgang, der mit einem vierten Durchgangsknoten verbunden ist, und einen Vorspannungseingang, der mit einem dritten Durchgangsknoten verbunden ist, umfasst. Der zweite Durchgangs-MOSFET, der als Spannungsverriegelung verwendet wird, puffert einen Strom, der am Regulierereingangsknoten mit neun Volt geliefert wird. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen dritten Durchgangs-MOSFET, der einen Eingang, der mit dem zweiten Lastwiderstandsknoten verbunden ist, einen Ausgang, der mit einem zweiten Durchgangsknoten verbunden ist, und einen Vorspannungseingang, der mit einem Ausgangsknoten mit einstellbarer Spannung verbunden ist, umfasst. Der dritte Durchgangs-MOSFET puffert einen Strom, der am zweiten Lastwiderstandsknoten geliefert wird. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen ersten Spannungsverdoppler, der Eingänge umfasst, die mit dem Gleichspannungsversorgungsknoten und dem Masseknoten verbunden sind. Der erste Spannungsverdoppler erhöht einen Eingangsgleichspannungspegel. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Spannungsverdoppler, der Eingänge, die mit dem Regulierereingangsknoten mit neun Volt und dem Masseknoten verbunden sind, und einen Ausgang, der mit einem Ausgangsknoten mit achtzehn Volt verbunden ist, umfasst. Der zweite Spannungsverdoppler erhöht einen Eingangsgleichspannungspegel. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen dritten Spannungsverdoppler, der Eingänge, die mit dem Ausgangsknoten mit einstellbarer positiver Spannung und dem Masseknoten verbunden sind, und einen Ausgang, der mit dem Regulierereingangsknoten mit neun Volt verbunden ist, umfasst. Der dritte Spannungsverdoppler erhöht einen Eingangs gleichspannungspegel. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner eine Hot-Swap-Steuereinheit, die Eingänge, die mit dem Gleichspannungsversorgungsknoten, mit dem ersten Lastwiderstandsknoten und mit dem Masseknoten verbunden sind, und einen Ausgang, der mit dem Hot-Swap-Knoten verbunden ist, umfasst. Die Hot-Swap-Steuereinheit erfasst einen Strom im ersten Lastwiderstand und liefert einen Nullspannungsausgang, wenn keine Last über dem ersten Lastwiderstand existiert. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen Übergangsspannungsunterdrücker, der über den Gleichspannungsversorgungsknoten und den Masseknoten geschaltet ist. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen ersten Präzisions-Operationsverstärker, der Eingänge umfasst, die mit dem ersten Durchgangsknoten und dem zweiten Lastwiderstandsknoten verbunden sind, und eine Referenzspannung wird von einem Knoten mit neun Volt empfangen. Der erste Präzisions-Operationsverstärker empfängt Spannungen über einem zweiten Lastwiderstand und liefert einen Stromüberwachungsausgang. Der Stromüberwachungsausgang liefert eine Strommessung in Bezug auf einen Strompegel im zweiten Lastwiderstand. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen MOSFET-Leistungsschalter, der einen Eingang, der mit dem zweiten Durchgangsknoten verbunden ist, einen Ausgang, der mit dem Ausgangsknoten verbunden ist, und einen Steuereingang, der mit einem Leistungsschalter-Eingangsknoten verbunden ist, umfasst. Der MOSFET-Leistungsschalter kann aus- und eingeschaltet werden, um einen Impulszugausgang zu erzeugen. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen MOSFET-Schaltertreiber, der einen Eingang, der mit einem Isolatorausgangsknoten verbunden ist, einen Ausgang, der mit dem Leistungsschalter-Eingangsknoten verbunden ist, und einen Vorspannungseingang, der mit dem dritten Durchgangsknoten verbunden ist, umfasst. Der MOSFET-Schaltertreiber steuert den MOSFET-Leistungsschalter in Reaktion auf das eine oder die mehreren Impulszugsignale von der Steuervorrichtung. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner eine manuelle Spannungseinstellvorrichtung, die in der Lage ist, einen variablen Spannungspegel in Reaktion auf eine Benutzereingabe zu erzeugen. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen Regulierer für eine einstellbare positive Spannung, der einen Eingang, der mit dem zweiten Lastwiderstandsknoten verbunden ist, einen Ausgang, der mit dem einstellbaren Spannungsausgangsknoten verbunden ist, und einen Steuereingang, der mit dem einstellbaren Spannungseingangsknoten und mit der manuellen (oder programmierten Steuer-)Spannungseinstellvorrichtung verbunden ist, umfasst. Der Regulierer für eine einstellbare positive Spannung empfängt eine verdoppelte Spannungsversorgung und den variablen Spannungs pegel von der manuellen Spannungseinstellvorrichtung und liefert einen manuell eingestellten Spannungspegel zum MOSFET-Leistungsschalter. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen digitalen optischen Isolator, der mit dem vierten Durchgangsknoten, mit dem Isolatorausgangsknoten und mit dem Impulseingangsanschluss verbunden ist. Der digitale optische Isolator empfängt einen regulierten Gleichspannungseingang mit neun Volt und ein Impulszugsignal von einem Impulseingangsanschluss und führt eine Torsteuerung des regulierten Gleichspannungseingangs mit neun Volt gemäß dem Impulszugsignal durch. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen Spannungsteiler, der über den Ausgangsknoten und den Masseknoten der Impulsgeneratorvorrichtung geschaltet ist. Der Spannungsteiler umfasst einen dritten Lastwiderstand, der mit dem Ausgangsknoten und mit einem Spannungsteilerknoten verbunden ist. Der Spannungsteiler umfasst ferner einen vierten Lastwiderstand, der mit dem Spannungsteilerknoten und mit dem Masseknoten verbunden ist. Die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst ferner einen zweiten Präzisions-Operationsverstärker, der mit dem Spannungsteilerknoten und dem Masseknoten verbunden ist. Der zweite Präzisions-Operationsverstärker empfängt einen regulierten Eingang mit achtzehn Volt und eine geteilte Ausgangsspannung, die vom Spannungsteilerknoten eingegeben wird, und gibt ein Spannungsmesssignal an einem Spannungsüberwachungsanschluss aus. Das Spannungsmesssignal steht mit einer Ausgangsspannung der Impulsgeneratorvorrichtung am Ausgangsknoten in Beziehung.
Ein Verfahren zum Schaffen eines einstellbaren Impulszugausgangs mit hoher Spannung und hohem Strom wird gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung geschaffen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Empfangens von einer oder mehreren Impulszuganforderungen von einer externen Vorrichtung in einer Steuervorrichtung und des Empfangens von einem oder mehreren externen Signalen. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Erzeugens von einem oder mehreren Impulszugsignalen in der Steuervorrichtung in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen und das eine oder die mehreren externen Signale. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Übertragens des einen oder der mehreren Impulszugsignale zu einem Impulsgenerator. Das Verfahren umfasst ferner den Schritt des Erzeugens eines Impulszugausgangs mit hoher Spannung und hohem Strom im Impulsgenerator, welcher dem einen oder den mehreren Impulszugsignalen entspricht.
