Пристрій для сортування варікапів

Винахід відноситься до галузі сортування напівпровідників і може використовуватись для підбору з заданою точністю варікапів, ідо мають Ідентичні залежності Інформативних параметрів. Найбільш близький до запропонованого пристрою є пристрій для сортування варікапів, що містить генератор високої частоти, керований атенюатор, зразковий конденсатор, перший і другий селективні підсилювачі, перший і другий амплітудні детектори, досліджуваний варікап, схему порівняння, джерело опорної напруги, керований дільник, аналого-цифровий перетворювач (АЦП), перший і другий компаратори, перший і другий суматор-накоплювач, першу і другу схему "І", трігер, лічильник, перший і другий ключ, оперативний запам'ятовуючий пристрій (ОЗП), суматор, дешифратор, перший і другий задатчик, перший і другий Інвертор, двонаправлений ключ, кнопка "Скидання", індикатор, кнопка "Пуск", формувач і генератор імпульсів. Недолік пристрой - наявність похибки сортування варікапів через неможливість забезпечення Ідентичності параметрів першого та другого селективних підсилювачів і першого та другого амплітудних детекторів. В основу винаходу поставлена задача вдосконалення пристрою для сортування варікапів, в якому підвищення точності забезпечується проходженням сигналів на двох півперіодах сортування по одному і тому ж шляху і за рахунок цього забезпечується зменшення похибки сортування варікапів через неідентичність параметрів селективних підсилювачів та амплітудних детекторів. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для сортування варікапів, що містить генератор високої частоти, з’єднаний з входом керованого атенюатора, вихід якого з'єднано з першим виводом зразкового конденсатора та входом другого селективного підсилювача, вихід якого з'єднано з входом другого амплітудного детектора, зразковий конденсатор другим виводом з'єднано з першим виводом досліджуваного варікапа, другий вхід якого заземлено, і через послідовано з'єднані перший селективний підсилювач і амплітудний детектор, з другим входом схеми порівняння, перший вхід якої з'єднано з першим виходом джерела опорної напруги, другий вихід котрого через керований подільник з'єднаний з першим виводом досліджуваного варікапа, вихід АЦП з'єднано з першим входом другого компаратора, вихід котрого з'єднаний з першим входом другої схеми "І", другий вхід якої з'єднано з синхровходом трігера та входом виводу першого суматора-накоплювача, а вихід - з входом вводу другого суматора-накоплювача, вихід якого - вихід коду пристрою, а другий вхід другого компаратора з'єднано з виходом лічильника, входом першого ключа, адресним входом ОЗП і другим входом першого компаратора, перший вхід котрого з'єднано з виходом суматора, перший вхід котрого з'єднано з другим задатчиком, а другий вхід - з входом дешифратора, вихід якого підключено до входу управління керованого дільника, виходом першого задатчика та входом першого інвертора, його молодший розряд заземлений, а вихід з'єднаний з входом управління першого ключа і через другий Інвертор - з входом управління другого ключа, вхід якого з'єднано з виходом першого суматоранакоплювача, вхід котрого через нижню половину двонаправленого ключа з'єднаний з шиною даних ОЗП, причому до неї підключено вхід другого суматора-накоплювача, вхід обнуления котрого з'єднаний з кнопкою "Скидання", а вхід виводу з'єднаний з Індикатором і прямим виходом трігера, Інформаційний вхід котрого з'єднаний з виходом першого компаратора, входи обнулення трігера, першого суматора-накоплювача та лічильника з'єднані з кнопкою "Пуск", входи вводу та виводу першого суматора-накоплювача з'єднані відповідно з першим і другим виходами формувача, вхід котрого з'єднаний з виходом лічильника, входом управління двонаправленого ключа, входом читання/запис ОЗП і виходом першої схеми "І", перший вхід якої з'єднаний з виходом генератора Імпульсів, а другий - з Інверсним входом трігера згідно винаходу додатково введено аналоговий ключ, підсилювач змінного струму, демодулятор та Інтегратор, причому перший і другий виводи аналогового ключа з'єднані, відповідно, з виходом керованого атенюатора та другим виводом зразкового конденсатора, вхід управління керованого атенюатора з'єднано з виходом інтегратора, вхід якого з'єднано з виходом схеми порівняння, а вхід управління аналогового ключа - з виходом генератора Імпульсів, вхід підсилювача змінного струму з'єднано з виходом другого амплітудного детектора, а вихід - з входом демодулятора, вихід і вхід управління якого з'єднані відповідно з входом АЦП і виходом генератора імпульсів. У запропонованому пристрої внаслідок періодичного замикання-розмикання