автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.05, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и средств измерений электрических параметров интегральных (гибридных) ЦАП и АЦП в системах технологического контроля

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

ВЛАСОВ Геннадий Сергеевич

УДК 681.34.002 — 681.382.001.03

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ (ГИБРИДНЫХ) ЦАП И АЦП В СИСТЕМАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Специальность 05.11.05 — Приборы и методы измерения электрических и магнитных величин

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 1004

Работа выполнена в Пензенском научно-исследовательском институте электронно-механических приборов.

Научный руководитель — член-корреспондент Российской Метрологической Академии, доктор технических наук, профессор Шлыков Г. П.

Официальные оппоненты — д. т. н., профессор Михотин В. Д.; к. т. н., доцент Смапш Ю. А.

Ведущее предприятие — Научно-исследовательский институт физических измерений (г. Пенза).

Защита диссертации состоится в «_>• часов,_ 1994 г.

на заседании специализированного Совета Д 063.18.01 Пензенского государственного технического университета по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенского государственного технического университета.

Автореферат разослан «_» ___ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета к. т. н., доцент

10. М. Крысий

ОБЦАЯ ШМ1'£Е?1'СПХА РАБОТЫ

А к туальносхь работы. Построение изиерите.шю-внчислительных комплексов для управления•и контроля различных технологических процессов требует точных и высокопроизводительных гредств измерений (СП). Известно,что основшингкоапонептали!'тсепя 211 является прецизионные цифроаналоговне преобразователи (ЦДЛ) п шалого-цифроЕые преобразователи (АЦП),обладааде достаточный быстродействием и выполненные в иккроэлекхронном исполнении. Качества гаких ШШ (АЦП) определяется в. основной метрологический!! характеристиками. По некоторым сведениям отечественной и гарубеша.1 пгчаги,доля затрат на проведение контрольно-измерительных операции в 1роизводстве ыпкроолектронннх преобразователей,в той числе ЦАП к Щ1,составляет около 502. При этой любое достижение,приводящее к па-аппешга качества преобразователей,требует, новых рубееей в повшекпи гочнссти СИ. Б связи с этим исследование путей повышения'точности ;редсхв измерения параыггрвз ЦАП (АЦП) входе технологического процесса их изготовления является, актуальной -задачей.

Основание дня р а б о т и-. Диссертационная работа заполнена' авторов з райках работ,проведенных з ШШЗИП, НПО "ЦИРКОН" ;г.Пенза) во исполнение ряда дирекхвзных дсвуненгозг приказов'Вк-тетраолектрошшГ: прогьшекности СССР ¿245 от 22.07.79 г., 1>179 от t0.04.84 г.,решения Пинисхерства электронной промнплекносхи СССР ох 20.12.83 г. »решения Ш С1' СССР .'¿383 от 18.11.85 г.

Цель -р а б о' т н. Развитие структурных методов технслогя-(еских азаереяиЗ параметров гибридных ЦАП и АЦП повышепно.1 точное-. ?п »удовлетворявших совокупности требований в части точпосхнкх ха-гектерисхик контроля и функциональной подгонки (ФП) »производитель- ' юсти и универсальности. .

За зацйтт а н н о с я т с я: - -'

- кегохн моделирования и анализа объектов измерения,а хесге средств технологических измерений;

'- аналитический критерий линейности ЦАП и применение'"принципа ¡зашлгости" при выводе данного критерия; "'•■'..

- применение. врпвцопов' аекрдаодедороватш ка этапе шганиравалкл и Предварительного анализа среХв4в.«энёредия, параметров.ИДИ (АЦП)?

- иеходн ФП гибридах ЦАП и АЦП; -

- исходы контроля статических параметров ЦАП и АЦП;

- структурные и схемотехническиеметода улучшения точностных ха-

га^.-теппстж СИ параметров ПАП и АЦП. ■ -

Задачи, и с с л е л о а а и и я .Для достигения поставленной цели необходимо было решхь слвдукдае задачи:'

- развгтне ыетедов иалгоритмов технологичесзях измерений Параметров ЩИ и АЦП; ' ■

- последовадие составляшцзх погрешности СИ к пути их -шшиыязацви;

- усозериенствование иоделей ПАП (АЦП),паз объектов измерения,а

С.1 электрических параметров этих объектов;

- «сзмаение уровна точности средств технологических измерений.

:' е т о д п а с с л е д о в а я и й- базируется па пспользо-георки электрических цепей,теории систем автоматического рг--'.-г^гзаакя »матротшх методов .»методов кагромоде jsiposaEaa » ■

математического анализа,в частности,моделирование погргп-ДЛЯ-д;:0£ерецц::алышц уравнением Тейлора,операционного псчис-и олемептоп 2 - преобразования. Для подтзерздгвиа получеи-результатов проводились зкспериаенхалышв исследования и амита-слезное моделирование. •

:-: а у ч н а я новизна р а б о т и саклвчается с сле-

Г—'.^гточ» ...

- получены модели ДАЙ (АЦП) и их коипслспгса,которое позволяет вы-поаюгь глубокий анализ составлявших погрепнооти преобразования;- предлозевп метода минимизации погрехшозтз CS я' вдсахяфашта es

составлявшие*. " \

- езнтезарозапя новнг истода, .оцеавя Езгргвнеахгй 1Ш!,з чазгасстм погргоиостя суперпозиция,лий.еаностирдаф^ерепцаагьвоа иедидейаоста, догргнноста г.оофф'.гдисата преобрасазанся;

- предложены новые структуры СИ параметров ПАП и АЦИ.с коррекцией с'сставлявщп: погрепностей измерения.

31 о с т о 'в е Ii нос т ь научных положений,гнзодоп и практсче' ких рекомендаций подтверэденз. расчетами,результатами вахсхарозааал промышленным внедрением и практпчесвиа использованием в серийном производстве.