Die obigen und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen hiervon in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen weiter verstanden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Impulsgenerators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
3 zeigt ein Detail der Impulsgeneratorvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
4 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Liefern eines einstellbaren Impulszugausgangs mit hoher Spannung und hohem Strom gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 ist ein Blockdiagramm eines Impulsgenerators 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der Impulsgenerator 100 kann mit einer in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 verbunden sein und kann ein Triggersignal und einen Impulszugausgang zu der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 liefern.
Der Impulsgenerator 100 kann zwei Hauptkomponenten umfassen: eine Steuervorrichtung 103 und eine Impulsgeneratorvorrichtung 200. Die Steuervorrichtung 103 kann alle Eigenschaften des Impulszugausgangs, der durch die Impulsgeneratorvorrichtung 200 zu der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 gesandt wird, einstellen und steuern. Daher empfängt die Impulsgeneratorvorrichtung 200 ein oder mehrere einen Impulszug erzeugende Signale von der Steuervorrichtung 103 und erzeugt einen Impulszugausgang gemäß dem einen oder den mehreren einen Impulszug erzeugenden Signalen.
In einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung 103 eine Kommunikationsschnittstelle 108, eine Leistungsversorgung 112, einen Prozessor 125, einen Oszillator 148, eine Signalschnittstelle 157, eine Triggervorrichtung 136, einen Signalprozessor 142 und eine Ausgangsschnittstelle 166.
Die Kommunikationsschnittstelle 108 kann einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse umfassen und kann eine Schnittstellenschaltung umfassen, die ermöglicht, dass der Prozessor 125 mit einer beliebigen Art und Anzahl von externen Vorrichtungen kommuniziert. Die Kommunikationsschnittstelle 108 kann typische serielle oder parallele Anschlüsse, von der Industrie anerkannte Busse, analoge Anschlüsse usw. umfassen. Außerdem kann die Kommunikationsschnittstelle 108 eine andere Art von Kommunikationsschnittstellen, wie beispielsweise einen drahtlosen Infrarot- oder Hochfrequenz-Kommunikationsanschluss, einschließlich eines Senders und Empfängers, umfassen.
Der Prozessor 125 kann eine beliebige Art von Universalprozessor sein und kann eine Softwaresteuerroutine ausführen, die die Steuervorrichtung 103 implementiert. Außerdem kommuniziert der Prozessor 125 mit der Kommunikationsschnittstelle 108 und kann Daten senden und empfangen, wie z. B. Impulszuganforderungen hinsichtlich der Erzeugung eines Impulszugausgangs.
Der Oszillator 148 kann eine beliebige Art von Oszillator sein und ist vorzugsweise ein Präzisionsoszillator wie z. B. ein Festkörperoszillator. Der Oszillator 148 liefert ein Präzisionstaktsignal zum Prozessor 125. Das Präzisionstaktsignal kann verwendet werden, um die Zeitsteuerung eines erzeugten Impulsausgangssignals zu steuern.
Die Leistungsversorgung 112 kann eine beliebige Art von Leistungsversorgung sein, einschließlich einer Gleichspannungsversorgung oder einer Wechselspannungsversorgung. Wenn die Leistungsversorgung 112 eine Wechselspannung liefert, umfasst die Leistungsversorgung 112 vorzugsweise auch einen Gleichspannungswandler oder Gleichrichter und kann Glättungs- oder Filterschaltungen umfassen, um eine relativ rauschfreie elektrische Leistung zur Steuervorrichtung 103 zu liefern. Die Leistungsversorgung kann elektrische Leistung zum Prozessor 125, zur Kommunikationsschnittstelle 108, zum Oszillator 148, zur Signalschnittstelle 157, zur Triggervorrichtung 136, zum Signalprozessor 142 und zur Ausgangsschnittstelle 166 liefern.
Der Prozessor 125 kann einen Speicher umfassen, der eine Softwareroutine speichern kann, die den Gesamtbetrieb der Steuervorrichtung 103 steuert. Außerdem kann der Speicher eine oder mehrere Impulszugbefehlsschablonen umfassen, die ermöglichen, dass der Prozessor 125 Eingänge wie z. B. durch die Kommunikationsschnittstelle 108 empfängt und einen oder mehrere gewünschte Impulszugbefehle erzeugt. Der eine oder die mehreren Impulszugbefehle ermöglichen, dass der Signalprozessor 142 einen Impulszugausgang erzeugt.
Der Signalprozessor 142 kann eine beliebige Art von Prozessor sein, der in der Lage ist, einen oder mehrere Impulszugausgangsbefehle vom Prozessor zu empfangen und ein oder mehrere Impulszugsignale daraus zu erzeugen. Außerdem kann der Signalprozessor 142 Signaleingänge von der Signalschnittstelle 157 empfangen. Das eine oder die mehreren Impulszugsignale enthalten vorzugsweise alle gewünschten Impulszugeigenschaften, einschließlich Spannungspegel, Strompegel, Tastgrad, Frequenz, Impulsposition, Anstiegszeiten, Abfallzeiten usw. Der Signalprozessor 142 kann eine beliebige Art von programmierbarer Logikvorrichtung (PLD), einschließlich einer komplexen programmierbaren Logikvorrichtung (CPLD), eines Digitalsignalprozessors (DSP), einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), eines anwenderprogrammierbaren Verknüpfungsfeldes (FPGA) usw., sein. Der Signalprozessor 142 kann daher eine gewisse Art von Speicher umfassen und kann dazu programmiert sein, ein oder mehrere Impulszugsignale in Reaktion auf einen oder mehrere Impulszugbefehle vom Prozessor 125 zu erzeugen.
Die Signalschnittstelle 157 kann eine Schnittstellenvorrichtung sein, die ermöglicht, dass externe Signale in die Steuervorrichtung 103 eingegeben werden. Die Signalschnittstelle 157 kann daher ein Rückkopplungssignal von der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 empfangen, kann analoge oder digitale Signaleingänge empfangen, kann einen externen Impuls oder Impulszug empfangen, kann einen schwachen oder unzureichend verstärkten Impulszug empfangen usw..
Die Triggervorrichtung 136 kann eine Schaltungsanordnung sein, die einen Triggerbefehl vom Signalprozessor 142 empfängt und ein Triggersignal zur in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 liefert. Der Trigger kann bewirken, dass die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 den Zustand ändert oder eine vorbestimmte Operation durchführt. Wenn die in Betrieb befindliche Vorrichtung beispielsweise ein Transistor ist, kann sie durch das Triggersignal ein oder aus vorgespannt werden. Wenn die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 eine digitale Vorrichtung ist, kann das Triggersignal beispielsweise ein Operationssignal oder -signale liefern, die bewirken, dass sie die Zustände ändert.
