Реферат: Контроль динамических параметров ЦАП

Выполнил

Студент гр.4031

Избачков Ю.С.

Проверил

Доцент каф. ФТТиМ

Крутяков Л.Н.

Новгород

1999

Введение

Цифро-аналоговые и аналого-цифровые преобразовате­ли АЦП находят .широкое применение в различ­ных областях современной науки и техники. Они являют­ся неотъемлемой составной частью цифровых измери­тельных приборов, систем преобразования и отображе­ния информации, программируемых источников питания, индикаторов на электронно-лучевых трубках, радиоло­кационных систем, установок для контроля элементов и микросхем, а также важными компонентами различных автоматических систем контроля и управления, устройств ввода-вывода информации ЭВМ.

В данной работе рассматриваются основные методы контроля динамических параметров ЦАП.

Динамические свойства ЦАП характеризуются временем установления (преобразования), которое является наи­более сложно контролируемым и трудно поддающимся автоматизации параметром быстродействующих многоразрядных ЦАП.

Это объясняется необходимостью сов­мещения высокого быстродействия измерителя времени установления с его высокой разрешающей способностью по амплитуде (такой же, как и при контроле статичес­ких параметров) для обеспечения фиксации момента достижения выходным сигналом ЦАП номинального значения с погрешностью ±'/2 значения младшего раз­ряда. Кроме того, ограниченная полоса пропускания из­мерительного тракта и тепловые эффекты в сочетании с неизбежным присутствием шума могут вносить значительную неопределенность в измерение. Задачу можно существенно упростить, если установившееся значение выходного сигнала контролируемого преобразователя совместить с нулевым уровнем и анализировать переход­ный процесс вблизи нулевого потенциала. Это относится и к схемам, использующим в качестве индикатора осцил­лограф. Рассмотрим несколько возможных вариантов схем устройств контроля времени установления ЦАП с осциллографическим индикатором, нашедших примене­ние в мелкосерийном и опытном производстве, в лабора­торных исследованиях.

Рисунок 1 - Схема устройства контроля времени установ­ления ЦАП с компенсацией установившегося значения его выходного сигнала

Одна из таких схем показана на рисунке 1. Прямо­угольный эталонный сигнал, синхронный с прямоуголь­ным сигналом цифрового входа ЦАП, но не совпадаю­щий по фазе с выходным сигналом ЦАП, суммируется с последним. Амплитуда эталонного прямоугольного сиг­нала Uэ регулируется для точного совпадения с ампли­тудой Uп.ш выхода ЦАП по окончании переходных про­цессов. Это обеспечивает наблюдение переходного про­цесса на экране осциллографа относительно нулевого уровня. Фиксирующие диоды ограничивают отклонение напряжения в период переходных процессов, что сущест­венно уменьшает время восстановления перегрузки осциллографа. При переключении цифрового входа млад­шего разряда из положения «динамический» в положе­ние логической «1» или логического «0» на экране осцил­лографа будут наблюдаться импульсы с частотой генера­тора и амплитудой, равной значению младшего разряда Δ ЦАП относительно нулевого уровня. При этом время установления определяется как время, необходимое для того, чтобы напряжение отклонения от нулевого уровня не превышало (±'/2) Δ. Если требуется измерить только время установления напряжения полной шкалы, то на­пряжение эталонного прямоугольного сигнала Uэ на вход осциллографа не подается, что упрощает процесс изме­рения с помощью устройства, приведенного на рисунке 1.

Рисунок 2 - Схема устройства контроля времени установления ЦАП при «главном переносе»

Как отмечалось, если ЦАП работает в режиме слежения (со сменой смежных кодовых комбинаций), то его время установления имеет большее значение, чем время установления полной шкалы. При этом наибольший переходной процесс наблюдается в случае «главного переноса», когда все разряды меняют свое состояние (цифровое число меняется от 0111 ... 1 до 1000 ... О или наоборот). Процесс же измерения времени установления при смене смежных кодовых комбинаций на цифровых входах ЦАП существенно упрощается, поскольку при этом установив­шиеся значения выходного сигнала ЦАП для смежных кодов отличаются на значение младшего разряда.

На рисунке 2 показана схема устройства контроля времени установления ЦАП при кодовой комбинации главного переноса. Все разряды ЦАП, кроме старшего, возбуждаются параллельно с помощью генератора Г прямоугольных импульсов. Этот же сигнал после инвертора Ин подается на старший разряд, вызывая его включение в момент выключения всех остальных разрядов. Выходной сигнал ЦАП при этом представляет собой прямоугольный сигнал с амплитудой Δ относительно уровня, равного половине полной шкалы. Выход ЦАП связан со входом осциллографа только по переменному току, и постоянная составляющая выходного сигнала ЦАП на вход осциллографа не поступает. Переходный процесс в этом случае можно наблюдать при большой чувствительности осциллографа по амплитуде.

