книги из ГПНТБ / Клебанский Р.Б. Преобразователи кода в напряжение

Очевидно, что система стабилизации имеет система­ тическую погрешность собственно ГЩН и случайную по­ грешность, зависящую от изменения нагрузки, порядка сотых долей от

Основная погрешность системы определяется чувст­ вительностью схемы сравнения и временем переключе­ ния схемы управления.

3-4. МЕТОДЫ БОРЬБЫ С ТЕМПЕРАТУРНОЙ ПОГРЕШНОСТЬЮ ПКН

Точность деления напряжения в матрице в основном зависит от точности выдерживания номиналов сопро­ тивлений резисторов матрицы. Как известно, достижи­ мая в настоящее время точность серийно выпускаемых прецизионных резисторов равна 0,03% (резисторы типа МВС, МВСГ, МВСГЧ, С5-5, С5-15) без учета изменения температуры. Как показано в [Л. 9], при использовании таких резисторов теоретически возможным оказывается построение матриц ПКН, точность которых составляет не более 12 разрядов при изменении температуры окру­ жающей среды в широких пределах. В результате экс­ периментальных исследований, проведенных на двух 14-разрядных ПКН с контактными ключами, было уста­ новлено, что при изменении температуры на 50 °С точ­ ность преобразования ограничивается 12 двоичными разрядами.

Кроме того, следует заметить, что в настоящее время резисторы могут быть подобраны с высокой степенью точности. Однако зависимость их значений от темпера­ туры ограничивает диапазон температур, • в котором возможна эксплуатация ПКН при заданной высокой точности (12 разрядов и более).

Возможны два метода уменьшения температурного дрейфа сопротивлений резисторов. Один из них основан на термокомпенсации всего преобразователя в целом, возможной благодаря использованию элементов с раз­ личными знаками температурного коэффициента (ТКС), однако осуществление его вызывает значительные труд­ ности.

Рассмотрим второй метод уменьшения температур­ ной погрешности. Этот метод может быть применен для обоих случаев построения ПКН (на матрице со «взве­ шенными» сопротивлениями резисторов и . ца матрице

R-2R).

70

\

Этот метод рассматривается применительно к матрице со «взвешенными» сопротивлениями резисторов, так как эта схема более чувствительна к изменению, сопро­ тивлений резисторов матрицы [Л. 53].

резистор матрицы (рис. 3-4) ПКН составляется из двух последовательно включенных резисторов Ri и R'i, име­ ющих разнополярные ТКС. Принимаем, что ТКС Ri по­ ложителен и его величина равна а+, а ТКС Ri — отрица­ телен и его величина .а-.

Очевидно, что

Ri = Roi([ + a+t) ;

Ri-\-R'i—Roi(^ +ісцД) -}-R'oi (1 + ct—t) =

R a i R'oi*T {Roiü+t-{-R'oiO—t) ■

Независимость величины сопротивления разрядного резистора от температуры в широком диапазоне темпе­ ратур возможна при

RoiCl+t + R'oiCL—t—О,

т. е. t (/?оіо+ + R'oia,—) =0. Отсюда ,

RQi:a+— —R'oia

Величина (—а~/а+) — положительное число, показы­ вающее, во сколько раз одно сопротивление, имеющее ТКС одного знака, должно быть больше другого сопро­ тивления, имеющего ТКС противоположного знака, что­ бы общее разрядное сопротивление не изменялось при изменениях температуры.

71

Таким образом, величины двух сопротивлений с ра+ Ііополярными ТКС, которые при последовательном сое­ динении образуют разрядный резистор і-го разряда, об­ ратно пропорциональны величинам их ТКС. Отсюда вы­ текает, что, если разрядный резистор

Ri + R'i = 2" -4R i+ R 'i)

состоит из двух резисторов, имеющих разнополярные ТКС, и их сопротивления по своим величинам обратно

сти сопротивления резисторы в матрице делаются проволочными. Это обеспечило бы высокую точность в случае работы преобразователя при неизменной температуре, равной температуре, при которой подбирались (или наматывались) разрядные резисторы •матрицы. Но ввиду того, что преобразователи в реаль­ ных условиях в основном работают в широком диапазо­ не температур, погрешность от нестабильности сопро­ тивлений резисторов при изменении температуры значительна.

