HÍRADÁSTECHNIKA SZÖVETKEZET

HÍRADÁSTECHNIKA SZÖVETKEZET 1519 BUDAPEST * PF. 268. * TEL: 869-304 * TELEX: 26-6151 MIKROSZÁMÍTÓGÉPPEL VEZÉRELT M É R Ő M Ű S Z E R E K A szövetkezetünknél kifejlesztett HT680X típusú mikroszámítógép megjelenése időszerűvé teszi olyan mérőműszerek fejlesztését, amelyek perifériaként a géphez kapcsolódva, azzal e g y ü t t automatikus m é ­ rőrendszert alkotva a l k a l m a z h a t ó k . Ezzel egyrészt saját m ű s z e r g y á r t á s u n k bemérési és végmérési m u n k á i b a n növelhetjük az a u t o m a t i z á l t mérések a r á n y á t , másrészt a mikrogépet különböző ilyen analóg mérő-perifériákkal bővítve egy univer­ zálisabb rendszert tudunk eladásra kínálni. Először is a leggyakrabban mérni k í v á n t elektromos jellem­ zők közül a feszültség és a frekvencia mérését k í v á n ­ j u k ilyen m ó d o n megoldani. Ennek jegyében készülnek az alább ismertetendő feszültségmérők, amelyek elektromos és mechanikai szempontból is illeszkednek a HT680X mikrogép rendszerébe. A mechanikai k i v i t e l t tekintve a mikrogép v á z á b a betolható 1/18 vagy 2/18 modul széles előlappal sze­ relt fiókegységekről van szó, amelyek az á r a m k ö r i bonyolultságtól függően egy vagy k é t szabványos méretű nyomtatott á r a m k ö r i k á r t y á t tartalmaznak. A k á r t y á k hátsó érintkező sávja megfelel a HT680X mikrogépnél bevezetett k i o s z t á s n a k ; ezáltal a t á p ­ feszültségek, a cím-, adat- és vezérlő vonalak csatla­ kozása biztosított. A feszültségmérő fiók előlapján csupán a mérendő feszültségek fogadására szolgáló csatlakozók t a l á l h a t ó k , a kezelőszerveket a mikrogép t a s z t a t ú r á j a „ h e l y e t t e s í t i " , a mérési e r e d m é n y pedig nem saját beépített decimális kijelzőn, hanem a m i k rogéphez kapcsolódó monitor ernyőjén olvasható le, vagy m á s adatkiviteli egységen áll rendelkezésre.

MIKROSZÁMÍTÓGÉPPEL VEZÉRELT FESZÜLTSÉGMÉRŐ A mikrogéphez való minél k ö n n y e b b illeszthetőség döntő jelentőségű a mérőrendszer legfontosabb ele­ mének az A / D konverternek kiválasztásában. A jelenlegi megoldásban a számítógép 8 bites adat­ buszára való közvetlen csatlakozás volt a cél, ezért i t t egyértelműen a p á r h u z a m o s a d a t á t v i t e l a kézen­ fekvő. Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 8—9. szám

Abban az esetben, ha a mérő periféria és a mikro­ gép k ö z ö t t nagyobb távolságot kell áthidalni, akkor a soros a d a t á t v i t e l a célszerűbb. Ennek legkorszerűbb módja a száloptikás összeköttetés, ami az a d a t á t v i t e l mellett galvanikus elválasztást is biztosít. A leggyakrabban felmerülő, vagyis a h a g y o m á n y o s feszültségméréseknél a mérés gyorsaságára vonat­ kozóan különösebb sebességi igények nincsenek, ezért az integráló típusú A / D á t a l a k í t ó sebessége elegendő. Ez a mérési módszer néhányszor 10 ms nagyság­ rendű konverziós időt igényel ugyan, de é p p e n a hoszszabb idő és az integráló jelleg m i a t t zavarvédettsége és pontossága jobb a t ö b b i típusénál. A k i v á l a s z t o t t á r a m k ö r egy 40 lábú dual i n line tokban integrált 12 bites bináris k i m e n e t ű A / D á t ­ alakító. Az eszköz a l a p m é r é s h a t á r a 4,096 Volt, ami a 12 bites felbontást figyelembe véve 1 mV-os érzékeny­ séget (LSB-t) jelent, t e h á t az elérhető pontosság a végkitérés 0,0244%-a. A mérési e r e d m é n y az A / D á t a l a k í t ó tri-state-es kimeneti tárolóiban áll rendelkezésre 12 bites bináris szám formájában (B1...B12). T o v á b b i k é t b i t a polaritásra (POL) és a túlcsordulásra (OR = overrange) vonatkozó információt adja. Az A / D konverzió lezajlását, i l l . befejeződését egy külön STATUS kimeneten lehet detektálni. í g y egy a STATUS jelből s z á r m a z t a t o t t ST-bit segítségével a mikrogép számára alkalmas „ M É R É S V É G E " je­ let á l l í t h a t u n k elő. Mivel a rendszer adatbusza 8 bites, ezért a mérési e r e d m é n y B l — B 1 2 , P O L , OR, ST összesen 15 bitjét k é t lépésben kell kiolvasni. Az alkalmazott A / D á t ­ alakító tri-state-es adatkimenetei k é t byte-ban a k t i ­ vizálhatók a H B E N (High Byte Enable = felső byte engedélyező) és a L B E N (Low Byte Enable = alsó byte engedélyező) vezérlő bemenetek segítségével. A b i t kiosztás az 1. ábrán l á t h a t ó .