Я р а-х т и ч е с к а & ценность р а б о г к состоит в том,что:

■ - разработаны структуры средств технологических измерений»которые позволяют производить изаеренае точностных параметров и их <Ш з технологическом процессе изготовления ЦДЛ (АЦП) до 18 разрядов. На мечены пути для разработки СИ более высокого класса точности;

- произведена практическая оценка адекватности синтезированных моделей преобразователей,а такзз СИ точностных параметров;

- сфориулированр и разработаны способн улучшения петрологических :арагтеристпк СИ точностных параметров гибридных 1Ш1 (АЦП);

- экспериментально подтверждены теоретические исследования пог-¡епноста суперпозиции ЦАП,как статической инструиентальнок по?--lemnocTE;

- подтверждена аналитическая модель критерия.линейности ДАН. Реализация и внедрение л е з у л ь т ■-, т о г. Результаты работы ислольЗоеиш л внедрена в следующих npc:.:i:;:-

1вншк устевовках технологических' кзкерепиЗ параметров ЦДЛ (АЛ): Ейг1!2.б8В.004. - "Установка контроля статических параметров ЦАП : количеством разрядов до 16"; -л

tyK2.6SS.005 - "Установка функциональной подгонки ЦАП с к единство:.! разрядов до 16"*, '

БУП2.6Б1.011 - "Установка контроля статических параметров ПАП ' ; количество!«, разрядов до 1С" автоматизированная"; Ш2.66Ь001 - "Установка контроля делителей"; '

опт-тшГ: образец "Установка Фугосдаональпой пол- . гонки А!Ш возягдогатглгаого приближения с количеегвоа разряде: до £4", £ Госрегйстращш У52503/20025£-б.

. ГодовоЯ с~оио:л!чгсдпЯ .эффект от внедрения составляет 415,5 т. руб. в цепах до 1992 года.

А нсобдцял у z ó от ы. Основные. ааяезеввз. дкссертгд:::-дскладнзалхсь к обсугдались на зональной конференции1 "Обработка информации в авткатйзирогашшх системах яаучню: Есследогали!?" (г.Пенза,1588 г.); на.III ЬсесовзпоЗ научной конференции "Петре-вотеское обеспечение 1П1С и АСУ ИГ (г.Львов,1990 г.); на зопаль ной конференции "Состояние алекенхаой бйзн»технологии производств й контроля изделий электронной техники" (?.Пеаза,1531 г.).

Я 7 б л и s а ц и л. Оснозпое содep;snne работе изложено з 4 В публикациях,в ток числе 26 описаниях г. авторским свидетельств ni-а-4 полозителыгкх регенках о задаче, авторского свидетельств.

Структура и о ti ъ г и работ н.Диссертация ссс;-тозт па введения »пяти глав и заключения,изложенных па 234 етриасах тшшсписвого- текста,п содержит S таблиц,98 рисунков -к годяс-геяий па 17 стрелкцах.

С 0 л I Р 7 А Н И Е Введение: Для создания средств технологических измерении паракетроз арецизкояяах МП (АЦП) необходжго' репецяе коаллекса вопросоз:систе12отех1гачес51пс,структурных^иетрологяческих. ■

В зарубежной и.отечественной литературе приводятся.описания СП./ контроля и функциональной подгонки • точяоетлих .'парааетрса ЦАП (А13|.

Вопросы моделирования объекта измерения и его точностных параметров, а талере измерения его параметров на различных этапах технологического процесса изготовления,в частности на этапе функциональной подгонки,репавт ряд известных зарубежных и отечественных фирм:' Ну6и4 (США), бм-га Ьгоып (СиА), ^з (СМ), 1Ш0 "Спстёка

(г.Львов),БШШЭП (г.Санкт-Петербург).технические университеты (г. Санкт-Петербург,г.Пенза) и др.

В предложенной к рассмотрению диссертационной работе осоецены ряд вопросов не каиедших абсолвтко полного отражения в работах из-вестних авторов,а так^е таких,которые в значительной мере связаны с гконкретной структурой объекта технологических измерений.

Б главе! представлены обобщенные, аналитические модели измеряемого параметра,а тйкес электрические модели объекта и средства технологических измерений в составе измерительной систеиы.

На рпс.1 представлена ехгиа,которая показывает,что задача технологических измерений параметров ШШ (АЦП) ыногозарпантпа и вклэча-ет 3 частные задачи: измерение статических параметров,измерение.ди-яагаческих параметров и изиерение точностных параметров в процессе --Я.

Рис.1. Обобщенная электрическая ыакроиодель технологических

измерений параметров гибридных ДАЛ (АЦП) Дапнув схему ыозно классифицировать как обобщенную электрическую •;акро!,:одель,отра2ающую многовариантность задачи.технологических измерена.!. Определенная совокупность функциональных квадратов позволя ет узе на стадии обобщенного анализа выявить общность и различие ос

аовных вариантов процесса технологических измерений точиосгкпх параметров ЦАП (АЦП). Ограниченная птрлховой линией область I - но. по существу»система измерения статических параметров; совокупная область .1 и III представляет систему измерения динамических параметров; совокупная область I и II,плюс исполнительниц элемент пре;;-гхавляэт систему измерения в процессе функциональной подгонки роэлектронного преобразователя.

Несмотря на определенные различия частных задач измерения параметров ЦАН (ДЦП),погрешюсти технологических измерений обобщенно эпиенвавтея интегралом суперпозиции. Однако задача получения даете-' зериой оценки погрешности технологического измерения в результате ' ^посредственного использования данного функционала встречает ряд теоретических проблем. Представление интеграла суперйоэицип в частотной области позволяет получить некоторые практические выводы ог-юсителыш' погрешности- измерения СИ (то пе касается'погрешности преобразована* данного ОН),а именно: погреппость зависит не только зт собственно" частотной характеристики',по и сг спектральной плотности полезного (тестового) сигнала,а газха от значений постоянного коэффициента пргобргговенкя_идеального объекта и временной задер-™и этого объекта. , •

Интеграл суаерпозпцаи,представляет обоЗценпог описание' нзмери-гельноП операции,что является недосгагочгаи для опкеапия такого гехноябгпческого.пр'оцесса,каг - процесс функциональней подгонки.'