Например, даже применение манганина, имеющего весьма низкий ТКС («+= +0,000031/°С), в качестве материала для изготовления (намотки) резистора стар­ шего разряда матрицы преобразователя, имеющего, к примеру, величину 500 ом при изменении температуры

72

Если же подобрать сопротивление резистора 500 ом гак, что

где ТКС манганина а+= +0,00003 1/°С; ТКС резистора УЛИ а _ = —0,0005 1/°С, (в качестве резистора с отрица­ тельным ТКС использован резистор типа УЛИ); Rot — сопротивление резистора из манганина, имеющего ТКС сс_; R'oi — сопротивление резистора типа УЛИ, имеюще­ го ТКС а+, то получим:

т. е. если величина сопротивления резистора из манга­ нина будет в 16,66 раза больше величины сопротивления, имеющего отрицательный ТКС (например, резистора типа УЛИ), и обязательно сумма величин этих сопро­ тивлений будет равняться величине сопротивления раз­ рядного резистора, то тогда при изменении температу­ ры в широком диапазоне величина сопротивления раз­ рядного резистора останется совершенно неизменной. Из (3-2) следует, что сопротивление резистора /Усчтипа УЛИ должно быть:

R’ог 16,66500 = 30 ОМ.

Следовательно, сопротивление резистора Roi из ман­ ганина будет:

Яог=470 ом.

При практическом применении данного метода сле­ дует учитывать, что расчетное значение сопротивления резистора R'oi может оказаться отличным от существу­ ющих номиналов серийно выпускаемых промышленно­ стью резисторов. В этом случае общее сопротивление разрядных резисторов изменится на столько ом, на сколько изменилось бы сопротивление, величина кото­ рого равна разности между расчетным и выбранным значениями R'о,- при нагреве на t° С.

Описанный метод с успехом может быть применен и в широко распространенной ступенчатой матрице R-2R, причем осуществление его намного облегчается тем обстоятельством, что здесь необходим подбор только двух номиналов сопротивлений.

обнаружить случайные ошибки. Кроме того, в данном случае требуется дополнительно к схеме ПКН специаль­ ная схема сравнения. Достоинством такого метода явля­ ется возможность обнаружения ошибок, вызванных все­ ми элементами ПКН, включая такие узлы, как источник напряжения, эталонные сопротивления, ключи. Наиболее эффективным оказывается использование метода тари­ ровки при работе ПКН в системе преобразователя на­ пряжения в код (ПНК) с цепыо обратной связи [Л. 2].

Рассмотренный выше метод проверки ПКН и ПНК относится к так называемым методам тестового контро­ ля радиоэлектронной аппаратуры, когда выбирается какой-нибудь параметр и определяется его положение в поле допуска.

Вопросы контроля исправности преобразующих устройств несмотря на их сложность и значительный

объем разнотипной аппаратуры рассмотрены в настоя­ щее время недостаточно.

Ниже рассматриваются методы для обнаружения сбоев и обнаружения и исправления катастрофических отказов в ПКН. В [Л. 58] предложен схемный метод контроля работы триггерного регистра и разрядных пе­ реключателей ППКН. На рис. 4-1 показана структурная схема ППКН с контролем.

на группу вентилей Иц—Иіп и задержанным на время t1 относительно импульса, производящего включение триггера. Задержка 11 должна быть больше времени

переходного процесса триггера. Емкость счетчика выби­ рается такой, чтобы при приходе последнего импульса

сИц происходило переполнение его. С выхода счетчика

вэтом случае снимается импульс и с задержкой t2 по­

дается на вторую группу схем И2 1 —И%п. Задержка h

должна быть больше периода следования импульсов ГИ. Импульс переполнения счетчика осуществляет проверку выключения всех триггеров регистра. Наличие импуль­ са переполнения счетчика и отсутствие импульса с вы­

одним управляющим входом к выходу триггера, а вто­ рым— к выходу переключателя. На импульсный вход И'п подается импульс с задержкой іг. С выходов И'п снимается импульс неисправности, если после выключе­ ния всех триггеров регистра какой-либо из переключате­ лей не отключил эталонное напряжение от матрицы сопротивлений.

Выходные импульсы с вентильных групп подаются на соответствующие входы триггера контроля. Со­ стояние этого триггера опрашивается контролирующим импульсом КИ. Наличие импульса на выходе вентиля говорит о неисправности преобразователя.

Перейдем к рассмотрению возможности использова­ ния коректирующих кодов для обнаружения ошибок на примере частного случая использования ПКН в преоб­ разователе напряжения в код. Применение корректиру­ ющих кодов открывает новые возможности контроля аппаратуры преобразователей [Л. 60].