High |ST|OR|POI

Byte

Low Byte

B12 BH|BIO B 9 | B 8 B7 B 6 B 5 | B A | B 3 | B 2

Bl

LSB 1. ábra

385

A feszültségmérő jellemzői A feszültségmérő fiók 2/18 modul szélességű és k é t nyomtatott á r a m k ö r i panelt tartalmaz. Előlapján 8 p á r egymástól független bemeneti csat­ lakozóval rendelkezik, t e h á t egyszerre 8 különböző mérési helyre csatlakoztatva a mikrogép parancsára ezek bármelyikének feszültségét meg tudja mérni. A k í v á n t m é r ő b e m e n e t p á r , a m é r é s h a t á r és az ü z e m m ó d kiválasztása t a s z t a t ú r a segítségével vagy program szerint t ö r t é n h e t . A választható méréshatárok 4 V , 40 V , 400 V . A lehetséges mérési

üzemmódok:

— Egyenfeszültség (DC). — AC csatolt váltakozó feszültség valódi effektív értéke (True RMS). — DC csatolt váltakozó feszültség valódi effektív értéke (AC + DC); (ezáltal az egyenkomponenst t a r t a l m a z ó váltakozó feszültség valódi effektív értéke is mérhető). A kiválasztott mérési feltételek és a mérési ered­ m é n y e k a mikrogéphez csatlakozó monitoron jelen­ nek meg. A készülék jelzi a m é r t feszültség előjelét és az esetleges túlcsordulás!. Ilyenkor a m é r é s h a t á r megváltoztatásával újabb mérést kell végrehajtani.

Felépítés és működés A feszültségmérő egység elektromos felépítése alábbi blokkvázlaton l á t h a t ó (2. ábra).

AC/DC konverter

1£

N in

O c o o 6>

az

Amint a címdekóder érzékeli, hogy a számítógép a feszültségmérőhöz fordult, engedélyezi, hogy az adatbuszról az általunk megadott mérési parancs (a mérési feltételek) íródjon be a készülék parancs regiszterébe. Ezzel a paranccsal vezérelve a bemeneti szelektor, a feszültségosztó és az üzemmódválasztó megfelelő érintkezői (Reed relék) a mérendő jelet az A / D á t ­ alakító bemenetére kapcsolják. Az időzítő és vezérlő logika által m e g h a t á r o z o t t ü t e m b e n , egy program szerinti vagy külső indítójel hatására lezajlik az A / D konverzió. A program a High Byte-ot figyeli és az ST-bit se­ gítségével állapítja meg a mérés befejeződésót. E z u t á n egymás u t á n kiolvassa a felső, majd az alsó byte-ot és a monitoron kiírja a mérési e r e d m é n y t . A készülék 8 független mérőbemenetpárjáböl egy­ idejűleg csak egy b e m e n e t p á r kapcsolódik a mérő­ rendszerre. A bemeneti oldal földrendszere nincsen galvaniku­ san kapcsolatban a mikrogép tápfeszültségeivel. A szükséges + 1 2 V és ± 5 V tápfeszültségeket DC/DC konverter állítja elő a mikrogép felől kapott egyenfeszültségből, a digitális adatforgalom pedig nagysebességű optocsatolókon keresztül zajlik. Az előzőekből következően lehetőség van olyan feszült­ ségmérésekre is, amikor a készülék bemeneti L O W és H I G H pontja is földtől eltérő potenciálon van. A bemeneti osztó é r t é k e 10 MOhm. Nem megfelelő m é r é s h a t á r beállítása esetén diódás védelem korlá­ tozza a fellépő túlfeszültséget. A készülékben egy-chip-es AC/DC konverter k e r ü l t alkalmazásra, amely nemszínuszos és egyenfeszült-

4>

c a> E ti m

-* Osztó

Védelem

Üzemmód szelek-

O Q

IN

"D <

C o

A/D o o o

DATA Méréshatár szelek-

-u

E

•O N

"<_)

— >

CL

o

-A

§ « >- a i

a

N in D

CL

3

8£ J--12V+12V-5V+5V

3 ±

+5V

+ 5V+12V

2. ábra

386

Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 8—9. szám

ségű komponenst t a r t a l m a z ó jelek esetén is a valódi effektív értéknek megfelelő kimeneti egyenfeszült­ séget szolgáltat. Egyenfeszültségre szuperponált vál­ tófeszültség esetén t e h á t kétféleképpen m é r h e t ü n k ; AC csatolással csak a v á l t ó k o m p o n e n s , DC csatolással a teljes jel valódi effektív é r t é k é t kapjuk.