Б результате этого процесса решается двуединая -задача,которая 5рстокт из задачи измерения статического параметра и задачи опг;:-.•ального управления подгоякоЯ.

В целом процесс «Ш моделируется функцией нелинейного программирования,как совокупность процессов измерения и оптимального управления. Для описания процесса еП'точностных параметров ЦАП (АЦП)• :празедл;:еы следуацае соотношения рел'пааКпого програ^глровакпя , вред-лаяляпцие собой целевуо функции и ограничения.гадаипке i; виде неравенств. При этом под целевой функцией понкиаегся анадлгстеског зырапепие подгоняемого точностного параметра,представленное через 1ргумеитн,в качестве которых попользуется параметры компоненте: гпутренпей структура ЦАП (АЦП). Условием ограничения момет бить, тапример,аевозкогяогть равенства нули полного сспроткллепкя деко-цпруэдей сахршп"ЦДЛ..32Ж целессй функции 'nosas'-'saei всЕ::о:.а;а ли юдгоика в результате воздействия на один компеяект ЦАП:(АДП),лп-5о необходима.поочередное.создеИегвие на.определеннее кот^опептг.

Б данной гл-ase процесс технологических' измерений "Параметроз ЦАЦ 'АЦП) предЙазлгн обоб!;гд?лдхк.моделя1т,сфср:1улиро28кы сскошше- «о-

- а - ' ..

-ретические задачи»намечены направления исследования.

Во. в т о р о й г. л а в е ..рассмотрены электрические свойства объектов технологических измерений- и их компонентов: делителей напрязеппя»кодоуправлаешх делителей,функционально законченных'1Ш к АЦП. ' у

В работе показано,что выполнение определенного условия будет означать оптимальность конкретного точностного■'паракехр.а:нелинейности [еуепциальноЗ пелинеПносхл,погрешюстя коэффициента преобразования. ¿с.ккм услозиеа для точностного параметра нелинейносхь принят аналитический критерий линейности,выполнение которого празодих к яу левому значения погрешность лянеПнссхи преобразователя.

Аналитический вывод критерия оптимальности возможен только для конкретного точностного параметр^ и 'конкратногс объекта подгонки а . пзяервяяа. Показало,что использозаниг какого-то обойцгнного . критерия оптимальности точностного параметра требует теоретического сбое неволил. Приведены критерии линейности преобразователей в дан акали эСФектиакссхя данных критериев при пэдгассе параыехроз ЦАП и АДП се -рин 427. ■ . / '

Ь ?2бохе отмечается,что адекватность критериев опгнмальносха хоч ясстяих параметров, зависит от глубина ?.! оде дарования объектов технологических измерений.

Приведен ряд электрических моделей ПАП,учитывающих неидеальносхи различных компонентов внутргнкеЗ структуры. Эхо позволило установит аналитические зависимости логреаносга ЩП ох некдеальиоехеИ,которым мс^но пренебречь в преобразователях малой г» средней точности,ко которыми уяг нельзя пренебрегать при '.разработке ЦАП и АЦП с количеством разрядов 16. и более.

Моделирование ЦАП конкретной -структуры,например,427ПА1,позволяет определить часть основных элейЯриЧ'ееких парааехроз из полной матрицы проводимости. Структура,подобная ЦАП 427П&1,входит, в состав АЦП 427ИВ1 и влияет непосредственно на-его точностные параметры.

Другим компонентой АЦП 42"7ПВ1,непосредственно влияющим на его погрепнэсхь,является компаратор напряжения.

Описаны такие погрешности компаратора АЦП 427ПЕ1,как .погрешность смецеиия нуля..-и; гистерезис, зоны перехода. Предложены аналитические модели и экспериментальные схеыы,измерения ,позволяющие учитывать рассмотренные не1шальности коапаратора напрянения. На основании проведенйюс экспериментов за модель зоны перехода кванта АЦП 427Ш31 принято бпмодальйое распределение.

Показано»что в число составляющих инструментальной погрешности

преобразователей серии 427 входит таксе погрешность источника опорного напряжения. Определенное внимание уделено исследовании выходного сопротивления опорного источника,как элемента,оказнваюце-го прямое влияние на погрешность суперпозиции 1Ш1.

В третьей .главе приведена классификация инструментальных погрешностей ЦАП и АЦП. С учетов принятой в работе классификации построена пакроподель ЦАП,зключаэ1дая все виды погрепнос-тей приведенной класснфзкацяоппой таблицы. Показано,что данная иакроиодель ' является слогноЯ электрической. цепьп,1шевцеЯ. кнйгова-риаптнкЯ (в зависимости от состояния хокпутатора) электрический граф. Отмечено,что оспоенки элементом матричного анализа'электрического графа ЦАП 427ПА1-3 является построение патрицы главных се-уСнп2,потора.1 п'озг,оддгг составить •систему уравнений}Полностьэ определяема эягЕектк•электрического 'графа.

О учстоп того ¡что в -гибрпдашх ЦАП (АЦП) некоторые элемента вну-треаней структур« пе достушш. аля 'процесса прякого.'игнереккя,пря-г-счгпке гатрячнзг» сзояпза в- ха^г тггтаэлсгачесгогз процесса- пзго-тсклепп:: гргсбрлзгйцегеЯ «згракктсго».'

В 52ТЯХ. услсвйзг пнгдля::гй сдзп пз негода ' кзследсгаЕпя^заклвчгв- ■• слПся этоа,пго в гггк-гэтргпкг пЬследсвагсдьзэ хкягяагтся тот или иной ~:тд зеидеагг-йсетп smasaesíti зиугрекней етрупгурн вреобразо-гахзза.