Die Ausgangsschnittstelle 166 kann eine beliebige Art von Schnittstellenvorrichtung sein, die ein Impulszugsignal vom Signalprozessor 142 empfängt und eine Signalbearbeitung, eine Wellenformung, eine Verstärkung oder irgendeine andere Art von Verarbeitung des Impulszugausgangs durchführen kann, bevor er zur Impulsgeneratorvorrichtung 200 gesandt wird. Außerdem puffert die Ausgangsschnittstelle 166 den Ausgang.
2 ist ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung 103 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In dieser Ausführungsform sind mehrere der Blöcke von 1 detaillierter aufgeteilt. Die Kommunikationsschnittstelle 108 in dieser Ausführungsform umfasst einen Universal-Instrumentierungsbus-Anschluss (GPIB-Anschluss) 404, einen Anschluss 409 eines universellen seriellen Busses (USB), einen seriellen Anschluss 412, einen parallelen Anschluss 415, einen analogen Anschluss 418 und eine Kommunikationsschnittstelle 421. Die Kommunikationsschnittstelle 421 bildet zwischen den verschiedenen Anschlüssen eine Schnittstelle und kann eine beliebige erforderliche Übersetzung oder Zeitumsetzung vorsehen, um Daten über irgendeinen der vorstehend erwähnten Anschlüsse zu senden und zu empfangen.
In dieser Ausführungsform umfasst der Prozessor 125 einen Mikrocontroller 127. Der Mikrocontroller 127 kann ein beliebiger bekannter oder erhältlicher Mikrocontroller sein und kann Ressourcen auf der Platine, wie z. B. einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) usw., umfassen. Außerdem kann der Mikrocontroller 127 Eingangs- und Ausgangsanschlüsse, Analog-Digital-Umsetzer, Zeitgeber, eine Rücksetzüberwachungsschaltungsanordnung usw. auf der Platine umfassen.
In dieser Ausführungsform umfasst die Leistungsversorgung 112 eine Wechselspannungsversorgung 432 und eine regulierte Gleichspannungsversorgung 434. Die Wechselspannungsversorgung 432 kann Leistung von einer Standard-Wechselspannungsleitung mit 110 Volt empfangen. Die regulierte Gleichspannungsversorgung 434 empfängt elektrische Leistung von der Wechselspannungsversor gung 432 und kann einen Transformator oder eine andere Form von Gleichrichter umfassen und eine Filter- und Glättungsschaltungsanordnung umfassen, um die Wechselspannung in eine regulierte Gleichspannung umzusetzen.
In dieser Ausführungsform kann der Signalprozessor 142 eine programmierbare Logikvorrichtung 440 und mindestens ein Datenregister 446 umfassen. Die programmierbare Logikvorrichtung 440 kann im Werk programmiert werden oder kann außerdem am Einsatzort programmierbar sein. Ferner kann die programmierbare Logikvorrichtung 440 einen Sockel umfassen, wobei die programmierbare Logikvorrichtung 440 enffernbar sein kann. In dieser Weise kann die programmierbare Logikvorrichtung 440 ausgetauscht werden und kann gemäß dem Bedarf in irgendeiner Weise aktualisiert, aufgerüstet oder gewechselt werden.
Das Datenregister 446 kann einen RAM- oder ROM-Speicher umfassen und kann einen Arbeitsplatz umfassen, in dem die programmierbare Logikvorrichtung 440 beispielsweise arithmetische Berechnungen durchführen kann. Außerdem kann das Datenregister 446 vorübergehende Werte für die zukünftige Verwendung, wie erforderlich, halten.
Die Signalschnittstelle 157 in dieser Ausführungsform umfasst einen externen Impulseingangsanschluss 453, einen Analog/Digital-Umsetzeranschluss 456 und einen Rückkopplungssignalanschluss 459 zusätzlich zu einer Signalschnittstellenvorrichtung 463.
Der externe Impulseingangsanschluss 453 kann einen externen Impulseingang annehmen, der der Steuervorrichtung 103 mitteilt, einen Impuls mit bestimmten Eigenschaften zu erzeugen. Der externe Impulseingang kann beispielsweise von einer anderen Vorrichtung stammen.
Der Analog/Digital-Umsetzer-Eingangsanschluss 456 kann ermöglichen, dass eine externe Vorrichtung ein Signal in Form eines digitalen Signals oder von digitalen Informationen eingibt. Der Analog/Digital-Umsetzereingang 456 kann daher einen Analog/Digital-Umsetzer (DAC) umfassen, der ein digitales Signal in ein analoges Signal zur Verwendung im Signalprozessor 142 umsetzt.
Der Rückkopplungssignalanschluss 459 kann ein Rückkopplungssignal von der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 empfangen, um die Modifikation des Impuls zugausgangs zu ermöglichen, der zur in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 gesandt wird.
Die Signalschnittstelle 463 kann beliebige erforderliche Daten, eine Zeitsteuerung, Spannungs- oder Stromumsetzungen bereitstellen, die erforderlich sind, um eine Schnittstelle zwischen einem externen Signal und der Steuervorrichtung 103 zu schaffen. Die Signalschnittstelle 463 liefert ein umgesetztes externes Signal zum Prozessor 142. Die Signalschnittstelle 463 könnte auch das umgesetzte externe Signal zum Mikrocontroller 127 liefern.
Die Trigger-Matrix 136 kann eine Matrix von Triggern oder Triggerwerten sein, die vom Signalprozessor 142 in Reaktion auf eine Impulszuganforderung oder in Reaktion auf ein empfangenes Signal, das von der Signalschnittstelle 157 empfangen wird, ausgewählt und übertragen werden können. Die Ausgangsschnittstelle 166 sieht dieselbe Funktion wie vorher beschrieben vor.
Im Betrieb kann die Steuervorrichtung 103 eine oder mehrere Impulszuganforderungen empfangen und liefert einen Impulszugbefehl zur Impulsgeneratorvorrichtung 200, die einen gewünschten und steuerbaren Impulszugausgang für die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 erzeugt. Dies kann das Empfangen von einer oder mehreren Impulszuganforderungen, das Erzeugen von einem oder mehreren Impulszugbefehlen, das Empfangen von einem oder mehreren externen Signalen und das Erzeugen von einem oder mehreren Impulszugsignalen in Reaktion umfassen. Das eine oder die mehreren Impulszugsignale werden von der Steuervorrichtung 103 zur Impulsgeneratorvorrichtung 200 übertragen, die einen Impulszugausgang mit hoher Spannung und hohem Strom für die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 erzeugt. Der Impulszugausgang entspricht dem einen oder den mehreren Impulszugsignalen. Außerdem kann die Steuervorrichtung 103 ein oder mehrere Triggersignale an die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 ausgeben, um die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 zu steuern. Alternativ können die einen oder die mehreren Triggersignale verwendet werden, um die Verwendung des von der Impulsgeneratorvorrichtung 200 gelieferten Impulszugausgangs zu steuern.