MINTAVÉTELES (SAMPLING) VIDEÓ SZINTMÉRŐ Szövetkezetünk profiljából a d ó d ó a n jelentős igény van videojelek mérésére (ami csak mintavételes mód­ szerrel lehetséges). Tervezzük egy mintavételes feszültségmérő kísér­ leti p é l d á n y á n a k elkészítését, amely szintén 2/18 modul széles előlappal szerelt fiókban k é t szabványos m é r e t ű nyomtatott á r a m k ö r i k á r t y á t tartalmaz. Az egyik panelon a videó erősítők, a bemeneti sze­ lektor áramkörei, a szintrögzítő (clamper) és a m i n ­ t a v e v ő t a r t ó á r a m k ö r (S/H) helyezkedik el, a mási­ kon a digitális vezérlő, időzítő és analóg digitális á t ­ alakító á r a m k ö r ö k , valamint a mikroszámítógéppel való kapcsolatot biztosító illesztő egységek. A mintavételes videó szintmérő mikrogéppel való kapcsolata, e g y ü t t m ű k ö d é s e hasonló az előzőekben vázolt feszültségmérő fiókéhoz. A készülék 6 független videó bemenettel rendelke­ zik. Ezek közül 3 db 75 Ohmos, max. 2,5 Vpp video­ jelet képes fogadni. A másik h á r o m bemenet nagyimpedanciás (max. 25 Vpp, 1 MOhm), és lOMOhm-os mérőfejjel 250 Vpp feszültség mérését teszi lehetővé. A méréshez külső vezérlőjelekre is szükség van, ezeket a szövetkezetünknél g y á r t o t t T V sorszelektor szolgáltatja. A L I N E GATE jel segítségével a sor­ szelektoron beállított (sorszámú) TV-sorban t u d u n k mérni, a SAMPLE ( V A R T R I G ) jel pedig a soron belül eltolható mintavételi impulzus helyét h a t á r o z ­ za meg.

Elméleti alapok E n n é l a készüléknél az előzőhöz képest új követel­ m é n y a mintavételes mérési elv alkalmazása. Mintavevő-tartó á r a m k ö r ö k e t szóles körben hasz­ nálnak analóg jeleket feldolgozó és digitalizáló rend­ szerekben, ahol n é h á n y m i k r o s z e k u n d u m t ó l n é h á n y percig terjedő ideig kell analóg feszültséget ponto­ san tárolni. Alkalmazzák például a d a t g y ű j t ő rend­ szerekben, idő függvényében változó jelek letapoga­ t á s á r a , A / D konverterek előtétjeként, mintavételes oszcilloszkópokban, digitális voltmérőkben, analóg számítógépekben. A mintavevők működési elve egyszerű, de alkalma­ zásuk során számos probléma merül fel; különösen nagy sebességi és pontossági igény esetén k í v á n k ö ­ r ü l t e k i n t ő tervezést. Hogy a megoldandó feladathoz legalkalmasabb á r a m k ö r t válasszuk és azt helyesen alkalmazzuk jól meg kell ismerni a tervezés és a m ű k ö d é s legapróbb részleteit. A m i n t a v e v ő - t a r t ó á r a m k ö r (Sample-hold, S/H) t u l a j d o n k é p p e n egy „feszültséget tároló m e m ó r i a " , amely az adott feszültséget jó minőségű k o n d e n z á ­ Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 8—9. szám

torban tárolja. Az á r a m k ö r m i n t á t vesz egy feszült­ ségből és a z u t á n megszabott időre „ b e f a g y a s z t j a " , hogy m á s egységek feldolgozhassák. A 3 Ja ábra a m i n t a v e v ő á r a m k ö r elvi felépítését mutatja. A m i n t a v e v ő k o n d e n z á t o r (C^) az elektro­ nikus kapcsoló (S) zárásakor a bemeneti feszültségre töltődik fel. A kapcsoló n y i t o t t helyzetében a k o n ­ denzátor ezt a töltést, vagyis a k í v á n t feszültséget m e g h a t á r o z o t t ideig megtartja. Az á r a m k ö r h á r o m ponton kapcsolódik környeze­ téhez, ezek az analóg bemenet, analóg kimenet és a m i n t a v é t e l t vezérlő bemenet. A 3/b ábra egy gyakorlatban használatos elrende­ zést mutat bemeneti ( A l ) és kimeneti buffer erősítő­ vel (A2) és kapcsoló meghajtó á r a m k ö r r e l . A minta­ vételezést vezérlő bemenet a mintavételezés időtar­ t a m á r a (sample mode) zárja a kapcsolót t a r t á s i üzem­ m ó d b a n (hold mode) pedig nyitva tartja.

o

cffo-

Input

« -[-C|_|

o Outpui

Sample Control

A1

Input

-r C

H

Output

Sample Control 3. ábra A sample-hold á r a m k ö r ö k b e m e n e t é n leggyakrab­ ban nagy bemeneti impedanciájú (FET-es) buffert találunk, mert a meghajtó forrás á l t a l á b a n nem ter­ helhető. Az S/H kimenete kisimpedanciás, hogy A / D konverter bemenetet meg tudjon hajtani, de a k i ­ meneti buffer bemenő impedanciája nagy, és nagyon kicsi bemeneti nyugalmi á r a m engedhető meg, hogy a tárolókondenzátor töltése ne szivárogjon el t ú l gyorsan. Gyors kapcsoló szükséges, kisértékű k i k a p csolási szivárgó á r a m m a l . A tároló k o n d e n z á t o r pontos S / H á r a m k ö r ö k n é l kulcsszerepet játszik. Bizonyos k o n d e n z á t o r típusok közel ideális energiatárolónak t e k i n t h e t ő k . R e n d k í ­ vül alacsony a szivárgási á r a m u k , azaz nagyon nagy