•П5етйгяо?что 'напбольпнй'уделяпгй seo я составе, погрешности ля-aesecern Ц1П асряп ' 4£7 -пкесг corps eííccss »обусловленная отклонекия-ап сопротивлений ргзаставной•матрицк ЦАП от - своих кдеалышх -значений. для анализа погресноети ЦАП 427ПА1-3 в работе приводится вывод Функции преобразования з натричпои виде. Прп стой принято,что фупкцпл пргойразозазня ЦАП с обрэдешю вкзшчепззТ декодируйте!! иат-ряйзй для данного тика ЦАП né акеет па первой стадии анализа соста--глягсда^внзгзлпкг- аепдеадьаостьо.оиграхетоппой схепп.

Сяедусциг: лагоу аогтапаота анализа'объекта авмерен-и являете?; в дзяясМ главе псслексгапяе пагрешо5г8И,п-з' огнезявдхея к весоикг.

Для 'проведаязл такого анализа • пзедяазена злсктрпческая кгкроко-jtsxs Ф?п;ШчОкал1нс з.ггеэте.'кного ЦАП,д состав гогзрого введен П-об-Рйзпкй ^йтарехквдасвйк „сьягодащБ ре;?кст;:вяуэ гтрщу* к преобразователь «ма в каптжггпаг (ряс.2).

Крсуг rara, :з зкгкгажшгнуз..схеыу на pris.2- введены элепентг', харазгеркэуваде нгкдаадьксагь ЬлераяирпноЗ cxeia: истэтшс; топа утгчхп,кстспкгп ¡шщгогэ roca,H8ïoiKas- напряжения euesenna.

Ъл.2. Электрическая модель функционально законченного ЩШ . с КУД-тока,как 4-х полюсного элемента.

Получены формулы,определяющие элементы четырехполюсника,погсрыг . показана ниге по тексту.

Инструментальные погрешности невесового характера классифицированы следующим образом:

■ I) погреиность модуляции-преобразуемый кодом N из-за изменевсз выходного сопротивления•декодирующей матрицы;

2) погрешность »вызванная изменением иапрягения смеценкя и тсксаа утечки в* операционной схеме: в см - ^ ( Кал ,'1ъ* Д эт)

'ч) погреиность,вызванная: иеидеальностьв клячей,коымутярувдгЕГргз«■ рядные токи,вырагавщаяся в деформации.узловых потенциалов дегояаззз-цгй резистивной матрицы;

4) наличие конечного сопротивления обцеЛ (возвращай) Еодяцее к дополнительной модуляции напряжения слездвгз ЩЛ.

В работе показано,что в приведенной во. ¡гас.2.иаракедвш погреиность функционально законченного ЦАП ■оцр^^гглегса тз хзйгем вкдг следующий выракениеы:

Д ( в, 1уп7= /¿г

'(е-У&а-

.где

v ' 22

Г

2*

v I

У(

- езхййшз адввеияЕссзз- дггежгр^и-

цей патрицы,слагаемые аого®вг щ^ггзгшзт. за^вгэодсюагга В-оЗзазэоэяз четырехполюсника;,? - каЕрзгзж® вй^о^йжа^чрагедешое -ао зшгду арг-образователя тока а-ваяршешп ^ ■/с&гозсйпшгеаге ©З^ггвсЗ ©ваза; N - преобразуема!' вед»

В то ке вреия,к^.шсазаао.5йюг,захадаая а^амдазасмг Т^ ется функцией от ' язд. . ■

Предлоге иная. ЩИ сойой

лентпую 'схему из казадаа. а.п^адагежгева да дав

лиза влияния неидаавшкевй! гя®5*®а*. ¡¡^адэжащгх

пни и внутреннего с®#шав5£згаа овэрккпз ввгшшезеа ввЕриаша ва' . статическую погрешзэста щр^ойразовгага.

6У/

^э-

I ta к

ш

I Iuj.4

у / t ------—

es

- Кгс.'З. гз22залгя!заз схееа UАЗ^злгга.^ад дополяягелглне гспплгзя еуперпсоягсгсгШ лзгрггаостя.

П?я зтет гяачеязе госта з гвгодзоа яеяа ДАЗ будег разаз: Yf. _

д

(2)

1t zi-yjYS ■ гдг Ул- газгглгзя ох зсеебразуггсго я ода ' V зкяощгая прсзодакость 2?Я2С2 цгсл тегового ЦШ; "у, Tj; - обсбгггзизе сопротивления ялз-^г^кггдзуткгуггзх тсзп грягоЗ п гззерсзоЛ разрядного коммутатора; Is, - 2яу?р»25ге еозротлзленпз СЕсркого ,-ссяротлаггкяя г^жгаЗ а зсззратгоЗ газ; .V, л7 -преобразуема; я код я ers rnasjsscz сначгзге; Ьмн^М'^х) » '¿^д ~Ï(n)

Ссхразггпте прягзя» еуЬгрзззгдаг з сблаггн гсеЗ ггагз преобразо-зггпз цгЗ сггдаапгггг соггагпэ сгггз рлс.з^з-о .для прообразуемого

ц==tu -<.«.,( '0)

а. "отргЕнегтз« syrspsssssa passas лХ-..^ 1ч-1кся » сзгзку soïCjsS гаязэ' иазучигь^гг-гзьзуя. зкрагеяая' {2)' я (3). 1нааяз гкя2вд223 згзрзгенза Есзгжаагг,тго zcrpesssess суяерпо-яздягтзл гг.ах:лег:пг2 зараЕйтрсэ^гаЕлСядза от zssxsr параметра воззгггяэа ргазжизза ©йьгхга 'язагеака'. йаг еггяяггсзая пог-рЕЕгаввть «дгц^еоазддиигп возгт. £ть э. спределегзсЗ таре скомпенси-гззхэ s-prc^nsa э двух хЕгзлзесззг р-2ЕЗЕзяггзащщен1ШХ ■ ÏÎ..-S- ЗШЭ41 m SI'îSiËSQ