зразкового конденсатора забезпечується проходження сигналів по одному і тому ж вимірювальному каналу на двох півперіодах сортування варікапів. На фіг,1 показана блок-схема пристрою для сортування варікапів, де: 1 - генератор високої частоти, 2 керований атенюатор, 3 - аналоговий ключ, зразковий конденсатор, 5 - досліджуваний варікап, 6,7 - перший і другий селективні підсилювачі, 8,9 - перший і другий амплітудні детектори, 10 - підсилювач змінного струму, 11 - демодулятор, 12 - керований дільник, 13 - джерело опорної напруги, 14 - схема порівняння, 15 - Інтегратор, 16 - АЦП, 17 - перший задатчик, 18 - дешифратор, 19 - другий задатчик, 20 - перший інвертор, 21 - генератор Імпульсів, 22 - перша схема "І", 23 - кнопка "Пуск", 24 - формувач, 25 - лічильник, 26 - перший ключ, 27 - другий інвертор, 28 - другий ключ, 29 - перший суматор-накоплювач, 30 - суматор, 31 - двонаправлений ключ, 32 перший компаратор, 33 - ОЗП, 34 - трігер, 35 - Індикатор, 36 - другий компаратор, 37 - друга схема "І", 38 кнопка "Скидання". 39 - другий суматор-накоплювач, при цьому генератор високої частоти 1 з'єднаний з входом керованого атенюатора 2. його вихід з'єднано з першим виводом зразкового конденсатора 4 та входом другого селективного підсилювача 7, зразковий конденсатор 4 другим виводом з'єднано з першим виводом досліджуваного варікапа 5, другий вивід якого заземлено, і через послідовно з'єднані перші селективний підсилювач 6 і амплітудний детектор 8, з другим входом схеми порівняння 14, перший вхід якої і з'єднано з першим виходом джерела опорної напруги 13, другий вихід якого через керований подільник 12 з'єднаний з першим виводом досліджуваного варікапу 5, вихід АЦП 16 з'єднано з першим входом другого компаратора 36, вихід якого з'єднано з першим входом другої схеми "І" 37, другий вхід якої з'єднано з синхровходом трігера 34 і входом виводу першого суматора-накоплювача 29, а вихід з'єднано з входом вводу другого суматоранакоплювача 39, вихід якого - вихід коду пристрою, а другий вхід другого компаратора 36 з'єднаний з виходом лічильника 25, входом першого ключа 26, адресним входом ОЗП 33 і другим входом першого компаратора 32, перший вхід якого з'єднано з виходом суматора 30, перший вхід якого з'єднано з другим задатчиком 19, а другий вхід - з входом дешифратора 18, вихід якого підключено до входу управління керованого дільника 12, виходом першого задатчика 17 і входом першого інвертора 20. Його молодший розряд заземлено, а вихід з'єднано з входом управління першого ключа 26 і через другий інвертор 27 - з входом управління другого ключа 28, вхід якого з'єднано з виходом першого суматора-накоплювача 29, вхід котрого через нижню половину двонаправленого ключа 31 з'єднано з шиною даних ОЗП 33, а виходи ключів 26, 28 через верхню половину двонаправленого ключа 31 також з'єднані з шиною даних ОЗП 33, причому до цієї шини підключено вхід другого суматора-накоплювача 39, вхід обнулення якого з'єднано з кнопкою "Скидання" 38, а вхід виводу з'єднано з індикатором 25 і прямим виходом трігера 34. Інформаційний вхід якого з'єднано з виходом першого компаратора 32, входи обнулення трігера 34, першого суматора-накоплювача 29 і лічильника 25 з'єднані з кнопкою "Пуск" 23, входи вводу та виводу першого суматора-накоплювача 29 з'єднані відповідно з першим і другим входами формувача 24, вхід якого з'єднано з входом лічильника 25, входом управління двонаправленого ключа 31, входом читання/запис ОЗП і виходом першої схеми "І" 22, перший вхід якої з'єднаний з виходом генератора Імпульсів 21, а другий – з інверсним виходом трігера 34, перший і другий виводи аналогового ключа 3 з'єднані відповідно з виходом керованого атенюатора 2 і другим виводом зразкового конденсатора 4, вхід управління керованого атенюатора 2 з'єднано з виходом Інтегратора 15, вхід якого з'єднано з виходом схеми порівняння 14, а вхід управління аналогового ключа 3 - з виходом генератора Імпульсів 21, вхід підсилювача змінного струму 10 з'єднаний з виходом другого амплітудного детектора 9, а вихід - зі входом демодулятора 11. вихід і вхід управління якого з'єднані відповідно з входом АЦП 16 і виходом генератора Імпульсів 21. На фІг.2а представлені епюри напруг в деяких точках пристрою. Сортування варікапів проводиться пропонованим пристроєм по ВФХ варікапів, яку визначають при заданих значеннях напруги зміщення, що подають на досліджуваний варікап. Робота пристрою грунтується на використанні алгоритму кодування монотонно-зростаючої послідованості n чисел, взятих з деякої множини з повним об'ємом N елементів, одним узагальнюючим числом, що однозначно описує цю послідовність. Для кожного елементу обчислюється кодове число, сума всіх кодових чисел - узагальнююче число. Для обчислення кодових чисел використовують кодову матрицю, що дозволяє однозначно поставити у відповідність кожному елементу послідовності своє кодове число /Thomas J. Lynch, "Sequence Time Coding for Data Compression" (Joddard Space Flight Center, NASA, Greenbelt, Md). Proc. IEEE (Lebters), 1966, Oktober. 