387

az ekvivalens parallel rezisztenciájuk. Ez az úgyneve­ zett szigetelési ellenállás — MOhm — mikrofarad d i ­ menziójú ; vagyis az egymikrofarádos k o n d e n z á t o r p á r h u z a m o s veszteségi ellenállása — értéke egyenlő a k o n d e n z á t o r másodpercekben kifejezett önkisülési időállandójával.

t

s

A.V

= mintavételi

idő

= 2t időpontban mért hiba feszültség s

Más kapacitásértékekre a parallel ellenállás úgy s z á m í t h a t ó k i , hogy a szigetelési ellenállás MOhmmikrofaradban kifejezett é r t é k é t elosztják a mikrofaradban kifejezett kapacitással. Mivel a parallel ellenállás kis k a p a c i t á s esetén na­ gyon nagyra a d ó d n a , ezért a legtöbb gyártó egy ma­ ximális é r t é k e t ad meg, ami á l t a l á b a n a szigetelési ellenállás kétszerese. Ez csak azt jelenti, hogy a paral­ lel ellenállás értékét a g y á r t ó k nem mérik vagy nem garantálják, pedig lehet, hogy megegyezik a s z á m í t o t t értékkel. Az önkisülési időállandó az az idő, ami alatt a ma­ gára hagyott k o n d e n z á t o r feszültsége a kezdőérték 36,8%-ára csökken. A Sample-hold á r a m k ö r ö k b e n használt jóminőségű k o n d e n z á t o r o k szigetelési ellen­ állása 10 MOhm-mikrofarad nagyságrendű, ami egy­ millió szekundumos önkisülési időállandónak felel meg (11 és fél nap). Ez 1%-os csökkenést jelent 3 óra alatt. A szigetelési ellenállás azonban a hőmérséklet növekedésével rohamosan csökken — exponenciáli­ san. Egy másik p a r a m é t e r , ami a k o n d e n z á t o r b a n t á r o l t feszültség pontosságát befolyásolja, a dielektromos abszorbció. Ha egy adott feszültségre feltöltött kon­ d e n z á t o r t rövidrezárva k i s ü t ü n k és u t á n a kapcsait szabadon hagyjuk, akkor feszültsége nullától az ere­ deti feszültség i r á n y á b a mászik. Ez az „emlékező" tulajdonság abból származik, hogy a dielektrikum nem polarizálódik pillanatszerűen — bizonyos időre van szükség, hogy az elemi dipólusok beálljanak az elektromos erőtér i r á n y á b a . E m i a t t a feltöltött kon­ d e n z á t o r b a n t á r o l t energia gyors kisütéssel nem nyerhető vissza teljes egészében. 8

A dielektromos abszorbció mérésének egyik módja, hogy az 5 percen á t t ö l t ö t t k o n d e n z á t o r t 5 Ohmon keresztül 5 másodpercig kisütik, majd szabadon hagy­ j á k , és újabb 5 perc m ú l v a megmérik a rajta levő fe­ szültséget. A m é r t feszültség és az eredeti feszültség a r á n y a százalékban kifejezve a dielektromos abszorbciót adja. Annak ellenére, hogy a m i n t a v e v ő - t a r t ó á r a m k ö ­ rök időadatai á l t a l á b a n sokkal rövidebbek 5 percnél, ezt a hibaforrást nem szabad figyelmen kívül hagyni. A 4/a ábra a dielektromos abszorbció okozta hiba jellegét a 4/b ábra az azt modellező helyettesítő kap­ csolást mutatja. Az Rj a szigetelési ellenállás, C egy ideális konden­ z á t o r t , r és c pedig a dielektromos abszorbciót he­ lyettesítő elemek. (Pontosabb modellezés t o v á b b i pa­ rallel r —c tagokkal lehetséges.) A feltöltött C k o n d e n z á t o r gyors kisütése u t á n a nagyidőállandós r —c tag által m e g h a t á r o z o t t se­ bességgel c. töltésének egy része C-be kerül á t , ami hibafeszültségként jelentkezik. Műszerünkben a mintavételi impulzus szélessége 1—2 JAS; ezalatt kell a Bejövő jel „ p i l l a n a t é r t é k é r e " feltölteni a Sample/Hold á r a m k ö r tároló k o n d e n z á d