1л2хгэ етЕуггцгг 111 лгтж£»31здсузрав12?гаа дагатгель тока кото-рота -нгзгггн sa решгЕгзгсЗ к^гшс^г 2 — 23. ш ^ядегглуется согласно .2,-Сзтаззта ег ,ч то водооотиеигЕЯ згзггглгз Е-сйразиото четврех-ккксэпи Eps г&явченяи лишь одного разряда рагнйг

■R

(4)

гдг - s-згггр Егличеияого разряда,начиная со старшего. Однако

■ - 12 -

зависимость-(4) НЕ определяет значения Е/Л/, Р;д/ во всеы

диапазоне преобразуемых кодов. Определенные-,интерес представляет тел:с;', аьрагетр четырехполюсника,как сходное сопротивление. Для ДАЛ ¿27ÍLU с оорацешшм г.сдсуправляеим .делителем В£Х » 2£д,//Е2д/= К i¡e зависит от преобразуемого кода и поэтому не оказывает влияния на лсгрсЕпостх. 'суперпозиции.

1.руг::и взгпки параметром четырехполюсника,влиящим на погрепноеть .суперпозиции,является его выходное сопротивление,которое представ-

с обо?, кагаллсльвое. соединение сопротивления £2д/ к опре-

деляется выражением » -f

¿Г1

. = ííXbtí e (5)

Ьирпгенне (5) нелинейно зависит ст преобразуемого кода, ícüibiier^ne исследования позволили доопределить для всего диапазона преобразуемых кодов.Ври этом получено следующее вырагение:

• , _' ' г"'1 /

- ...... ; (6)

а полином (i'i AO кайдеп'только для кодов ,ке иыеваах чередувцясся. О I в соседних разрядах: '

ь;:/' = VE/ 'í^ij" —з—"j t (7)

■ где :: - количество разрядов ЦАП; Ь - число, равное единице, плес кслг.чество' нулеЯ до пернои единицы в стариих разрядах кода //;

- количество единиц,кду«их подряд в преобразуемом коде //;р -полкчестго кулеК.идущие подряд-в младших разрядах кода /Д

Приведен анализ .погрешности суперпозиции конкретных типовых структур кикроолектроанк.х. ДАП серий 427 и 572.Для проведения такого анализа построен!; электрические какромодели.преобразователен.-' Проведении!; анализ объектов технологических измерений позволил разграничить погреп;остн,Екосимые объектом измерения и средствеа изкерсниг ,использовать соотношения, полученные в данное главе .вря разработке алгоритмов • технологических измерений параметров'. ЩЛ(АЦП}.

В- i г г s е р •• -г- л -а в е изложены принципы аакроподе'-.

лйрования на стадии планирована'технологических измерений,вопросы построения средств технологических изкерений коррекции их пат-ревностей»проведен синтез измерительных алгоритмов основных г.оч-восхинх вараиехров »предлогена классификация параметров ДАП (МП).

' Одним из основных вопросов данной гласи является анализ зрате-раса линейности иссдедуешпс ЛА11 и АДП. Ллл говода аналитических соотаопеяя.й ыег.ду параметрами олеаеятоэ 'внутренней струзтура ЦАЦ а подгоняегния тсчностныкл- параметрами,лелияе Лнссзьз пра^енгп известный из теории электрических цепей "принцип ззаа^псстн^что позволило пааболее просто ревать'аостазлеяауа задачу. Получена еледуз-цае соотношения:

1

где " ^ '1 О - '

где дК.с - погрепяость коэффициента передачи налрлаення лз одно:; -.узловой течки матрицы- 5 - 22. а "другуа,следу«цу^ за пз'Л а раааал-;-геппуз левее в данной делателе. 'Лз з'-па::енил (о) дао,что сост:г~-аенае 12, = Заявляется критерием ланейассгз ¡иШ и совпадает в с:с-еП сснозе с хратзраеа лияейлоста,предлог:енн!:а д.т.п. Г.Я.илыхсзна.

Б то аз зреая,соотнесения (3; дают полнуа золачестзеяауз оцекзу легальней дифференциально;! нелинейности ЦДЛ, а талаг поззсляс» заползать анализ зависимости дифференциальной аелангЙяЬста от погре;:-поста зоупеяеятоз дезодарувзей'резастизяой-иатркцн.

Поаазано',что для тагоЗ цела,как фунщшнальная подгопза,пргдстаз-лдет определенный интереб'. кахроыодель,.алалогачааа предетагленаой па рис.2,но четырехполюсник' зоторой разбит на две части. Первая часть четырехпоявешка со стороны старпах разрядоз представляет сабой аз-подогяаннуо часть а аоделнруется параметрами Яг^у,32/у»Цд/>а сс~ тадьаая часть со сторона младшие разрядоэ иоделируется парааетрааа ЙП-,321 . Злзкентн такой коделя раачятнзазгея на. основании следуз-цах пачучеяянзе в работа соотпопеяий: ,

? <'1н ) 2■ ,с

; ■■ (£1 -1) ^ , <-2.м 21~г-3

(9)

Проведенные теоретические.исследования, позволили ,синтезирован ■целевую функцию для функциональной, подгонки з. статическом-резине работы подгоняемого преобразователя:

г Г /Г \ -ЮО-А<. - &С-АС г г /г- \

1'кс (¿<;) = . - ,и А\---- ^ /а) , СЮ)

где (¿.<I) - контрольное значение напряаения (теза) на выходе

или,к которому следует стремиться б процессе подгонки1И1- ) -начальное значение напряжения (тока) на выходе ЦАП,измеренное до ' подгонки; А,; = 21 ;• I - номер подгоняемого разряда; Ъ[ - безразмерный коэффициент,равный:

В- . (2*"1-нУ . ;

- относительная ■ погрешность- подгонки линейности,равная:

. л . * . 1Ги - ) - КО • - ^ '

где На С1',с ) - напряжение (ток) на выходе Ц/Л .от включения с-. гс разряда; ¡[¿[ '[£( ) - напряжение (тоа).иа выходе -ДАЛ от в'клвче-нпл все:: предадут;:; разрядов »включая- дополнительны»!.

