SU1494216A1 - Способ измерени времени установлени выходного сигнала цифроаналоговых преобразователей и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано при контроле динамических параметров высокоразр дных цифроаналоговых преобразователей (ЦАП). Цель изобретени  - повышение точности измерени . В процессе измерени  фиксируютс  моменты вхождений сигнала контролируемого ЦАП в две зоны. Интегрируют сигнал ЦАП в течение интервала между вхождени ми в первую и вторую зоны. Затем интегрируют эталонный сигнал, пропорциональный разности граничных значений зон. Результат измерени  формируют путем кодировани  интервала от момента смены входных кодов ЦАП до момента равенства результатов интегрировани . Дл  осуществлени  способа в устройство дополнительно введены два ключа, источник эталонного напр жени  с управл емой пол рностью, интегратор, формирователь импульса и компаратор. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Description

ж . « . Jt±

г

СО 4

to

О5

ipufi

314

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в автоматизированных системах контрол  времени установле- ки  цифроаналоговых преобразователей (ЦАП).

Цель изобретени  - повышение точности измерени  времени установлени  выходного сигнала ЦДЛ.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг. 2- временные диаграммы, по сн ющие способ.

Устройство содержит задатчики 1 и 2 кодов, коммутатор 3, формирователи А и 5 импульсов, реверсивный счетчик 6, ЦАП 7, сумматор 8, формирователь 9 разнопол рных пороговых уровней, двухпороговые компараторы 10 и 11, компараторы 12-14. генератор 15 импульсов, Rf-триггеры 16-18, элементы И 19 и 20, D-триггер 21, счетчики 22 и 23, ключи 24 и 25, источник 26 эталонного напр жени  с управл емой пол рностью, интегратор 27, выходную шину 28 и входную шину 29 дл  подключени  контролируемого ЦАП 30.

Способ осуществл етс  следующим образом.

На экспоненциальном конечном участке переходной характеристики выходной сигнал ЦАП аппроксимируетс  функцией:

U(t)U,exp(b-)U,exp()

0,5h ехр()

(1)

,

Переходной процесс вьсходного сиг нала ЦАП содержит свободную составл ющую и установившийс  сигнал. Величиной U(t) обозначена свободна  составллюща , равна  разности сигнала ЦАП и его установившегос  значе- ни „ Поэтому операци  интегрировани  разности сигнала ЦАП и его установившегос  значени  практически означает интегрирование свободной составл ющей U(t), котора  стремитс  к нулю U(t оо)0. /1л  упрощени  реализации способа вынужденна  составл юща  переходного процесса входного сигнала ЦАП компенсируетс  путем вычитани  из сигнала ЦАП предва- рительно запомненного установившегос  сигнала. Это позвол ет формировать уровни ±и , и ±и1 относительно нулевого уровн  независимо от значе

ний входных кодов ЦАП, а также усилить свободную составл ю1ч,ую U(t). Таким образом сигнал ЦАП в данном случае - это его свободна  составл юща  U(t) с учетом того, что вынужденна  составл юща  скомпенсирована .

Величина Т, Т , Т. и и.,5Ь св заны соотношени ми:

Т, lnU,/0,5h ; (2) Т Т уст- ,5h -, (3) Т,-Т Т 1пи,/и, . (4)

Результат интегрировани  сигнала ЦАП на интерваое Т -Т,

иинг TT S U(t)dt k ru,exp(ll)dt

-« т

,т

- игехр(-)|,;

30

35

4(J

45 50 55 V г Т-7-1,т

- иДехрС- -) - ехр о - и,ехр() ij

Из формулы (А) следует, что

fr «Ti

In и,/и, следовательно:

йиг -f; и,(- - 1)

- (и,-и).(5)

Величина эталонного напр жени , интегрируемого в течение интервала времени Т эт от момента Т до момента , соответствующего равенству интегралов, определ етс 

из соотношени  уровней U, 0,5h:

Uj-Uj

,5h

UjT - (6)

Результат интегрировани  эталонного сигнала дл  t 7 Т

1

и

«нт, эт() о; .т

dt

t-Ti и t-Uj , In Ц/075Ь

В момент времени Т„,„ результаты

И jf интегрировани  сигнала ЦАЛ и Uз равны

иCT ) - lilJnlT

. эт -

о

514942166

-ff ЬОТЗЬ- i .-.) . 4- U, exp (,

, . с 1т,4йе,

Из формулы (7)