Возможность получения корректирующих кодов с выхода ПНК позволяет применять их для надежност­ ного синтеза узлов, например, как ПКН.

Обратимся к типичной схеме преобразователя напряжения в код поразрядного уравновешивания [Л. 1] (рис. 4-2). На вход схемы сравнения 6 приходит преобразуемое напряжение Ux и опорное на­ пряжение с выхода преобразователя кода в напряжение (ПКН) 5,

76

Рис. 4-2. Структура преобразователя напряжения в код поразрядного уравновешивания с контролем.

При описании процесса поразрядного уравновешивания с точки зрения теории кодирования представим кодовые последовательности в виде многочлена

<3(.ѵ )=алл;'1- 1+ а,і_ід:'і- 2+ . . . +а2х+щ,

где cts, а ь - і, . . . , d i — коэффициенты многочлена, равные 0 или 1 [Л. 43].

Переменная х* выполняет роль оператора задержки при описа­ нии процесса уравновешивания. Это означает, что если показатель степени равен /, то уравновешивание осуществляется в (/+ 1 )-м так­ те. В то же время эта переменная позволяет производить анализ кодовых последовательностей как многочленов, что особенно важно при построении корректирующих циклических кодов [Л. 43].

Математической основой построения циклических кодов являет­ ся представление любого двоичного числа в виде многочлена, содер­ жащего фиктивную переменную х, в которой двоичные цифры являются коэффициентами фиктивной переменной.

•Пусть какое-либо сообщение представляется двоичным числом вида 1010011. Соответствующий этому числу многочлен фиктивной переменной х имеет вид х6+ х * + х + 1.

77

Обратимся вновь к схеме рнс. 4-2. С выхода распределителя іімпульсов поступает последовательность в нечетных тактах, которую можно представить в виде многочлена

Qa (х) = х*- + хн-*+ ...+ х + і.

Двоичная последовательность Qa (х) должна пройти через ряд

элементов и появиться на выходе ПКН в виде двоичной последова­ тельности Q*a (х ). При отсутствии искажений должно соблюдаться

равенство

<?*«(*) = Q„ (*).

Участок между выходом логической схемы и входом схемы срав­ нения можно рассматривать как некоторый канал связи, на вход ко­ торого поступает Qa (x), а на приемном конце появляется последова­

вательность действует в четных подтактах и полностью определяется преобразуемым напряжением Ux, первая же последовательность не зависит от напряжения Ux и определяется конструкцией преобразо­ вателя (числом разрядов преобразователя). Выходной код преобра­ зователя образуется путем суммирования двух последовательностей

QfМ — Qß (•*) + Qa(х).

Большую часть оборудования преобразователя составляют триг­ герный регистр и цели управления триггерного регистра ПКН. Р ас­ смотрим возможные ошибки, возникающие в названных узлах пре­

образователя.

Элементы ПКН рассмотрим как каналы связи, где может прои­ зойти искажение многочлена Qa (х ) . Действие такого рода ошибок

молено отразить с помощью многочлена ошибки £ '( х ) . В общем слу­ чае при произвольном многочлене ошибки

Q*. (*) = <?„ (*) + £'(*)•

Многочлен ошибки действует на последовательность Qa (х) в не­ четных подтактах уравновешивания.

78

Многочлен Q g(x), действующий в четных подтактах, может быть искажен последовательностью Е'' (х):

Q*? (x) = Q? (x) + E"(x).

Особенностью многочлена Qg (х) является то, что его коэффи­

циенты зависят от коэффициентов Qa (x). При искажении элементов

для кодирования последовательностей, циркулирующих в преобразо­ вателе [Л. 44].

Рассмотрим кодирование сообщения, состоящего из k двоичных цифр, к которым добавляется п—/г двоичных цифр, служащих для

двоичных цифр, из которых формируется циклический код; Е(х) — многочлен кодирования сообщения (кодовый многочлен) степе­ ни п— 1.

Обнаруживающие свойства циклического кода определяются ви­ дом исходного многочлена Р(х).

Процесс кодирования сводится к определению многочлена F(x) по известным Q{x) и Р(х) при условии, что многочлен Е(х) должен делиться на многочлен Р(х) без остатка.

Для формирования кодового многочлена используют метод, при котором коэффициенты при членах высших порядков соответствуют

значение проверочных элементов, которое выражается в виде многочлена остатка от деления многочлена Q(x)xn~h на Р(х) при

0 { х ) х 4= х 13+ х п + х 9-|-х7+ Х 6+ Х 4.

79