3 zeigt ein Detail der Impulsgeneratorvorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Impulsgeneratorvorrichtung 200 kann einen unregulierten, positiven Spannungseingang und einen Masseeingang (GND) umfassen und kann unter Verwendung des positiven und Massespannungseingangs einen oder mehrere Impulszugausgänge erzeugen. An einem Gleichspannungsversorgungsknoten n1 und am Masseknoten n2 empfängt die Impulsgeneratorvorrichtung 200 die unregulierte Gleichspannung von einer Leistungsversorgung (nicht dargestellt) mit einer ausreichenden Spannungs- und Stromkapazität, um die unter der Steuerung stehende Vorrichtung 300 zu betreiben. Der Impulsgenerator empfängt auch ein oder mehrere Impulszugsignale, die von der Steuervorrichtung 103 geliefert werden, in einem Impulseingangsanschluss 289. Der Spannungspegel und der Strompegel des Impulszugausgangs werden daher von der Steuervorrichtung 103 eingestellt.
Die Impulsgeneratorvorrichtung 200 umfasst einen Übergangsspannungsunterdrücker 204, einen ersten Spannungsverdoppler 208, einen ersten Lastwiderstand 211, einen ersten Durchgangs-MOSFET 214, eine Hot-Swap-Steuereinheit 220, einen festen Spannungsregulierer 226 mit neun Volt, einen zweiten Spannungsverdoppler 232, einen zweiten Lastwiderstand 235, einen ersten Präzisions-Operationsverstärker (Operationsverstärker) 242, einen zweiten Durchgangs-MOSFET 249, einen Regulierer 254 für eine einstellbare positive Spannung, einen dritten Spannungsverdoppler 256, einen dritten Durchgangs-MOSFET 244, eine manuelle Spannungseinstellvorrichtung 263, einen MOSFET-Leistungsschalter 268, einen MOSFET-Schaltertreiber 275, einen digitalen optischen Isolator 265, einen dritten Lastwiderstand 281, einen vierten Lastwiderstand 283 und einen zweiten Präzisions-Operationsverstärker 279. Die Spannungsverdoppler können unter Verwendung von Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umsetzern implementiert werden. Ein Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umsetzer erzeugt einen größeren Strom als ein ähnlicher Spannungsverdoppler. Ein solcher höherer Strom führt zu einem schnelleren Umschalten des MOSFET-Leistungsschalters 268 durch den Schaltertreiber 275.
Die Ausgänge der Impulsgeneratorvorrichtung 200 umfassen einen oder mehrere Impulszugausgangsanschlüsse 299, die mit einem Ausgangsknoten n15 verbunden sind, einen Stromüberwachungsausgangsanschluss 286 und einen Spannungsüberwachungsausgangsanschluss 287. Die Impulsgeneratorvorrichtung 200 umfasst ferner einen Impulseingangsanschluss 289, der vorzugsweise das eine oder die mehreren Impulszugsignale von der Steuervorrichtung 103 empfängt.
Der Übergangsspannungsunterdrücker 204 ist zwischen einen Gleichspannungsversorgungsknoten n1 und einen Masseknoten n2 geschaltet. Der Übergangsspannungsunterdrücker 204 kann eine beliebige Art von Übergangsspannungsunterdrücker, einschließlich einer Induktorspule, eines Filternetzwerks usw., sein.
Die Eingänge des ersten Spannungsverdopplers 208 sind zwischen den Gleichspannungsversorgungsknoten n1 und den Masseknoten n2 geschaltet. Der Ausgang des ersten Spannungsverdopplers 208 ist mit dem dritten Durchgangsknoten n3 verbunden. Der Ausgang des Spannungsverdopplers 208 sollte die Versorgungsspannung um ein Minimum von 4 Volt übersteigen, um die N-Kanal-Vorrichtungen, die mit dem Leistungs-MOSFET 268 gekoppelt sind, zu betreiben. Der Eingang des zweiten Spannungsverdopplers 232 ist mit dem Regulierereingangsknoten n4 mit neun Volt verbunden. Der Ausgang des zweiten Spannungsverdopplers 232 ist mit dem Ausgangsknoten n5 mit achtzehn Volt verbunden. Der Eingang des dritten Spannungsverdopplers 256 ist mit dem Knoten n7 verbunden, der die hohe Referenzspannung für den einstellbaren Spannungsregulierer 254 ist. Der Ausgang des dritten Spannungsverdopplers 256 ist mit dem Regulierereingangsknoten n6 mit neun Volt verbunden. Der erste, der zweite und der dritte Spannungsverdoppler 208, 232 und 256 können eine beliebige Art von Spannungsverdoppler, einschließlich beispielsweise eines Gleichspannungs-Gleichspannungs-Umsetzers, sein.
Der erste Lastwiderstand 211 ist mit dem Gleichspannungsversorgungsknoten n1 und mit dem ersten Lastwiderstandsknoten n11 verbunden. Der zweite Lastwiderstand 235 ist mit dem ersten Durchgangsknoten n10 und dem zweiten Lastwiderstandsknoten n9 verbunden, der eine Referenzspannung für den einstellbaren Spannungsregulierer 254 ist. Der dritte Lastwiderstand 281 ist mit dem Ausgangsknoten n15 und mit dem Spannungsteilerknoten n16 verbunden. Der vierte Lastwiderstand 283 ist mit dem Spannungsteilerknoten n16 und mit dem Masseknoten n2 verbunden. Der dritte und der vierte Lastwiderstand 281 und 283 sind daher über dem Ausgangsknoten n15 und dem Masseknoten n2 parallel geschaltet und bilden ein Spannungsteilernetzwerk. Die verschiedenen Lastwiderstände 211, 235, 281 und 283 können eine beliebige Art von Widerständen mit hoher Stromkapazität sein, die in der Lage sind, überschüssige elektrische Leistung zu absorbieren und abzuleiten, wie beispielsweise Keramikwiderstände.
Der erste Durchgangs-MOSFET 214 ist mit dem ersten Lastwiderstandsknoten n11 und dem ersten Durchgangsknoten n10 verbunden und ein Vorspannungseingang ist mit dem Hot-Swap-Knoten n12 verbunden. Der zweite Durchgangs-MOSFET 244 ist mit dem Regulierereingangsknoten n6 mit neun Volt und dem vierten Durchgangsknoten n14 verbunden und ein Vorspannungseingang ist mit dem dritten Durchgangsknoten n3 verbunden. Der dritte Durchgangs-MOSFET 249 ist mit dem zweiten Lastwiderstandsknoten n9 und mit dem zweiten Durchgangsknoten n13 verbunden und ein Vorspannungseingang ist mit dem einstellbaren Spannungsausgangsknoten n8 verbunden. Die Durchgangs-MOSFETs 214, 244, 249 können eine beliebige Art von geeignetem MOSFET-Transistor sein, der in der Lage ist, elektrische Leistung mit hohen Strompegeln zu leiten, und kann geeignet verbundene und vorgespannte P-Kanal- oder N-Kanal-Halbleitervorrichtungen sein.