d

d

d

d

d

388

d

í _

i

t o r á t . A k o n d e n z á t o r b a n t á r o l t töltés (feszültség) észrevehetően nem csökkenhet mindaddig, amíg a m i n t a v e v ő / t a r t ó á r a m k ö r kimenetére csatlakozó analóg-digitális átalakító ezt mintavételezi saját kon­ verziós idejének megfelelően (20 \is). Az integrált Sample + Hold á r a m k ö r tartalmazza a k o n d e n z á t o r t meghajtó nagy bemeneti ellenállású buffer erősítőt a kimeneti követő erősítőt és a kívül­ ről T T L szinttel vezérelhető analóg mintavevő kap­ csolót. Az alkalmazás kényes pontja a tároló kapacitás­ szivárgási á r a m á n a k minimális értékben t a r t á s a . Ezt az analóg kapcsoló szivárgása, a követő erő­ sítő bemenő á r a m a és a k o n d e n z á t o r saját szigetelési ellenállása befolyásolja. A választott á r a m k ö r szivár­ gási á r a m a 10 pA nagyságrendű, kedvezően kis érték. A nyomtatott á r a m k ö r tervezésekor a kondenzá­ tor melegpontját — a közel eső, eltérő potenciálú fémrészek felé való szivárgás megakadályozására — az S/H kimenetére csatlakozó fóliával veszik körül. A rövid idejű mintavételezés (vagyis a k o n d e n z á t o r gyors feltöltése), u t á n a pedig a felhalmozott töltés lehetőség szerinti hosszú ideig való tárolása ellentétes k ö v e t e l m é n y e k e t jelent. Vagyis a k a p a c i t á s elegendően kicsi legyen a gyors feltöltés és elég nagy a lassú kisülés érdekében. A k o n d e n z á t o r a n y a g á n a k megválasztásakor a saját d i ­ elektrikum nagy szigetelési ellenállása és a mintavé­ telezett feszültség pontos t a r t á s á t befolyásoló d i ­ elektromos abszorbció kis értéke a legfontosabb t é ­ nyezők. Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 8—9. szám

E b b ő l a szempontból a polisztirol és a teflon d i elektronikum a legalkalmasabb. Az S/H kimenete egy aránylag gyors analóg-digi­ tális átalakítóra csatlakozik. Az A / D konverter 10 b i ­ tes, szukcesszív approximációs elven m ű k ö d i k , ga­ r a n t á l t legrövidebb konverziós ideje 20 yisec. A 2,5 V-os a l a p - m é r é s h a t á r n a k és a 10 bites felbon­ t á s n a k megfelelően 2,5 mV körüli érzékenység érhető el; a méréshatár 0,1%-a.

Felépítés és működés A mintavételes videó szintmérő blokkvázlata az 5. ábrán l á t h a t ó . A mikroszámítógép adatbuszáról érkező parancs által kiválasztott bemenet jele a bemeneti BNC csat­ lakozón keresztül — nagyimpedanciás bemenet ese­ t é n feszültségosztás u t á n — videoerősítőre majd egy szintrögzítő fokozatra kerül, amely a pozitív m e n e t ű összetett videojel legnegatívabb szintjét — a sor­ szinkronjelet — a 0 szinten rögzíti. Ezáltal minden mérhető feszültségérték pozitív lesz és így unipoláris ü z e m m ó d b a n kihasználható az A / D konverter 10 b i ­ tes felbontása. A külső sorszelektorról érkező L I N E GATE (sor­ kapuzó) jel a k i v á l a s z t o t t TV-sor elején indítja a clamper jelet adó monostabil m u l t i v i b r á t o r t , a soron belüli mérési pozíciót megadó V A R T R I G (változ­ t a t h a t ó indítás) jel pedig a m i n t a v e v ő jelet a d ó monostabilt. Az előbb említett mikrogépes parancsra készenléti állapotba került vezérlő logika a m i n t a v e v ő jel ha­ t á s á r a START jelet ad az A / D konverzió indítására. A konverzió végét az A / D átalakító STATUS k i ­ menete jelzi és beállítja a mikrogép által figvelt ST ( M É R É S V É G E ) bitet. Az A / D konverter kimeneti latch-eiben rendelke­ zésre álló mérési e r e d m é n y k é t lépésben olvasható k i a mikrogép nyolcbites a d a t b u s z á n keresztül.

E L E K T R O N I K U S SZÁMLÁLÓK Elektronikus számlálók és időzítők fogalmán manap­ ság egyre r i t k á b b esetekben é r t ü n k egyszerű kapuve­ zérelt számláló á r a m k ö r ö k e t . A modern „ C o u n t e r " - e k a mikroprocesszorok bevezetésével sokfajta k o m p l i ­ k á l t mérést valósítanak meg. Az 1950-es évekhez képest, amikor a frekvencia mérés 10 M H z - i g az időintervallum mérés h a t á r a 100 (ÁS nagyságrendbe esett, napjainkban 30 GHz és 30 ps-nál t a r t u n k . Jellemzésül a 30 ps olyan idő­ szakasz, melyben a fény 10 mm-t tesz meg. Speciális számláló eljárások alkalmazásával a mérési p o n t o s s á g 0,001 ppm-re emelkedett, ezáltal az 1 GHz-es jelet 1 Hz pontosságra lehet felbontani. A közvetlen számlálási eljárás felső h a t á r a jelenleg 500 és 1000 M H z k ö z ö t t van. Az ipari h í r a d á s t e c h n i ­ k á b a n egyre jobban növekszik a m i k r o h u l l á m ú tar­ t o m á n y b a n végzendő mérések iránti igény. A frek­ vencia mérők nagy része m á r a m i k r o h u l l á m ú tarto­ m á n y b a n is mér, ezért érintjük e mérési módszereket. Hogy a m i k r o h u l l á m ú jeleket ténylegesen fel le­ hessen használni, a közvetlen számlálási t a r t o m á n y b a kell á t a l a k í t a n i . A k é t leggyakoribb konverziós eljá­ rás a szuperpozíciós elv, amit „ h e t e r o d y n conversion"-nak is neveznek, valamint a „transfer oszcillátor conversion" eljárás. A 6. ábra blokksémáján l á t h a t j u k a heterodyn rendszerű konverter felépítését. Az f ismeretlen frekvenciát a heterodyn eljárásnál egy pontosan ismert f frekvenciával keverjük úgy, hogy a keletkező közép vagy különbségi frekvencia f a számláló mérési t a r t o m á n y á n belül legyen. A számlálóban a különbségi frekvenciát mérjük, és az f v o n a t k o z t a t á s i frekvenciához digitálisan hozzá­ adjuk. A kijelzés ekkor pontosan megfelel az f isme­ retlen frekvenciának. A m i k r o h u l l á m ú jelek letranszponálásának m á s i k módja — mint azt m á r e m l í t e t t ü k — a tranfer oszx