5 „г 44 Тиэм f lnUj/O.Sh. (- --) С учетом формулы (3)-exp(Ji-J- l - - иЛехр()

издл уст(О)

Погрешность времени установлени , - ехр (- ) ехр () обусловленную вли нием дО, и / Uj

на точность фиксации моментов Т Использу  полученное из (4) раи Т наход т следующим образом

Формируемый согласно предлагаемо- венство ехр() --, а также му способу код пройорционален интер- i

валу времени длительностью Т„,+ ЛТ, формулы (15) и (16), получают который равен сумме интервала Т- 4t, и интервала интегрировани 

Т ,г Т„,4. 4Т- 4t,.20 и + /J и - --- и 2. .

JнjAft7и fijif I IT

С учетом погрешностей Лt нlo v. Uj

At формулы (2), (3) и (4) принимают -0 ,+4U.-U,-..U,.(18)

TI 1 Т уст - I- In Врем  интегрировани  эталонного

сигнала Т найдем из услови  равен , U2+4U1 . .,nN интегралов UMHT+/JU ИНТ UuHT.3T Т-г+ 4t, -g--j - / (10)T,f/itiT,r

т,-т,..ч-.с,.-г1па1ми..(„) 30 т,-,S,,., «(- 5

Если из формулы (9) вычесть фор- р. ,. „ „ i TJT

V Г7Л. и  no)-r) и из ПП - (4). С. i г aJ 7„

мулу (2), из (10)-(3) и из (11) - (4), получают

т -р yi+4Ui::Ui-4yi

i tT- ТГ

u7iG7

F-or--

, (14),0

Преобразовав формулы (12) -(14),( + U7-UV U,/0,5h.

получают

Результат измерени  с учетом поехр (- --J-) У-ii-iyi- (15)грешностей 4ti и

UT45

ехр (- |- ) (16) /IT Tj + /J t, + Т ,т

T,,,-Piny i-f i+c(H

е.р(..-.- .(,,,30

4Ui-4U« ,, Ul - т --гТпПч.

Результат интегрировани  сигна- й У Ч

ла ЦАПt 7

1 ч„ 1 ч- -м +

U. Т 1 55 - -и; - ОТЗЬ - г

1 Г Ti-t Ли1-ли« ч 1„ и т - PinCl

; 1 и, exp(iy)dt + O75h - vcT ln(1

т -р yi+4Ui::Ui-4yi

i tT- ТГ

. Цг 4f In . --- т, м 1 o,5h

ии .-и

Погрешность измерени  ,51 -find ---) -ь

и

х, /JUi- Ua

С

иг

и,-и, оТзь

(19)

Таким образом, максимальное значение погрешности (в случае ли, - Л 4U) :

ЛТ

МсЦкс

-Cln() .

+ ;

-, иг U, o75h

(20)

Устройство работает следующим образом,

В исходном состо нии триггеры 16-18 наход тс  в нулевом состо нии, единичным сигналом с инверсного выхода триггера 17 интегратор 27 обнулен. Под действием потенциала 1 с выхода формировател  4 через коммутатор 3 к входам ЦАП 30 подключен код N задатчика 2.

На вход сумматора 8 поступает установившийс  сигнал ЦАП 30. Через элемент И 19 импульсы генератора 15 поступают на счетный вход счетчика 6, выходной код; которого  вл етс  управл ющим дл  ЦАП 7. Выходной сигнал ЦАП 7  вл етс  компенсирующим по отно1 ению к установившемус  сигналу ЦАП 30. Суммарный сигнал ЦАП 7 и 30 с выхода блока 8 поступает на входы компараторов 12 и 13. Один из них сравнивает сигнал сумматора с уровнем и,, а другой - с уровнем -UQ. В зависимости от положени  суммарного сигнала относительно уровней tU компараторы 12 и 13 вырабатывают сигналы управлени  счетчиком 6, код в котором измен етс , вызыва  уменьшение или увеличение компенсирующего сигнала ЦАП 7. При попадании сигнала сумматора в зону tUg оба компаратора 12 и 13 принимают нулевое состо ние, счетчик 6 и ЦАП 7 переход т в режим хранени  компенсирующего сигнала. При поступлении импульса запуска счетчик 22 обнул етс , а триггер 17 устанавливаетс  в единичное состо 

0

5

0

5

0

5

0

5

ние, запуска  формирователь 4 импульсов . Элемент И 19 при этом закрываетс . На врем  действи  импульса формировател  4 элемент И 20 блокируетс , а через коммутатор 3 к входам ЦАП 30 подключаетс  код N , задатчика 1. В момент окончани  импульса формировател  4 элемент И 20 открываетс , а на входах ЦАП 30 происходит смена кодов N . В этот момент времени, соответствующий началу контролируемого переходного процесса ЦАП 30, в счетчик 22 через элемент И 20 начинают поступать счетные импульсы генератора 15.