Der Eingang des Regulierers 226 für eine positive Spannung ist mit dem ersten Durchgangsknoten n10 verbunden, der Ausgang ist mit dem Knoten n6 mit neun Volt verbunden und der Steuereingang ist mit dem Regulierereingangsknoten n4 mit neun Volt verbunden. Der Eingang des Regulierers 254 für eine einstellbare positive Spannung ist mit dem zweiten Lastwiderstandsknoten n9 verbunden, der Ausgang ist mit dem einstellbaren Spannungsausgangsknoten n8 verbunden (der eine Torsteuerung für den MOSFET 249 ist) und der Steuereingang ist mit sowohl dem Ansteuerknoten n7 mit hoher Spannung vom Spannungsverdoppler 256, der manuellen Spannungseinstellvorrichtung 263 als auch dem Ausgang des MOSFET 249 verbunden. Der Regulierer 226 für eine positive Spannung mit neun Volt und der Regulierer 254 für eine einstellbare positive Spannung können eine beliebige Art von kommerziell erhältlichem Spannungsregulierer sein, wie z. B. ein Regulierer, der eine Ausgangsspannung auf der Basis eines Eingangsspannungspegels steuert. Der Eingangsspannungspegel kann einstellbar sein, um die Änderung des Ausgangsgleichspannungspegels (d. h. des Regulierers 254 für eine einstellbare positive Spannung) zu ermöglichen. Der Eingangsspannungspegel kann von der manuellen Spannungseinstellvorrichtung 263 empfangen werden, die ein Potentiometer, ein variabler Transformator, eine programmierbare Steuereinheit usw. sein kann. Die manuelle Spannungseinstellvorrichtung 263 kann durch eine Bedienperson manuell oder durch eine programmierte Operation eingestellt werden.
Die Hot-Swap-Steuereinheit 220 ist über dem ersten Lastwiderstand 211 parallel geschaltet. Die Eingänge der Hot-Swap-Steuereinheit 220 sind mit dem Gleichspannungsversorgungsknoten n1, dem ersten Lastwiderstandsknoten n11 und dem Masseknoten n2 verbunden, während der Ausgang mit dem Hot-Swap-Knoten n12 verbunden ist. Die Hot-Swap-Steuereinheit 220 kann ein Spannungserfassungsregulierer sein, der die Leistungsversorgung, die über den Durchgangs-MOSFET 214 verfügbar ist, unterbricht, wenn eine Abwesenheit einer Last (oder Überlast, d. h. Kurzschluss) über dem ersten Lastwiderstand 211 erfasst wird.
Die Eingänge des ersten Präzisions-Operationsverstärkers 242 sind mit dem ersten Durchgangsknoten n10 und dem zweiten Lastwiderstandsknoten n9 verbunden. Eine Referenzspannung wird vom Knoten mit neun Volt n6 empfangen. Der erste Präzisions-Operationsverstärker 242 ist daher über dem zweiten Lastwiderstand 235 parallel geschaltet. Der erste Präzisions-Operationsverstärker 242 erfasst den durch den zweiten Lastwiderstand 235 fließenden Strom und liefert eine Strommessung zum Stromüberwachungsausgangsanschluss 286.
Der zweite Präzisions-Operationsverstärker 279 ist über dem vierten Lastwiderstand 283 am Spannungsteilerknoten n16 und am Masseknoten n2 parallel geschaltet. Der zweite Präzisions-Operationsverstärker 279 empfängt daher den geteilten Spannungspegel, der zwischen dem dritten Lastwiderstand 281 und dem vierten Lastwiderstand 283 vorhanden ist. Die Referenzspannung wird vom Knoten n5 mit achtzehn Volt empfangen. Die Referenzspannung von 18 Volt sieht eine Toleranz von 2 Volt gegenüber dem gemessenen Signal für den Operationsverstärkerbetrieb vor. Der zweite Präzisions-Operationsverstärker 279 erfasst die über dem vierten Lastwiderstand 283 vorhandene Spannung und liefert einen Spannungsmessungs-/Spannungsüberwachungsausgang zum Spannungsüberwachungsausgangsanschluss 287.
Der Eingang des dritten Durchgangs-MOSFET 249 ist mit dem zweiten Lastwiderstandknoten n9 verbunden und der Ausgang ist mit dem zweiten Durchgangsknoten n13 verbunden. Der Vorspannungseingang ist mit dem einstellbaren Spannungsausgangsknoten n8 verbunden. Der dritte Durchgangs-MOSFET 249 kann durch den Regulierer 254 für eine einstellbare positive Spannung gesteuert werden, wobei die Spannung, die nach dem dritten Durchgangs-MOSFET 249 erhältlich ist, durch den Regulierer 254 für die einstellbare positive Spannung eingestellt wird.
Der Eingang des MOSFET-Leistungsschalters 268 ist mit dem zweiten Durchgangsknoten n13 verbunden und der Ausgang ist mit dem Ausgangsknoten n15 verbunden. Der Vorspannungseingang ist mit dem Leistungsschalter-Eingangsknoten n17 verbunden. Der MOSFET-Leistungsschalter 268 muss eine Spannungskapazität umfassen, die ausreicht, um die Versorgungsspannung um ein Minimum von 5–10 Volt zu übersteigen, um eine Beschädigung durch Spannungsübergänge an den Filterkondensatoren (nicht dargestellt) zu verhindern. Der MOSFET-Schalter 268 sollte einen Nennstrom aufweisen, der ausreicht, um die Last anzutreiben. Mehrere MOSFET-Leistungsschalter 268 können parallel geschaltet sein, um den Nennstrom zu erhöhen.
Der Eingang des MOSFET-Schaltertreibers 275 ist mit dem Isolatorausgangsknoten n18 verbunden und der Ausgang ist mit dem Leistungsschalter-Eingangsknoten n17 verbunden. Der Vorspannungseingang ist mit dem dritten Durchgangsknoten n3 verbunden. Der MOSFET-Leistungsschalter 268 wird durch den MOSFET-Schaltertreiber 275 gesteuert, um den Gleichspannungspegel aus- und einzuschalten und einen Impulszugausgang wie beispielsweise eine Rechteckwelle zu erzeugen.
