УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ ЛОГИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Процесс проектирования и производства оптоэлектронных приборов сопряжен с большим количеством контрольно-измерительных операций. Основная задача контроля – установление соответствия параметров исследуемого прибора требованиям технических условий. Для выполнения операций контроля необходимо определить систему параметров исследуемых изделий. Для оптоэлектронных переключателей данные системы приведены в книге А.К. Гребнева «Оптоэлектронные элементы и устройства». Данная система параметров приведена в таблице 1 [1]. Данную систему можно разделить на статические и динамические параметры.

Операции контроля параметров оптоэлектронных приборов осложнены громоздкостью измерительной установки, которая представляет собой целый ряд измерительных приборов, таких как источники напряжений, вольтметры, амперметры, осциллографы, характериографы. Благодаря прогрессу в области микроэлектроники, вопросы контроля статических параметров возможно упростить с помощью применения микроконтроллеров со встроенными блоками АЦП, позволяющих измерять напряжении и, косвенно, токи, в широком диапазоне. Широкая номенклатура микроконтроллеров позволяет полностью удовлетворить требования технического задания при проектировании устройств автоматизированного контроля параметров оптоэлектронных переключателей.

Таблица 1.

Система параметров оптоэлектронных переключателей.

Измерение временных характеристик связано с измерением длительностей импульсов, реализуемых следующими методами:

1. Метод прямого счета. Данный метод основан на измерении количества эталонных тактовых импульсов между фронтом и спадом исследуемого импульса. Его недостатком является высокая погрешность квантования, ограниченная периодом следования тактовых импульсов. Погрешность квантования возможно уменьшить путем увеличения частоты эталонного сигнала. Максимальная частота ограничена тактовой частотой микроконтроллера [2].
2. Нониусный метод. Нониусный метод позволяет учитывать дробную часть количества эталонных счетных импульсов. На рисунке 1 приведена функциональная схема измерения интервала времени нониусным методом.

Рисунок 1. Функциональная схема нониусного метода измерения временного интервала

Принцип работы: Сигнал с генератора квантующей последовательности попадают на входы схемы совпадения и делителя частоты. Делитель частоты формирует синхронные с квантующей последовательностью импульсы, необходимые для запуска контролируемых устройств. Схема совпадений запускает счетчик грубого счета, выполняющий счет целого числа тактовых импульсов. Генератор нониусных импульсов включается стоповым импульсом. Частоту нониусных импульсов выбирают в несколько раз больше, чем у квантующей последовательности. Сигнал с генератора нониусных импульсов поступает на второй вход схемы совпадений и одновременно регистрируются счетчиком точного сигнала. Счет импульсов выполняется до момента совпадения фаз нониусного и квантующего сигналов. Период исследуемого сигнала может быть вычислен по формуле 1.

                                     (1)

где: Tисл – период исследуемого сигнала;

n₁ – зарегистрированное количество импульсов квантующего генератора;

n₂ – зарегистрированное количество импульсов нониусного генератора;

T₁ – период тактового генератора;

T₂ – период нониусного генератора;

Основной недостаток данного метода – 2 высокостабильных опорных генератора. Нониусный метод, при использовании современной элементной базы, позволяет обеспечить точность измерений до сотен пикосекунд, однако данный метод трудно реализуется алгоритмически при построении системы на основе микроконтроллера.

3. Метод линии задержки. В основу метода положено использование линий задержки, построенных на основе триггеров, с точно известной задержкой распространения сигнала, которая является эталонным значением времени. На вход триггера подается исследуемый сигнал, по мере распространения данного сигнала триггеры переключаются, до момента подачи стопового импульса, счет останавливается. Происходит считывание состояния линейки триггеров и расчет длительности исследуемого сигнала путем умножения задержки распространения сигнала на количество сработавших триггеров. Данный метод удобно реализовать при использовании программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС). На основе данного метода строятся промышленные ИМС время-цифровых преобразователей [3].

Представленные в работе методы применимы для использования для контроля параметров оптоэлектронных переключателей. Выбор конкретного метода обуславливается номенклатурой контролируемых изделий.

Список литературы:

1. Гребнев А.К. Оптоэлектронные элементы и устройства. – М.: Радио и связь, 1998. – 336 с.
2. Дворяшин Б.В., Кузнецов Л.И. Радиотехнические измерения. – М.: Советское радио, 1978. – 360 с.
3. Texas Instruments: TDC7200 – преобразователь время-цифровой код [Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.ebvnews.ru/technical/texas-instruments/6471.html (дата обращения: 10.04.2019).