Из выходного сигнала ЦАП 30 вычитаетс  установившийс  сигнал, поэтому на выходе сумматора 8 выдел етс  свободна  составл юща  переходного процесса. Формирователь уровней 9 задает пороги срабатывани  fU, дл  двухпорогового компаратора 10 и уровни +и дл  двухпорогового компаратора 11. При попадании сигнала сумматора 8 в зону +и , триггер 16 сигналом компаратора 10 переключаетс  в единичное состо ние и обнул етс  сигналом компаратора 11 при попадании сигнала суммаюра 8 в зону +и (фиг. 2г). Ка врем  прохождени  сигнала контролируемого ЦАП между уровн ми и и и (или -и, и -и) сигналом 1 триггера 16 открываетс  ключ 24, контролируемый сигнал поступает на вход интегратора 27. Предлагаемое устройство xaJDaKTe ризуетс  использованием одного интегратора дл  интегрировани  как сигнала ЦАП, так и эталонного сигнала источника 26, причем пол рность U противоположна пол рности сигнала ЦАП. Поэтому момент равенства результатов интегрировани  сигнала ЦАП и UjT соответствует моменту равенства нулю напр жени  Uj, (фиг. 2е) . По сравнению с использованием двух интеграторов такое техническое решение позвол ет исключить вли ние разброса и дрейфа посто нной времени интегратора. Как видно Из приведенных формул посто нна  интегрировани  t д не входит в результат преобразовани . При вхождении сигнала ЦАП в зону +и триггер 18 переключаетс  в- единичное состо ние сигналом с инверсного выхода триггера 16, ключ 25 открываетс , к входу интегратора 27 подключаетс  эталонное напр же 1

пие Ujy источника 26. Пол рность и автоматически устанавливаетс  противоположной пол рности свободной составл ющей U(t) сигнала ЦАП 30 на интервале Т t Т , Дл  управлени  пол рностью Ug источника 26 используютс  сигналы компараторов 12 и 13, с помощью которых замыкаетс  один из двух ключей, содержащихс  в ис- точнике 26, и к выходу источника 26 подключаетс  напр жение U - О при U(t) О, либо -и зт при U(t) 0. Момент Тиэ находитс  из услови  UMHT(THJM) о (фиг. 2е) и выдел етс  с помощью компаратора 14, измен ющего свое состо ние при пересечении напр жени  U,.„.. нулевого уровн .

И п

Поскольку в зависимости от знака и напр жение интегратора может под ходить к нулевому уровню как сверху, так и снизу, компаратор 14 может в этот момент переключатьс  как из состо ни  1 в состо ние О, так и наоборот. Поэтому формирователь 5 импульсов должен запускатьс  как фронтом, так и срезом импульсов компаратора 14. Дл  этог О он может содержать , например, формирователь импульсов по фронту, формирователь импульсов по срезу, выходы которых объединены с помощью элемента ИЛИ. Длительность импульса формировател  5 должна быть больше периода следовани  импульсов генератора 15 дл  надежного переключени  U-триггера 21 в единичное состо ние. Код счетчика 22, соответствующий моменту времени , записываетс  в счетчик с помощью импульса записи D-триг- гера 21. Такт измерени  заканчиваетс  после заполнени  счетчика 22, импульс переполнени  которого обнул ет триггер 17, устройство переводитс  в режим компенсации выходного сигнала ЦАП 30 с помощью ЦАП 7. Код, пропорщ-юнальный измер емому времени установлени , может быть считан из счетчика 23 в блок индикации (не показан ) . При других кодовых комбинаци х задатчиков 1 и 2 кодов устрой- ство работает аналогично.

