Дорошев Василий Петрович: другие произведения.

Измеритель времени задержки и переключения цифровых устройств

Журнал "Самиздат": [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь]
Peклaмa:

Конкурсы: Киберпанк Попаданцы. 10000р участнику!
Конкурсы романов на Author.Today
 Ваша оценка:
  • Аннотация:
    Это одна из статей по электронике, не ставшей "твердой" публикацией в связи с событиями начала 90-х годов. Однако идея, найденная тогда, позволяет изящно решить вопрос измерения малых временных задержек сигналов, и ее захотелось обнародовать.

Измеритель времени

                                                                Дорошев В.П.

 Измеритель времени задержки и переключения цифровых устройств

    Задержка распространения t0 и длительность переключения t1 цифровых сигналов (Рис.1) при прочих равных условиях определяют результирующее быстродействие электронных переключателей.
     Измерить эти параметры можно, например, с помощью стробоскопического осциллографа. Но этот достаточно дорогостоящий и мало производительный прибор обладает разрешением порядка десятых долей наносекунды, и, поэтому во многих случаях не пригоден для измерения субнаносекундных t0 и t1.
    Использованию осциллографа препятствует так же то, что переходы цифровых сигналов от логического уровня '0' к логическому уровню '1' и наоборот достаточно 'размыты' шумами (джиттером) и точки графика Рис.1 со значениями 0,1, 0,5 и 0,9 от максимального уровня Umax на практике представляют собой вероятности переключения логического сигнала из одного состояния в другое.

 

 []
Рис.1.Идеализированный вид сигналов на входе X(t) и выходе Y(t) цифрового устройства

    На Рис.2а приведена структурная схема, а на Рис.2б временные диаграммы весьма простого и дешевого измерителя субнаносекундных задержек и длительности переключения цифровых устройств (ЦУ) при абсолютной погрешности результата измерений около 10 пикосекунд.
    Идея прибора основана на усреднении интегрирующей RC цепью выходного напряжения быстродействующего стробируемого триггера D, причем сигнал стробирования триггера S(t) получен путем задержки тестового сигнала X(t) линией задержки ЛЗ.
     В этом случае фронт или спад стробирующего сигнала будет 'привязан' ЛЗ к перепаду тестового сигнала X(t) с задержкой на один период его следования (T1 = tлз ). Изменяя этот период (частоту тестового генератора ТГ), можно получить кривую вероятности срабатывания триггера в виде постоянного напряжения Uвых (изменяющегося от 0 до Umax ), снимаемого с интегрирующей RC цепи.
    Зависимость напряжение Uвых от частоты тактового генератора копирует собой зависимость Y(t) исследуемого цифрового устройства.

 

 []
Рис.2. Структурная схема а) и идеализированные временные диаграммы б) измерителя
    Используя построения Рис.2б, легко получить соотношения
t0 = f1 -1 - f2 -1 (при Uвых = 0,5 Umax), (1)
t1 = f3-1 - f4 -1 (при Uвых = 0,1 Umax и Uвых = 0,9 Umax). (2)
    Как следует из (1) и (2), временные параметры цифрового устройства определяются разностью двух значений частот тестового генератора ТГ, фиксируемых частотомером Ч при заданных стандартом уровнях выходного напряжения Uвых интегрирующей цепи.
    Для определения времени задержки t0 исследуемого ЦУ получают вначале частоту f1 (положение 1 переключателя П, при этом Uвых = 0,5 Umax ), а затем частоту f2 (положение 2 переключателя П, при условии Uвых = 0,5 Umax ). Разность обратных значений этих частот и есть t0.
    Для расчета времени переключения t1 получают частоты f3, f4 для двух значений Uвых = 0,1 Umax и Uвых = 0,9 Umax , при этом переключатель П находится в положении 2.
    Постоянная времени RC - цепи выбирается из условия наилучшей фильтрации джиттера Y(t) и составляет (при средней частоте ТГ f1 = 10 МГц) 0,05...0,1 секунды.
    Измеритель был использован для измерения временных параметров интегральных ЭСЛ-схем. Электрическая схема этого устройства, выполненная на микросхемах 1500 серии, работала на частотах около 10 МГц с линией задержки 0,1 микросекунды и показала при типичных значениях задержки t0 = 0,5...5 наносекунд, и временах переключения t1 = 0,2...0,5 наносекунд абсолютную погрешность измерений 10 пикосекунд.
    Если последовательно с D-входом триггера включить быстродействующий компаратор, то предлагаемое устройство можно использовать для измерения временных соотношений произвольных сигналов (естественно, учитывая задержку, вносимую самим компаратором).
     Май 2010
 Ваша оценка:

РЕКЛАМА: популярное на LitNet.com  
  Д.Владимиров "Парабеллум (вальтер-3)" (Постапокалипсис) | | А.Каменистый "Существование" (Боевая фантастика) | | В.Соколов "Обезбашенный спецназ. Мажор 2" (Боевик) | | Д.Черепанов "Собиратель Том 2" (ЛитРПГ) | | В.Соколов "Мажор 4: Спецназ навсегда" (Боевик) | | Д.Черепанов "Собиратель Том 3" (ЛитРПГ) | | П.Эдуард "Кибер I. Гражданин" (ЛитРПГ) | | Д.Владимиров "Киллхантер 2: Цель - превосходство" (Постапокалипсис) | | Н.Любимка "Пятый факультет" (Боевое фэнтези) | | Л.Брус "Код Гериона: Осиротевшая Земля" (Научная фантастика) | |
Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
П.Керлис "Антилия.Охота за неприятностями" С.Лыжина "Время дракона" А.Вильгоцкий "Пастырь мертвецов" И.Шевченко "Демоны ее прошлого" Н.Капитонов "Шлак" Б.Кригер "В бездне"

Как попасть в этoт список
Сайт - "Художники" .. || .. Доска об'явлений "Книги"