Der Eingang des digitalen optischen Isolators 265 ist mit dem vierten Durchgangsknoten n14 verbunden und der Ausgang ist mit dem Isolatorausgangsknoten n18 verbunden. Der digitale optische Isolator 265 ist daher zwischen den zweiten Durchgangs-MOSFET 244 und den MOSFET-Schaltertreiber 275 geschaltet. Der MOSFET 244 dient als Spannungsverriegelung, um die Impulsbeaufschlagung des MOSFET-Treibers 275 zu verhindern, wenn nicht eine Spannung vom Spannungsverdoppler 208 vorliegt. Der digitale optische Isolator 265 ist auch mit dem Impulseingangsanschluss 289 verbunden und ein vom Impulseingangsanschluss 289 empfangenes Eingangsimpulszugsignal verbindet oder unterbricht die elektrische Leistung, die vom zweiten Durchgangs-MOSFET 244 zum MOSFET-Schaltertreiber 275 läuft. Im Betrieb puffert der digitale optische Isolator 265 den MOSFET-Schaltertreiber 275 vom zweiten Durchgangs-MOSFET 244. Der digitale optische Isolator 265 verhindert das Nebensprechen zwischen den zwei Komponenten.
Der Ausgang der Impulsgeneratorvorrichtung 200 kann zu einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen 299 geliefert werden. Der eine oder die mehreren Aus gangsanschlüsse 299 empfangen eine Ausgangsspannung, die über dem dritten Lastwiderstand 281 und dem vierten Lastwiderstand 283 existiert, wie durch die Schaltwirkung des MOSFET-Leistungsschalters 268 erzeugt. Einer oder mehrere der Ausgangsanschlüsse 299 können beispielsweise mit der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 verbunden sein.
4 ist ein Ablaufplan 400 eines Verfahrens zum Liefern eines einstellbaren Impulszugausgangs mit hoher Spannung und hohem Strom gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. In Schritt 402 werden eine oder mehrere Impulszuganforderungen in einer Steuervorrichtung von einer externen Vorrichtung empfangen. Die externe Vorrichtung kann eine beliebige Art von Vorrichtung sein, die eine Impulszugausgangsanforderung erzeugt, wie z. B. ein Computer, eine Testanlage, eine Instrumentierung usw. Die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen können in einer beliebigen Form empfangen werden und können eine oder mehrere Impulszugeigenschaften, wie z. B. Spannung, Strom, Tastgrad, Impulsposition, Impulsbreite usw. festlegen.
In Schritt 407 können ein oder mehrere externe Signale wahlweise in der Steuervorrichtung empfangen werden. Die externen Signale können einen externen Impuls, ein externes Rückkopplungssignal oder irgendeine Art von externem analogen oder digitalen Signal umfassen, das eine Umsetzung erfordert, bevor es verwendet werden kann. Das externe Signal kann eine Antwort in Form einer vorbestimmten Impulsausgangscharakteristik triggern. Das externe Signal kann in einer Signalschnittstelle empfangen werden. Die Signalschnittstelle kann in der Lage sein, eine oder mehrere Arten von externen Signalen zu empfangen und irgendeine erforderliche Übersetzung durchzuführen.
In Schritt 413 werden ein oder mehrere Impulszugsignale in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen und das eine oder die mehreren externen Signale erzeugt. Das eine oder die mehreren Impulszugsignale legen daher einen gewünschten Impulszugausgang, einschließlich aller erforderlicher Impulszugcharakteristiken zum Erzeugen des gewünschten Impulszugausgangs, fest. Dies kann außerdem die Bezugnahme auf intern gespeicherte Werte, Tabellen, Formeln usw. umfassen, die verwendet werden können, um ein oder mehrere Impulszugsignale zu erzeugen.
In Schritt 418 werden das eine oder die mehreren Impulszugsignale, die so erzeugt wurden, von der Steuervorrichtung 103 zu einem Impulsgenerator 200 übertragen. Der Impulsgenerator 200 ist für das Erzeugen eines Impulszugausgangs mit hoher Spannung und hohem Strom aus dem einen oder den mehreren Impulszugsignalen verantwortlich.
In Schritt 424 wird ein Impulszugausgang im Impulsgenerator 200 erzeugt. Der Impulszugausgang kann ein Impuls mit hoher Spannung und hohem Strom sein, der dem einen oder den mehreren Impulszugsignalen entspricht. Der Impulsgenerator 200 erreicht daher gewünschte Spannungs- und Strompegel für den Impulszugausgang.
Der Impulszugausgang kann zu einer in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 geliefert werden. Daher kann der Impulszugausgang für Anwendungen wie z. B. Rückkopplung und Steuerung von Vorrichtungen, wie z. B. Motoren, Anzeigen, modulierten Kommunikationssignalen usw., verwendet werden. Außerdem kann ein Impulszug zum Testen von Vorrichtungen wie z. B. Halbleitervorrichtungen verwendet werden, wobei eine Last (Tastgrad) an der Vorrichtung durch Erhöhen einer Impulsbreite erhöht werden kann.
Außerdem kann das Verfahren ein Triggersignal zur in Betrieb befindlichen Vorrichtung liefern. Das Triggersignal kann verursachen, dass die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 die Zustände ändert oder die Betriebsbedingungen in gewisser Weise ändert. Wenn die in Betrieb befindliche Vorrichtung 300 beispielsweise ein Leistungstransistor ist, kann das Triggersignal den Transistor ein und aus vorspannen, um Schaltzeiten, den Leistungsverbrauch, die Wärmeableitung zu messen, auf einen korrekten Betrieb zu prüfen usw.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt zum Empfangen des Rückkopplungssignals von der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 umfassen. Das Rückkopplungssignal kann im Schritt des Erzeugens des einen oder der mehreren Impulszugsignale, die schließlich verwendet werden, um den Impulszugausgang zu erzeugen, verwendet werden. Daher kann sich das Rückkopplungssignal von der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 auf den endgültigen Impulszugausgang auswirken und diesen steuern. Das Rückkopplungssignal kann beispielsweise mit einem Spannungs- oder Strompegel in der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 in Beziehung stehen und daher kann das Rückkopplungssignal verwendet wer den, um sicherzustellen, dass ein gewünschter Spannungs- oder Strompegel in der in Betrieb befindlichen Vorrichtung 300 erreicht wird.
Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Empfangens eines externen Impulses in gewisser Form und des Erzeugens eines Impulszugsignals, das im Wesentlichen den externen Impuls reproduziert, umfassen. Die Steuervorrichtung 103 und die Impulssteuervorrichtung 200 können daher einen Impulszug empfangen und ihn mit den gewünschten Spannungs- und Strompegeln erneut erzeugen.