Claims (2)

1. Способ измерени  времени установлени  выходного сигнала цифроана- логовых преобразователей, заключающийс  в том, что формируют с помощью

JQ j

20 25 ,„ 5

40

5

1610

эталонного цифроаналогового преобразовател  эталонное напр жение, пропорциональное величине входного кода повер емого цифроаналогого преобразовател , одновременно формируют два пороговых уровн  положительного напр жени , расположенных в диапазоне выходного сигнала повер емого цифроаналогового прес-бразовател , и. два пороговых уровн  о- -рицательного напр жени , равных по модулю соответствующим пороговым уровн м положительного напр жени , после чего формируют входной сигнал путем подачи входного кода на повер емый цифро- аналоговый преобразователь и с момента подачи входного кода осуществл ют непрерывно формирование разностного сигнала, равного текущему отклонению входного сигнала от эталонного напр жени , одновременно начина  с момента подачи входного кода формируют код текущего временного интервала, в течение которого непрерывно осуществл ют сравнение разностного сигнала с соответствующими пороговыми уровн ми и формирование соответствующих информационных временных интервалов, каждый из которых равен времени мезкду двум  последовательными моментами равенства разностного сигнала и соответствующим пороговым уровнем положительного или отрицательного напр жени , и осуществл ют определение времени уста новлени  выходного сигнала повер емого цифроаналогового преобразовател , отличающийс  тем, что, с целью повыщени  точности, в течение каждого информационного временного интервала интегрируют разностный сигнал и запоминают последний результат интегрировани , после чего формируют вспомогательный сигнал, пропорциональный разности двух пороговых уровней соответствующего напр жени , и интегрируют вспомогательный сигнал, момент равенства которого запомненному результату интегрировани   вл етс  моментом окончани  формировани  текущего временного интервала, а определение времени установлени  выходного сигнала повер емого цифроанало- гового преобразовател  осуществл ют по коду сформированного текущего временного интервала.

2. Устройство дл  измерени  времени установлени  выходного сигнала

цифроаналоговых преобразователей, содержащее формирователь разнопол р- ных пороговых уровней, первый, второй , третий, четвертый, п тый и шестой выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами первого двухпорогового компаратора, первыми входами первого и второго компараторов, выход первого двухпорогового компаратора соединен с S-входом первого RS-триггера, выход второго двухпорогового компаратора соединен с R-входом первого RS-триггера , вторые входы первого и второго компараторов объединены с третьими входами первого и второго двух- пороговых компараторов и подключены к выходу сумматора, а выходы первого и второго компараторов соединены с первым и вторым входами управлени  реверсировани  счетчика импульсо счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выходы соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразовател , выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого  вл етс  входной шиной, два задатчика кодов, выходы которых соединены соответственно с информационными входами коммутатора, выходы которого  вл ютс  выходной шиной устройства , установочный вход первого счётчика импульсов объединен с S-входом второго RS-тpигI epa и  вл етс  шиной Пуск, R-вход второго RS-триггера подключен к выходу переполнени  первого счетчика импульсов , инверсный выход соединен с первым вхо;сом первого элемента И, а пр мой 1;ыход - с первым входом вто- 1 рого элемента И и входом формировател  импульсов, выход которого сое-

0

5

0

5

0

5

0

динен с управл ющим входом коммутатора и вторым входом второго элемента И, выход второго элемента И соединен с С-входом D-триггера и счетным входом первого счетчика импульсов , выходы которого соединены соответственно с информационными входами второго счетчика импульсов, синхронизирующий вход которого соединен с выходом D-триггера, генератор импульсов, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И и вторым входом первого элемента И, третий RS-триггер, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, в него введс-ны второй формирователь импульсов, третий компаратор , интегратор, источник эталонного напр жени  с управл емой пол рностью и два к поча, управл ющий и информационный входы первого ключа соединены соответственно с пр мым выходом первого RS-триггера и выходом сумматора, управл ющий и информационный входы второго ключа соединены соответственно с выходом третьего RS-триггера и выходом источника эталонного напр жени  с управл емой пол рностью , управл ющие входы которого соединены с выходами первого и второго компараторов, выходы ключей соединены с информационным входом интегратора, управл ющий вход которого соединен с инверсным выходом второго RS-триггера, а выход интегратора через последовательно с,ое- диненные третий компаратор и второй формирователь импульсов соединен с J)-вxoдoм D-триггера и R--вxoдoм третьего RS-триггера, З-вход которого соединен с инверсным выходом первого RS-триггера.

Фиг2

Тизм