A

D

A

x

Parancs regiszti 1 c 2< 3c 4< 5c

T V

Levaasztás f

w

DATA BUS

Videó erositok )

es bemene­ ti szelektor

Clamper

S/H

.eva lasztás

A/D

— I

6c Idózltő i

es vezérlő logika

LINE GATE VAR TRIG IN

Ci'm-es utasítás dekódo' tö

ANDRESS BUS CONTROL BUS

5. ábra Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 8—9. szám

389

KF • i . > erosito

Keveró

-TUfUV-TL -T-ü.

Bemenő jel

|u

i

Kapu n y i t á s e l s ő esetben

Hangoló üreg

i

Kapu nyitás második esetben

számlálóhoz Harmonikus sokszorozó

i

Sokszorozó

8. ábra

időalap 6. ábra

cillátor módszer. Felépítése a 7. ábrán l á t h a t ó . I t t az ismeretlen frekvenciát nem keverjük egy ismert­ tel, hanem egy VCO (f ) harmonikusaival hasonlítjuk össze. Egy P L L hurkon keresztül a VCO-t úgy ve­ zéreljük, hogy az ismeretlen frekvencia egy N egész számú többszöröse legyen az / -nek.

A l e g t ö b b s z á m l á l ó t g y á r t ó c é g alacsony f r e k v e n c i á k m é r é s é h e z a pontosabb e l j á r á s t , a reciprok s z á m l á l á s i m ó d s z e r t v á l a s z t j a . E b b e n az ü z e m m ó d b a n a mérési értéket a jel periódus idejéből szár­ m a z t a t j u k . P e r i ó d u s i d ő m é r é s k o r a r e l a t í v hiba a z i d ő a l a p p e r i ó ­ dusától függ. Az időalap hibája természetesen a mérésben rögtön jelentkezik. A k ö r n y e z e t i h ő m é r s é k l e t , a z ö r e g e d é s i fok, a r ö v i d i d e j ű s t a b i l i t á s , t á p f e s z ü l t s é g f ü g g é s a legfontosabb k r i t é r i u m a i a z időalap jóságának. I n d í t á s i h i b a . F ő k é p p e n a m é r e n d ő j e l z a j s z i n t j é t ő l és a j e l f e s z ü l t ­ s é g f e l f u t á s i i d e j é t ő l f ü g g , m i n t a z t a 'J. ábrán l á t h a t j u k .

L

Triggerelesí hiba

t

fx

Mintavevő Triggerszint

Fáziszárt hurok

Pulzus meghajtó

9. ábra

N , kapcsoló

Változtatható frekvenciájú helyi oszcill.

,~~

számlálóhoz

A z indítási hiba n a g y s á g á t érzékeltetik a k ö v e t k e z ő adatok: egy 1 k H z - e s j e l j e l / z a j v i s z o n y a legyen 40 d B , ekkor a legrosszab esetben a h i b a a z i n d í t á s n á l 3,2 X l O , a z a z 3,2 /is p e r i ó d u s m é r é s esetén. A teljes h i b a c s ö k k e n t é s e A z F teljes h i b a , a m e l y a z e l ő z ő l e g l e í r t r é s z h i b á k b ó l a d ó d i k , frekvencia és p e r i ó d u s mérésnél k ö n n y e n m e g h a t á r o z h a t ó .

F

- 6

számláló kapuhoz 7. ábra

Frekvencia

mérésnél Fr — ± 1 digit ± i d ő a l a p h i b a .

Az oszcillátor frekvenciája N helyes megválasztá­ sakor a számláló frekvencia t a r t o m á n y á b a n van, és közvetlenül m é r h e t ő . Az f helyes kijelzéséhez az f és az N digitális szorzása szükséges. Ez a folyamat teljesen a u t o m a t i z á l t a n is megoldható. A heterodyn konverterek előnyei a jelentősebb pontosságban és a jobb felbontásban mutatkoznak, míg a transzfer oszcillátorok szélesebb s á v ú a k és ér­ zékenyebbek. x