Время переходного процесса ЦАП большой разрядности можно определить с вы­сокой степенью точности, поскольку практически устра­няются перегрузки входного усилителя осциллографа или компаратора, обусловленные большим перепадом сигна­ла на выходе контролируемого ЦАП. Однако производи­тельность осциллографических методов измерения невы­сока. Кроме того, этим методам присущи погрешности субъективного характера, что не позволяет использовать их для серийного производства преобразователей.

Рисунок 3 - Схема устройства контроля времени установления ЦАП с токовым выходом на туннельном диоде

Рассмотрим возможные варианты построения полно­стью автоматизированных измерителей времени установ­ления ЦАП, обладающих значительно большим быстро­действием и достоверностью контроля. На рисунке 3 при­ведена схема устройства контроля времени установления ЦАП с токовым выходом, где в качестве дискриминатора амплитуды выходного сигнала ЦАП применен туннель­ный диод. В устройстве используется стробоскопический метод измерения.

Формируемые с частотой генератора Г перепады (от нуля до установившегося уровня) выходного сигнала ЦАП попадают па дискриминатор уровня Д, который анализирует текущее (мгновенное) значение выходного сигнала преобразователя.

Анализ процесса начинают с участка заведомо ус­тановившегося переход­ного процесса, и анали­зируемую точку характеристики постепенно перемещают по времен­ной оси к началу переходного процесса, т. е. справа налево (рисунок 4). Момент t₁ пре­вышения допустимого значения отклонения от установившегося уровня тока Iуст фиксируют дискриминатором уровня. Затем измеряют времен­ной отрезок от начала исследуемого переходного процес­са до зафиксированного дискриминатором момента времени, который и определяет время установления Iycт выходного сигнала ЦАП.

Рисунок 4 – Характер переходного процесса выходного сигнала ЦАП

Устройство работает таким образом. Выходные импульсы генератора Г поступают на вход схемы сдвига СС стробирующих импульсов и одновременно через мно­гоканальный коммутатор — на цифровые входы контро­лируемого ЦАП, на которых он обеспечивает формирование требуемой комбинации сигналов. Исследуемый выходной сигнал ЦАП подается на первый вход схемы сравнения (дискриминатор Д), выполненной на туннельном диоде, на второй вход которой подаются стробирующие импульсы от генератора ГСИ, сдвигаемые по временной оси относительно исследуемого сигнала с помощью схемы СС. Уровень срабатывания схемы сравнения, работающей в режиме одновибратора, достигается в мо­менты прихода стробирующих импульсов вследствие суммирования на туннельном диоде тока контролируемого выходного сигнала ЦАП, стробирующего импульса и тока смещения, формируемого с помощью дополнительного ЦАП, управляемого выходным кодом устройства управления УУ.

Формируемый ток смещения соответствует установившемуся значению выходного сигнала контролируемого ЦАП. Каждую анализируемую точку переход­ного процесса стробируют п раз с частотой f ₂ генератора Г. По мере приближения выходного тока контролируемого ЦАП к току смещения дополнительного ЦАП час­тота срабатывания f ₁ дискриминатора Д на туннельном диоде возрастает. Отношение частот f ₁ /f ₂ анализируют устройством управления УУ. Если оно находится в до­пустимых пределах заданного значения, то стробирующий .импульс перемещают к началу переходного процес­са и анализ следующих точек переходного процесса повторяют до момента, когда отношение частот f ₁ /f ₂ пре­высит заданное (последнее определяется допустимым отклонением выходного тока контролируемого ЦАП от установившегося значения, а также характером шумовой помехи на туннельном диоде и видом зависимости часто­ты срабатывания схемы сравнения от тока смещения). После этого перемещение стробирующего импульса прекращают и измеряют временной отрезок между фронта­ми импульсов генератора и стробирующих импульсов ГСИ. Следует, однако, отметить, что вследствие большого уровня шумов, временной и температурной нестабильно­сти параметров туннельного диода данная схема обеспечивает контроль ЦАП с разрядностью не более 8—9.

На рисунках 5 и 6 изображены схема и временные диаграммы работы измерителя времени установления ЦАП, который обеспечивает исследование выходного сигнала ЦАП более высокой разрядности. Это достигает­ся в основном смешением выходного сигнала по ампли­туде до совпадения его установившегося значения с ну­левым уровнем. Тем самым обеспечивается работа дис­криминатора уровня вблизи нулевого потенциала, что позволяет использовать дискриминаторы с высокой раз­решающей способностью по амплитуде.

Устройство реа­лизует также стробоскопический метод измерения. При определении t_уст фактически решают две самостоятель­ные задачи:

1) выделение временного интервала, пропорциональ­ного длительности измеряемого времени установления;

2) преобразование выделенного интервала в форму, удобную для обработки.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--