Приведенные соотношения кспользовайн в методе функционально!! подгонах,выполненном согласно техническому ресенив по а.с.Лтз9889.

Ьдеплизация неиодогианаой части ДАЛ в приведенной методе подгоы-.г:: позволяет -получить простые соотпопения коэффициентов А, , в; .

Однако ото приводит. к некоторой погресности подгонки,избавиться от. которой дотаю либр разбив подгонку па несколько последовательных этапов,либо получением сцена" коэффициентов Ас , Ес.расчетно-сксперккеитадышм путем,разбив подгонку на-два последовательных этапа. Пр.*? этой для. второго метода в. работе пргдлокепо использовать сяедувдпе .соотношения: „ ,

ТЫЪсО -

;'(л 1Г (' „:_ ^ ¿и(О ■ Г '(__ _ _1_т), ,

где,цифры I и 2 в скобках означают первый и второй этап подгояпи.

Отмечено,что предложенные методы подгонки ДАЛ можно распространить на структуры преобразователе.";,построенные не, только на КУД , типа Е - 23.При этом коэффициента &1'Я В;. 'будут определяться по-своему для каждого типа КУД. Б работе приведены соотнвиения, позволяйте определить госрфпцпгнты А^ а Б;,.для ЦАП,выполненных на тстраодных двоичных и двоично-десятичных матрицах «оцротлвлекай.

' п я т о Г) глав е описали .зонкретние. устройства техно' логически.:: измерений статических параметров ДАЛ .(АЦП)',рассмотрены

кетоды контроля точшияннх шраиётроа и иетодц ах гупнцлонзягноД . подгонка .основанию ка теоретических ассдедаЕаалях.арпзэдонпнх в аредадуздх ■ главах.

Опасаш фушдоаальшзе схоглй основных- азалрагзакшх узлов. Рао-смогрепы аопроса норрекцаа ах по?реазостоП.По;{5сакоточность 'средств технологических азаерекаЛ а больаеЛ ссзпопл гааасаг от сот-носяа образцовой опорной кврэ.Рассмотрепн аопроса соаорля працл-заонного средства зехнодогпчзсаях изиерояай.техгапзсзсз репокгг которого попользовано в установке контроля статааесклх пзряаесрзз ЦАП с колачесзаои разрядов до 16 автора тазаролаааой £71!2.£¿1.011-

Продлоаено устройство йувйцяоаальной подтопка АЩ последовательного при<5лш:еппя:,реалпз7изего способ £уняааопал1.асД асзгоЕза аз сигналу,цошенслрунцеыу входное воздействао АЦП.

Проведоншш теоретические ассяедоазндя балл асаодьсогагр яра .. создапаа средств технологических измерений эагктрачзсках ааракет-роа аакроэлеатронных преобразователей: установка контроля статд-чесаах параштроз ЦАП с количеством разрядов до 1а двтсаатазаро-ванпая да.!2.бЬ1.011, установка фттщаопздьпол подтопка цщ с зсда-чеством разрядов до 16 277.12.688.005,установка аонтроля стзепоскях пзракотроа ЦАП с волачествоы разрядов до 16 установ-

ка контроля деяатеяой Ш!2.6Ь1.С01.

Значения погреппосте3.азаер'ардя,араведан1Ш2 а дазаязояу ЦАП саржа 427»нелаЕвйаос2а а дафс2ереяцаальаой яелаазйноста для устаноааа B7I.l2.6oI.ОН составляет сооЕзётсгвапно: +—0,0003 л 0.00015 ;3 цра доверахальной'вероятаоста 0,095. " , .' •

В арадояенаа I праведеа граф алгоратиа азаэреная дг^зреацгагш-аой наланайасста састеиного калабрзтора напряжения установка ШЛ2. 681.011 а-реаа'лэ поверка. В врялоаенаа 2 аряаздеяа статастачссааэ $ормудп-обработка результатов измерения. Б ардлоазпаа'З- арздстаале-ез арогратя аовардн установка Ш.12.681.011.

\ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Сформулирована задача технояогачесндх азкаренай аараквтроз ЦАП (АЦП) а дана оценка уровня её слогяюста на'осаове анализа обобщенных моделей объектов а средств технологачесязх амгораяпй.

2. Подучена заваслыость контрольного значения за-я^ого'таапя-зендя [Щ1,позволяйся,выполнить 'функциональную подгонку -ет^еГ ■ аоста преобразователя арл его работе а статлческоГпД" .

3. Вааоляеа аналаз составляй^ погрешила суп^позишл над. Г4" <

-16 -

4. Предложена аналитическая загасиизсть -.дифференциальной нелЕ-неДлоогг,кал йувнцпа or параметров компонентов ваутрешеЗ струг- • турн ЦАП.

Б. Предложены ьакрзкодела ЩП.осяоешм элементом Еоторых является четнрехползсщщ.. Использование полученных соотношений позволило построить грЗ'Тлчссяуэ зависимость погрзлшостл подгонке ЦАП.