Claims

Steuerbarer Impulsgenerator, der umfasst: einen Oszillator (148), der eine Präzisions-Referenzsignalform erzeugt; eine Kommunikationsschnittstelle (108), die mit einer oder mit mehreren externen Vorrichtungen kommunizieren kann und eine oder mehrere Impulszuganforderungen empfängt; einen Prozessor (125), der mit der Kommunikationsschnittstelle (108) kommuniziert, wobei der Prozessor (125) die Präzisions-Referenzsignalform von dem Oszillator (148) empfängt; eine Impulsgeneratorvorrichtung (200), die für eine in Betrieb befindliche externe Vorrichtung (300) einen Impulszugausgang sowohl mit einem vorgegebenen einstellbaren Strompegel als auch mit einem vorgegebenen einstellbaren Spannungspegel in Übereinstimmung mit einem oder mit mehreren Impulszugerzeugungssignalen erzeugen kann; eine Steuervorrichtung (103), die Signale zu der Impulsgeneratorvorrichtung (200) lenkt, wobei die Steuervorrichtung (103) die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen empfangen kann und in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen das eine oder die mehreren Impulszugsignale zu dem Impulsgenerator (200) ausgeben kann, wobei die Steuervorrichtung (103) umfasst: wobei der Prozessor (125) die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen von der Kommunikationsschnittstelle (108) empfängt und in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen einen oder mehrere Impulszuganforderungen erzeugt; einen Signalprozessor (142), der mit dem Prozessor (125) kommuniziert und den einen oder die mehreren Impulszugbefehle empfängt und das eine oder die mehreren Impulszugerzeugungssignale erzeugt und zu der Impulsgeneratorvorrichtung (200) sendet; dadurch gekennzeichnet, dass eine Triggervorrichtung (136) vorgesehen ist, die zwischen den Signalprozessor (142) und die in Betrieb befindliche externe Vorrichtung (300) gekoppelt ist, um den Impulszugausgang mit einem Triggersignal von der Triggervorrichtung (136) zu synchronisieren, wobei das Triggersignal bewirkt, dass ein Zustand geändert wird oder dass ein vorgegebener Betrieb der in Betrieb befindlichen externen Vorrichtung (300) ausgeführt wird.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschnittstelle ferner umfasst: einen Eingangsanschluss; und eine Kommunikationsschnittstellenvorrichtung, die mit dem Eingangsanschluss kommuniziert und eine empfangene Impulszuganforderung übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschnittstelle ferner umfasst: einen Universalinstrumentierungsbus-Anschluss (General Purpose Instrumentation Bus-Anschluss, GPIB-Anschluss); und eine Kommunikationsschnittstellenvorrichtung, die mit dem GPIB-Anschluss kommuniziert und eine empfangene Impulszuganforderung übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschnittstelle ferner umfasst: einen Anschluss für einen universellen seriellen Bus (USB-Anschluss); und eine Kommunikationsschnittstellenvorrichtung, die mit dem USB-Anschluss kommuniziert und eine empfangene Impulszuganforderung übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschnittstelle ferner umfasst: einen seriellen Anschluss; und eine Kommunikationsschnittstellenvorrichtung, die mit dem seriellen Anschluss kommuniziert und eine empfangene Impulszuganforderung übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Kommunikationsschnittstelle ferner umfasst: einen parallelen Anschluss; und eine Kommunikationsschnittstellenvorrichtung, die mit dem parallelen Anschluss kommuniziert und eine empfangene Impulszuganforderung übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, der ferner eine Signalschnittstelle umfasst, die enthält: einen Anschluss für externe Impulse, um ein oder mehrere externe Signale zu empfangen; und eine Signalvorrichtung, die mit dem Anschluss für externe Impulse kommuniziert und ein Impulseingangssignal übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, der ferner eine Signalschnittstelle umfasst, die enthält: einen Anschluss für digitale Eingangssignale; einen entsprechenden Digital/Analog-Umsetzer, der mit dem Anschluss für digitale Eingangssignale kommuniziert und ein analoges Eingangssignal erzeugt; und eine Signalvorrichtung, die mit dem Digital/Analog-Umsetzer kommuniziert und das analoge Eingangssignal übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, der ferner eine Signalschnittstelle umfasst, die enthält: einen Anschluss für analoge Eingangssignale; einen entsprechenden Analog/Digital-Umsetzer, der mit dem Anschluss für analoge Eingangssignale kommuniziert und ein digitalisiertes analoges Eingangssignal erzeugt; und eine Signalvorrichtung, die mit dem Analog/Digital-Umsetzer kommuniziert und das digitalisierte analoge Eingangssignal übersetzen kann.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, der ferner eine Signalschnittstelle umfasst, die einen Rückkopplungssignal-Anschluss und eine Signalvorrichtung, die ein Eingangssignal übersetzen kann, enthält.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei der Signalprozessor eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD) und ein Datenregister umfasst.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen MOSFET-Leistungsschalter umfasst, der geöffnet und geschlossen werden kann, um einen Impulszugausgang zu erzeugen.
Impulsgenerator nach Anspruch 12, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen Regulierer für eine einstellbare positive Spannung umfasst, der eine doppelte Spannungsversorgung empfängt und einen manuell einstellbaren Spannungspegel für den MOSFET-Leistungsschalter bereitstellt.
Impulsgenerator nach Anspruch 12, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen Regulierer für eine einstellbare positive Spannung umfasst, der eine doppelte Spannungsversorgung von einer Spannungseinstellvorrichtung empfängt und einen manuell einstellbaren Spannungspegel für den MOSFET-Leistungsschalter bereitstellt.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen MOSFET-Leistungsschalter umfasst, der geöffnet und geschlossen werden kann, um einen Impulszugausgang zu erzeugen, und einen MOSFET-Schaltertreiber umfasst, der in Reaktion auf den Impulszugeingang von der Steuervorrichtung den MOSFET-Leistungsschalter steuert.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen digitalen optischen Isolator umfasst, der einen regulierten Niedervolt-Gleichspannungseingang empfängt und eine Torsteuerung für den regulierten Niedervolt-Gleichspannungseingang in Übereinstimmung mit einem empfangenen Impulseingang ausführt.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner umfasst: einen digitalen optischen Isolator, der einen regulierten Niedervolt-Gleichspannungseingang empfängt und eine Torsteuerung für den regulierten Niedervolt-Gleichspannungseingang in Übereinstimmung mit einem empfangenen Impulseingang ausführt; einen MOSFET-Schaltertreiber, der eine torgesteuerte regulierte Niedervolt-Gleichspannung von dem digitalen optischen Isolator empfängt und durch die torgesteuerte regulierte Niedervolt-Gleichspannung aus- und eingeschaltet wird, um einen Vorausimpulszug zu erzeugen; und einen MOSFET-Leistungsschalter, der in Reaktion auf den Vorausimpulszug von dem MOSFET-Schaltertreiber geschlossen und geöffnet wird, um den Impulszugausgang zu erzeugen.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner drei oder mehr Spannungsverdoppler umfasst, die einen Gleichspannungspegel in dem Impulsgenerator erhöhen.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner eine Hot-Swap-Steuereinheit umfasst, die zu einem ersten Lastwiderstand parallelgeschaltet ist, wobei der erste Lastwiderstand mit einer Gleichspannungsversorgung in Reihe geschaltet ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen Übergangsspannungsunterdrücker umfasst, der zu einem Gleichspannungsversorgungsknoten und einem Masseknoten parallelgeschaltet ist.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner einen ersten Präzisions-Operationsverstärker umfasst, der Spannungen über einen zweiten Lastwiderstand empfängt und einen Strommonitorausgang bereitstellt, wobei der Strommonitorausgang eine Strommessung bereitstellt, die mit einem Strompegel in dem zweiten Lastwiderstand in Beziehung steht.