A l e g j e l e n t ő s e b b h i b a f o r r á s o k a z i d ő a l a p é s a trigger, v a l a m i n t a z i d ő a l a p é s a k a p u z á r á s i i d ő k ö z ö t t i inkoherencia (8. ábra). A k a p u ­ idő és a m é r e n d ő frekvencia közötti fáziseltolódás miatt a mérési e r e d m é n y e k k ü l ö n b ö z ő e k lehetnek. H a a k a p u n y i t á s i i d ő p o n t j á t a m é r ő j e l l e l i n d í t j u k , a l a c s o n y frek­ v e n c i á k m é r é s e k o r ez a h i b a j e l e n t ő s e n c s ö k k e n . N a g y o b b f r e k v e n c i á s j e l e k n é l a z o n b a n a f ő k a p u n é s a triggeren l e v ő k é s l e l t e t é s i i d ő k a ,, ± 1 c o u n t " h i b á r a v a l ó c s ö k k e n t é s t t ö n k r e ­ teszik.

mérés

F=

± 1 digit + i d ő a l a p h i b a + i n d í t á s i hiba ( n p e r i ó d u s )

p

F

p

L

Mérési hibák

390

Periódus

= ( ± 1 digit + i n d í t á s i h i b a ) . n

_ 1

+ időalaphiba

A z i n d í t á s i h i b a f r e k v e n c i a m é r é s n é l n e m fordul e l ő , m i v e l a m é ­ rési e r e d m é n y csak a jel p e r i ó d u s a i n a k összegétői függ, periódus m é ­ r é s n é l pedig m a g á t ó l a p e r i ó d u s o k pontos s z é l e s s é g é t ő l . F az n periódusra vonatkoztatott középértékképzéssel n -es faktorral csökken. A t e c h n o l ó g i a i f e j l ő d é s h a t á s á r a jelenleg a m u l t i m é t e r e k és frek­ v e n c i a m é r ő k e s e t é b e n is a z egy chip-es m e g o l d á s o k t e r j e d é s e j e l ­ lemző. A z egy chip-es t e c h n i k á n a k o l y a n e l ő n y e i v a n n a k , a m i t a m ű s z e r ­ g y á r t ó k n e m h a g y h a t n a k figyelmen k í v ü l . v

_1

Többek

között:

—

A kisebb a l k a t r é s z s z á m m i a t t n ö v e k s z i k a m e g b í z h a t ó s á g , m i v e l a m e g b í z h a t ó s á g az ö s s z e k ö t é s e k s z á m á t ó l n a g y m é r t é k b e n függ. E g y ö s s z e t e t t L S I chip m e g b í z h a t ó s á g a csak h á r o m s z o r - n é g y s z e r kevesebb, mint egy e g y s z e r ű b b i n t e g r á l t á r a m k ö r é , í g y a v é g ­ t e r m é k teljes m e g b í z h a t ó s á g a n a g y m é r t é k b e n m e g n ö v e k s z i k , h a a t e r v e z ő a d i s z k r é t v a g y t ö b b chip-es m e g v a l ó s í t á s helyett a z egy chip-es m e g o l d á s t v á l a s z t j a . — A z a sok p r o b l é m a , m e l y t ö b b chip-es m ű s z e r e k n é l a z egyes chip-ek ö s s z e k a p c s o l á s a k o r , i l l e s z t é s e k o r f e n n á l l , a z egy chip-es m e g v a l ó s í t á s b a n nem jelentkezik. -.— A l a c s o n y t ö m e g á r .

Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. 8—9. szám

— Alacsonyabb a n y a g á r a k . -— A z e g y s é g n y i g y á r t á s i k ö l t s é g r e e s ő teljesítőképesség nagyobb. —— J o b b h a t á s f o k ú e n e r g i a f e l h a s z n á l á s ( r á a d á s u l a kisebb melege­ d é s fokozza a m e g b í z h a t ó s á g o t ) . — F,gvszerűbb ü z e m b e n t a r t á s i k ö r ű i m é n vek (szerviz, hitelesítés slb.).

—

Nagyobb termék

uniformizálás.

A m ű s z e r g y á r t ó k n a k j ó t u d n i , hogy mit terveznek a nagy chile­ g y á r t ó cégek. — V á r h a t ó olyan o l c s ó i n v e r l e r c h i p - c k m e g j e l e n é s e , a m e l y e k + 5 V és —5 V k ö z ö t t i l á p f e s z ü l t s é g e k e t , b i z t o s í t a n a k 98% h a ­ t á s f o k k a l . K z e k k e t t ő s p o l a r i t á s t ! t á p f e s z ü l t s é g e t i g é n y l ő miisze­ rek t á p e l l á t á s á t b i z t o s í t j á k egy e g y s z e r ű logikai h á l ó z a t o t e l l á t ó egypolaritású tápforrásból. — Bizonyos h á r o m , esetleg t ö b b chip-es Összeállítások egy chip-es megvalósítása. — Energiatakarékos CMOS áramkörök elterjedése. — A f o g y a s z t ó i k é s z ü l é k e k b e n h a s z n á l t ú n . c u s t o m eliip-ek beve­ zetése* k i i l ö n b ü z ö t í p u s ú n a g y s z é r i á b a n k é s z ü l ő m ű s z e r e k b e (az a u t o m a t i k a i a l k a l m a z á s o k jelentik a l e g í g é r e t e s e b b piacot). — T o v á b b i s z o l g á l t a t á s o k m e g j e l e n é s e a z e g y s z e r ű b b e h i p - e k n é l is pl. alacsony t e l e p f e s z ú l t s é g k i j e l z é s e , a u t o m a t i k u s m é r é s h a t á r v á l t á s stb. — T o v á b b f e j l e s z t e t t digitális óra chip-ck megjelenése, amelyek, mintegy orvosi m ű s z e r k é n t v é r n y o m á s t p u l z u s s z á m o t és m á s jel­ lemzőket mérnek.