6. Предложены новые технические рашевпя средств технологических йзглеренаИ параметров ЦАП (АЦП),которкз позволила уменьшать пог-решоста из^ерешя е подгонка велзщайноста,дифференциальной нелд-1ш£ззс2г,аоофйщаеята преобразования. -

7. Саадзсз оиктЕо-цроыызленаыз образца средств тсхшдогечзсеее измерений ЫЕкроэаектрошшх преобразователей; 1И2.3Б1.££)1,27112.663. 004 .£'¡¿2.668.035 »37L2.681.011. -

ГсдопоЦ экова:зкаскай- ашфент от внедрения разработанных средств технологические иглерезд2 составляет 415,5 тыс.руб. в ценах до 1292г

ОСНОВНОЕ СШШЕЖЕ .ЛШЖЙЩИ OIPÄSEHO В СЛЕДГШ2 РАБОИХ:

■ I.Ела сов Г.С. Отчет о ДИР.-йзнсканае ыетодоз а созданяз макетного образца призера контроля функционально:! еодгоекк 14-разрядк;х Л1Щ» £ Гссреглстрацщ'У22503/2002596.-Пенза,1983.-142 с.

2 .Власов Г.С. Электрическая модель объекза контро.is-iryiKiHioналы:; законченного ВДЯ - н es свойства// Элеятронная техника.СерЛО. шя-роалектроЕпде устройства.-1УЬУ.-Вш:.4(7о).- С.22-27.

З.А.С. 230131 СССР, GQIPI7/I0. Способ контроле погрешностей делателей напряссна: / Г.СЛдисов,В.Ъ'.ГуттороЕ,й.И.Голуб0В,Я.Н.Чер-ннаев.-йпубл.Х9£12,Бш1.л19.

-i.A.с. 937452 СССР, ЮШ 19/165. Устройство для измерения элект-рпчеслих параметров пороговых элементов/ Г.С.Власов,В.Е.Гуттороь» 1.В."егоппш,И.И.Чернызав.-Опубд.1982,БЕ1Л.иг47. ■

5« A.c. 1427565 СССР.ЩЗЦ I/IQ. Устройство контроля аналаго-да®-Роеж преобразователей/ Г.С.Вдасов,НЛ.Ериолаов.-ипубл.190&,Бял.36.

6.А.с. 14Ь1ЁЭ0 СССР.ЖШ Х/66. Цнд&роаналоговйй преобразователе/ Г. С .Вла с ов, С .Е .Лях .-üny бд.1969, Бал «£12.

?.Едасов Г.С.Выбор модели, и анализ методов функциональной подгонка ш-трезде&трошигх ЦлП// Злектрсшвая Texm^a.Cep.3.M2Epocae2Tpoisi-ка.-19Ь4.-Вып.-2(10ь)C.5S-65.

б.Вдаоов Г.С. Аезлез суперпозвционной погрешоста ьдкроэлектронных ЦАЦ// • Электронная техника .Сер .3 .Микроэлектроника.-19Ь8.-Внп.4 (12ъ).- С.35-39.

8-А.с. XIS2I43 СССР, НОЗй-l/£6. Цафроа на лотовые црбобразователь/

г.с.власов.м.и.голубеэ.- илубл.1965,ьзл.¿.'42.

М.А.С.1339&Й9 СССРэйОЗИ 1/66- Способ'фупнцаошлыюй подгонка

ЦАП/ Г.С.Бласов,С.а.Сатш1КСВ,В.Е.Г7Ттороз.-0аубл.13&7,Б:зл.Ла5^

" II.Власов Г.С.,Лернер JJ.il. Точностааа параметра а цратзрдя лд-пэПяоста цш£?оааадоговах прасбразгватедгЗ// Здсатронааз тсгптда. Сер.ИдяроэлеятронЕна.-Еап.2(11&).- С.104-113.

12.Власов Г.С.,Сдтаааоз С.Н. и возиогносга ёуякпаднздьша подгон- , ад азяроэаезтроннах ЦАП в статическом регаадс// Злехтрсппая тпипза. Сер.10.Шшроэзентрошшв усгро£сиа.-1Эь9.-Вш.1(73)С.7-12.

13 .Власов Т.С. Изкереше аоэф£лцаентэ передача в процессе падгсЕ-ад пнтеградышх ЦШ/ Деа.стзтья// Заектрошая 2гхкааа.Сеу.2.Под7-проводнаноназ прибора.-1983.-Вая.2(199).- ¿-р.4335.

14.А.с.1061259 СССР, НОЗЯ 13/02. Устройство аоатроля';'.оа:У длп-зп-

■ та передача ЦАП/ 1^С«Власоз,В^^Сутторов,С.£^12.-^пубд.13сЗ,йап..'.'46.

15.Д.с«14ь&957 СССР, ШЗ11 1/10- Способ аз:.:аргиая погрзвпостд яо-сХфгщпензз преобразовзпая угноззвдаг ЦАП/ Г.С.Власоз,Н.Д.Ер^эдпсз. С .£ Лях ,Н.П .4 ернйсев.-Опзгб д .1Э6Э ,Еэа.£23 .

16»А.с.1525990 СССР, ЮЗг! 1/10. Устройство контроля аоаЦзцзекш аарода'Ш ЦАП/ Г.С.Вдз сол,С.2Ляг.— Оаубл. 1930,Б::л8.

17.а.сл282323 СССР,, ЕЗЗи 1/10. Устройство для ггазрешш да&>-рс-Ецаальнсц 'наланойноста бастродз^стлуздах АПН/ Г.С.Вдасов,А.й.Дпя-пов.ВЛЛслаопсв.- Спубд .1Э&7 ,Е:зд,'Л1.

18.А. с.1317557 СССР, ЮЗЫ 1/10. Способ яазпброздп ланеиаоста угл-•иопавщп; цпйроапалогознх- преобразователей/ Т.С.Бласоз,Ю.А.Нпязёв.-

0пубд.19а7,Бзл..!г22 .

13.А.с.1336233,4ЕШ 1/10. Устройство для пзглареная да&Терощщ-адьпой. нелааейюста ЦАП/ Г.С.Вяасов,Ю.А.Каязев.-опубд.1987,Бзл.::зЗ.