Impulsgenerator nach Anspruch 1, wobei die Impulsgeneratorvorrichtung ferner umfasst: einen Spannungsteiler, der zu einem Ausgangsknoten des Impulsgenerators parallelgeschaltet ist, wobei der Spannungsteiler einen dritten Lastwiderstand enthält, der mit einem Ausgangsknoten und mit einem Spannungsteilerknoten verbunden ist, wobei der Spannungsteiler ferner einen vierten Lastwiderstand enthält, der mit dem Spannungsteilerknoten und mit einem Masseknoten verbunden ist; einen zweiten Präzisions-Operationsverstärker, der als Eingänge einen regulierten Achtzehnvolt-Eingang und einen geteilte Ausgangsspannung von dem Spannungsteilerknoten empfängt und ein Spannungsmesssignal an einem Spannungsüberwachungsanschluss ausgibt, wobei das Spannungsmesssignal mit einer Ausgangsspannung an dem Ausgangsknoten der Impulsgeneratorvorrichtung in Beziehung steht.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 1, der ferner umfasst: die Steuervorrichtung, die ein oder mehrere externe Signale empfangen und in Reaktion darauf ein oder mehrere Impulszugsignale ausgeben kann; wobei die Impulsgeneratorvorrichtung umfasst: einen ersten Lastwiderstand, der mit einem Gleichspannungsversorgungsknoten und mit einem ersten Lastwiderstandsknoten verbunden ist; einen zweiten Lastwiderstand, der mit einem ersten Durchgangsknoten und mit einem zweiten Lastwiderstandsknoten verbunden ist; einen dritten Lastwiderstand, der mit einem Ausgangsknoten und mit einem Spannungsteilerknoten verbunden ist; einen vierten Lastwiderstand, der mit dem Spannungsteilerknoten und mit dem Masseknoten verbunden ist; und einen zweiten Präzisisions-Operationsverstärker, der mit dem Spannungsteilerknoten und mit dem Masseknoten verbunden ist und als Eingänge einen regulierten Achtzehnvolt-Eingang und eine geteilte Ausgangsspannung von dem Spannungsteilerausgang empfängt und ein Spannungsmesssignal an einen Spannungsüberwachungsanschluss ausgibt, wobei das Spannungsmesssignal mit einer Ausgangsspannung der Impulsgeneratorvorrichtung an dem Ausgangsknoten in Beziehung steht.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner die Kommunikationsschnittstelle umfasst, die mit einer oder mit mehreren externen Vorrichtungen kommunizieren kann.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner den Oszillator umfasst, der eine Präzisions-Referenzsignalform erzeugt.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner eine Leistungsversorgung umfasst, die elektrische Leistung bereitstellt.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner umfasst: die Kommunikationsschnittstelle, die mit einer oder mit mehreren externen Vorrichtungen kommunizieren kann und die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen empfängt; eine Signalschnittstelle, die wenigstens einen Signalanschluss enthält, um ein oder mehrere externe Signale zu empfangen; wobei der Prozessor eine Steuerroutine ausführt, mit der Kommunikationsschnittstelle kommuniziert, eine Präzisions-Referenzsignalform von einem Oszillator empfängt, die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen von der Kommunikationsschnittstelle empfängt und einen oder mehrere Impulszugbefehle in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen erzeugt.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner eine Triggervorrichtung umfasst, die ein Triggersignal für die in Betrieb befindliche externe Vorrichtung bereitstellen kann.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner eine Ausgangsschnittstelle umfasst, die das eine oder die mehreren Impulszugsignale zu der Impulsgeneratorvorrichtung weiterleiten kann.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner eine Signalschnittstelle umfasst, die wenigstens einen Signalanschluss umfasst, um ein oder mehrere externe Signale zu empfangen.
Steuerbarer Impulsgenerator nach Anspruch 23, wobei die Steuervorrichtung ferner umfasst: den Prozessor; und den Signalprozessor, der mit dem Prozessor kommuniziert und einen oder mehrere Impulszugbefehle von dem Prozessor empfängt, mit einer Signalschnittstelle kommuniziert und ein oder mehrere externe Signale empfängt und das eine oder die mehreren Impulszugsignale erzeugt und zu einer Ausgangsschnittstelle sendet, wobei die Ausgangsschnittstelle das eine oder die mehreren Impulszugsignale zu der Impulsgeneratorvorrichtung sendet.
Verfahren zum Bereitstellen eines einstellbaren Impulszugausgangs mit hoher Spannung und hohem Strom, das die folgenden Schritte umfasst: Empfangen einer oder mehrerer Impulszuganforderungen von einer externen Vorrichtung in einer Steuervorrichtung (103); Empfangen eines oder mehrerer externer Signale in der Steuervorrichtung (103); Erzeugen eines oder mehrerer Impulszugsignale in der Steuervorrichtung (103) in Reaktion auf die eine oder die mehreren Impulszuganforderungen und das eine oder die mehreren externen Signale; Senden des einen oder der mehreren Impulszugsignale zu einem Impulsgenerator; Erzeugen eines Impulszugausgangs sowohl mit einstellbarer hoher Spannung als auch mit einstellbarem hohen Strom, der dem einen oder den mehreren Impulszugsignalen entspricht, in dem Impulsgenerator; dadurch gekennzeichnet, dass der Impulszugausgang mit einem Triggersignal von einer Triggervorrichtung (136) synchronisiert ist, wobei das Triggersignal eine Änderung eines Zustands oder die Ausführung einer vorgegebenen Operation der in Betrieb befindlichen externen Vorrichtung (300) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 32, das ferner den Schritt des Bereitstellens des Impulszugausgangs für eine in Betrieb befindliche Vorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, das ferner den Schritt des Bereitstellens eines Triggersignals für eine in Betrieb befindliche Vorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, das ferner den Schritt des Empfangens eines Rückkopplungssignals von einer in Betrieb befindlichen Vorrichtung und das Verwenden des Rückkopplungssignals in dem Schritt des Erzeugens des einen oder der mehreren Impulszugsignale umfasst.
Verfahren nach Anspruch 32, das ferner den Schritt des Empfangens eines externen Impulses und des Erzeugens eines Impulszugsignals, das den externen Impuls im Wesentlichen wiedergibt, umfasst.