A felsorolt szempontokat figyelembe véve frekven­ ciamérőnket egy chipben megvalósított univerzális counter, ül. frekvenciamérőből kiindulva t e r v e z t ü k

(saját) frekvencia mérése. 10 MHz-es vagy 1 MHz-es kristály szükséges az időalap számára. A periódus és az idő intervallum mérésnél a 10 M H z es időalap 0,1 [is felbontást ad. F r e k v e n c i a m é r é s ü z e m m ó d b a n a kapuidők 10 ms, 100 ms, 1 s és 10 s k ö z ö t t választhatók. Mind az üzemmód, mind a m é ­ r é s h a t á r bemenet multiplex3lt. 10 s kapuidőnél a fel­ bontás 0,1 Hz. A kijelzők 500 Hz-es frekvenciával és 12,5%-os k i ­ töltéssel multiplexeitek. L é n y e g e s e b b be- és kimenetei: D i s p l a y off: ü z e m m ó d b a n a szegmens és digit d r i v e r kimenetek sza­ badok." A felvett t á p á r a m i l y e n k o r 1,5 m , \ . 1 M H z select: a k k o r h a s z n á l j u k , ha a z i d ő a l a p k r i s t á l y t 1 M H z - r c választjuk. Kxternal oszcillátor Knable: Külső oszcillátor engedélyezés. K x t e r n a l D e c i m ü l P o i n t I í n a b l e : k ü l s ő tizedespont e n g e d é l y e z é s . t í z e k e n k í v ü l , ü z e m m ó d , m é r é s h a t á r v á l a s z t ó bemenetek, v a l a ­ mint K e s é t és Hold bemenetek a l é n y e g e s e b b e k . A z u n i v e r z á l i s counter c h i p l é n y e g e s e b b t u l a j d o n s á g a i u t á n , a k i ­ j e l z ő n é l k ü l i , mikroprocesszor r é s z e k é n t m ű k ö d ő e g y s é g e t ismertet­ j ü k , melyet a HTKBÖX-hez é p í t e t t ü n k fel. B l o k k s é m á j a a 11). á b r á n l á t h a t ó . A c í m z é s u í á n , ha a f r e k v e n c i a m é r ő d e k ó d o l t a a s a j á l c í m é t a k é ­ s z ü l é k a z a d a t b u s z r ó l a k ö v e t k e z ő 0 ó r a j e l r e a z a d a t b u s z r ó l be­ veszi a parancsot ( F u n e t i o n , r a n g é , bemenet). a

Cím

deköder V Reset .-l-o |



Bemenő fokozat

c

Bemenet választó áramkör

0" 7 A.B.CD. MIP Function Rangé D

D

ÍZ Latch

:-T

!ww

Leválasz­ tó

10. ábra meg, mely tartalmazza: nagyfrekvenciás oszcillátort, dekadikus időalap számlálót, 8 dekádos adatszámlálót és latcheket, 7 szegmenses dekódert, digit multiple­ xert, szegmens és digit m e g h a j t ó k a t . A számláló bemenet 10 MHz-es frekvencia és egység számláló ü z e m m ó d b a n és 2 MHz-es m á s ü z e m m ó d o k b a n . Az összes bemenet digitális. Az üzemmódjai: frekvencia, periódus, frekvencia arány, idő intervallum, egység számlálás, oszcillátor

A f r e k v e n c i a m é r ő e k k o r egy l í e s c t jelet k a p , m e l y ú j m é r é s i ciklus i n d i l á s á t b i z t o s í t j a . A z a d a t kimeneten a m u l t i p l e x jelet (digit p ö r g e t ő és digit é r t é k ) k ó d o l t u k , í g y kevesebb v e z e t é k s z ü k s é g e s . A p ö r g e l e t t j e l b ő l , a m i k r o g é p á l l í l j a ö s s z e a z é r t é k e l h e t ő a d a t o k a t . A z t , hogy m i k o r kezdje a z a d a t o k k i o l v a s á s á t a M I P (Meas i n progress) j e l b ő l t u d j a meg. FKLHASZN U.T

IRODALOM:

1. E D N 1980. j ú n i u s 5. T e c h n o l o g y N e w s . 2. E l e k t r o n i s c h e X á h l e r u n d T i m e s . K l e k t r o n i k S c h a u 1980. 5. s z á m . 3. I N T E R S I L : D a t a Aerruisition a n d Conversion H a n d b o o k 1980.

Máhr Péter

Dévényi Péter

Bármely alkalmazástechnikai, vagy kereskedelmi problémában a HÍRADÁSTECHNIKA SZÖVETKEZET Kereskedelmi és Vállalkozási Főosztálya készséggel áll vásárlóink rendelkezésére.

HÍRADÁSTECHNIKA SZÖVETKEZET Híradástechnika

XXXIV.

évfolyam 1983. § — 9 . szám

391