20.А.с.1352647 СССР, НЭ31Л 1/10. Устройство для доптродя статачес-наг паракатров ЦАЦ/ Г.С.Вдасов,В.Г.Сараев.-Опубл.19Ь7, 5ш1.Л42.

21.Власоэ Г,.С. Анализ глаяроиодедой устройств лзхлеракая-нооойцд-аата преобразования уишшюзцпс црецаздошп* ЩД/" Ииформацвоняо-пзма-рдтздьная техн2яа:Меквуз.сб.шуч.тр.- Денз.шлатех.аэ-т.-1291.-Знп. 20.— 15ъ с. . ^ :

22.А.с.1631723 СССР, ЫШ 1/10. Способ измерения наланайпости ЦАП а устройство для его осуществления/ В.А.АденсеэнноД'.С.Влассв.'Г.И. Ольховая,Н.Я.Черншаав.- 0цубл.13Э1,Еаа..;;а. ,

23.Власов Г.С.,ЧерцшеВ'Ы.И. Ыногофункцаоналгная модель я алгоритма поверни автоматизированной установяа контроля параизтров прзцн-здояшсс ЦАП/ Тез .долл. III Всесовзн.яов®."Метрологическое обеспеченно ИИС и АОТПп.-Львов,1990.- С.206-207.

- Ib -

-¿.й.е.£55Эо23 СССР, HQ3Ii 1/66. Преобразователь шпряжениэ-ток/ Г .С .Вла с эв ,В.Г .Сора ез .-Онубл .1990, Вт ¿£3.

25./..C.I335SS7 СССР, СОШ 19/165. Кошпраюр нулевого уровня/ r.G.3znco3,ij.A .КитаеБ.- 0публ..19сЬ,Бзль]С-4.

2S.A.C.I69ISS3, СОСР, Н03!Л 1/66. Цк^роаналоговый преобразователь/ Г.С .Влй сов, С .Е.Ля;: , В .Т.Серп ев.- рпубл.1Э91,Бвл.Ш.

27.Л . с.1370753 СССР, ШШ 5/JI.,GQ5B I/I. Сравнивающее устройство/ Г .СВласов,iJ.A Князев.-0ny6a.I8fei6,EiaiJi4. •

.2b.A.c.I554I2S СССР, ЕЗЭК 5/24,G05B I/,JI.Сравнивающее устройство. Г ¿С .Власов,В.Н.Коцухоь0лубл.1993# •

2S.A.C.IC64455 СССР, НЗЗК 13/02. Устройство контроля д управление $уЕкдаона;ш»2 полтонне;: реазисгорвых сеток цац/ Г.С^Вдасов,С.Е.Ля2.

.30.A.C.9S3343 СССР,«ВШС 17/24. Способ еункциональнод подгонки розисторных езток ЩД/ Г.С^Власов.В.ЕЛ'уттороз.С.ЕЛлз:.- Одубл.

1563, Вал j:4. . ♦

■V 31.Л.с.1352547 СССР, H03U 1/10. Устройство для лонтроля статичес-

параметров ЦАН/ Г.С.Власов,В.Г.Сараев,- Опубл.13Ь7,Б."гд J-42. ч,32.А.с.1755373 СССР, E03».i 1/10. Способ яадабровнЕ линейности ЦАЦ/ ;'*'Г.С^ласоЕ,А.П.Вороноь,Г.П.Шл11Нов.-ипубд.1992,Бал..,.гЗО. \ .

33.!\.0.1777236 СССР, E03LS 1/10. Устройство. контроля ЦАЦ/ Г.С. Власов, А.НЛухт1,р1.И.ЧершлаевД'.Д.Дшннов.-ОцублЛ992^ол^43.

34. А » с. 12ь2323 СССР, E33L! 1/10. Устройство-дог измерения дпеёе-ренпиальЕсп нелинейности быстродействующих АЦЦ/-Г.С^Бласов,А.11.Дия-: E02,B.£.U0JUE0ii0B.-uny6B.ISb7,BmJiI. - . -

35.A.C.I225GC6 СССР, ЮЗГ.1 1/4Ь. Адаптивный ап2Лого-цп.шроБо£ цре-сбразо2атель/-Т.С.Власов,А.Н.ДпяшБ,5.Г.Сараев.-{)пубд.1Э66,Б:од.В15.

36.А.с.14аа35Э СССР, ЮЗш 1/48. Адаптивный аналого-цифровой преобразователь/ Г.С.Влаеов,Б.Г.Сараев,- Опубл.1969,Бал.с

37.Власов Г.С. Моделирование объекте измерения в составе систем ■контроля точностных параметров ЦАЦ// Электронная техника.Cep.IO.LinK-розлектрондые устройства .41. :ЦНШ1пЭдеи5&онинап,1931.-Вып.2(86) .-

' С.21-26. . ■.■:■-■

38.Власов Г.С. Управляемые опорные ыеры автоматизированных установок коитроак аэракетров интегральных ЦАЦ и других- яошюневтоы PSA /Дезисн докладов к зональной копф.2Э тоня 1991 г. "Сосгоянаь едепе-.цтиой базы тс&нояолш iipuiiasoactoja fc. Контроля аэдеадй »дектрорюй трх!!ИРа".-Понза,Прчыол^скпй дом науч.чгашццропагащда,-1931.-С.73-74.

j

Власов Геннадий Сергеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ (ГИБРИДНЫХ) ЦАП И АЦП В СИСТЕМАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ

Специальность 05.11.05 — Приборы н методы измерения электрических и магнитных величин

Сдано в производство 18.11.94. Формат 60Х84'/1б- Бумага типогр. № 2. Печать офсетная. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 680. Тираж 60.

Типография издательства Пензенского государственного технического университета. Пенза, Красная, 40.