54/. На фіг.26 показана кодова матриця, одержана з вищеописаної та більш зручніша для апаратурної реалізації. В ній по осі абсцис - номер елементу в послідовності n, по осі ординат - різниця N - n, де N - номер елементу у всій множині. На фіг.2б показано кодування послідовності з 4-х чисел, що мають у всій множині номери: 1, 4, 6, 8 відповідно. У результаті вимірювання ВФХ одержується деяка комбінація чисел (результатів вимірювань), взятих з повної множини можливих результатів вимірювань ємності. Якщо встановити постійну дискретність вимірювань для всіх точок ВФХ, то множину можливих результатів вимірювань можна подати у виді натурального ряду чисел 0.....N, де N - максимально можливий результат з врахуванням допустимого розкиду ВФХ. Значення напруг зміщення вибирають так, щоб вони відрізнялись між собою на величину, при якій зони розкиду значень ємності не дотикались одна до одної. При цьому одержують монотонно-зростаючу послідовність результатів вимірювань і її представляють одним узагальнюючим числом, що однозначно її описує. Варікапи, що мають однакові узагальнюючі числа, рахують підібраними по ВФХ з точністю, що визначається точністю (дискретністю) вимірювання ємності в заданих точках ВФХ, міняючи яку, можна міняти межі допустимого розкиду ВФХ варікапів, що сортують. Пристрій працює так. Після встановлення чергового варікапа 5 у пристрій, першим задатчиком 17 через дешифратор 18 задається перша точка на осі абсцис кодової матриці (перше значення напруги зміщення варікапа 5) число 1. При цьому на півперіоді і генератора 21 ключ 3 закрито, напруга з генератора 21 через атенюатор 2 подається на ємнісний дільник "зразковий конденсатор 4 - варікап 5", вихідна напруга його: де Uвx1 - напруга на виході керованого атенюатора 2; Со, С - відповідно ємність зразкового конденсатора 4 та досліджуваного варікапа 5 при заданій напрузі зміщення від джерела 13. Напруга (1), підсилена першим селективним підсилювачем 6 і випрямлена першим амплітудним детектором 8, порівнюється схемою порівняння 14 із напругою джерела 13 і через Інтегратор 15 діє на керований атенюатор 2 так, щоб амплітуда була постійною. Тоді На півперіоді II ключ 3 відкрито та вихідна напруга на варікапі 5 тобто вихідна напруга атенюатора 2 На вході підсилювача змінного струму 10 значення постійних напруг на півперіоді І, II рівні де К1 - коефіцієнт передачі послідовно з'єднаних других селективного підсилювача 7 і амплітудного детектора 9. На демодуляторі 11 на півперіоді І, II, відповідно, напруги на виході демодулятора 11 - постійна напруга, що пропорційна напрузі (7), тобто ємності досліджуваного варікапа 5,1 код на виході АЦП 16 також пропорційний їй Після сортування попереднього варікапа на Інверсному виході трігера 34 -"нуль", перша схема "І" 22 не пропускає Імпульси від генератора 21. Для роботи пристрою необхідно натиснути кнопку "Скидання" 38 для очищення другого суматора-накоплювача 39, потім кнопку "Пуск" 23 для запускання пристрою, при цьому трігер 34 перекидається в "нуль" і через першу схему "І" 22 проходять імпульси від генератора 21. При встановленні першим задатчиком 17 числа 1 на виході першого 20 і другого 27 Інверторів відповідно "одиниця" і "нуль", тому перший ключ 26 відкрито, а другий 28 закрито. На півперіоді і в 0-у ячейку ОЗП 33 через верхню половину двонаправленого ключа 31 записується 0. По передньому фронту імпульса від генератора 21 на виході лічильника 25 - 1, на півперіоді II по задньому фронту Імпульса в 1-у ячейку ОЗП 33 записується 1. Далі робота пристрою аналогічна - в к-у ячейку ОЗП 33 записується число К, при рівності кодів АЦП 16 і лічильника 25 другий компаратор 36 перекидається в "одиницю" і по задньому фронту імпульса генератора 21 кодове число записується в другий суматор-накоплювач 39. Робота пристрою продовжується до тих пір, поки сума чисел, що задається першим 17 і другим 19 задатчиками, не буде рівна числу лічильника 25, тобто на виході першого компаратора 32 - '"одиниця", по задньому фронту Імпульса трігер 34 перекидається в "одиницю", перша схема "І" 22 закрита і припиняє проходження Імпульсів, при цьому горить Індикатор 35. Після цього в ячейках ОЗП 33 записано перший стовпець кодової матриці /фіг.2б/, а в другому суматорі-накоплювачі 39 - перше кодове число. Для продовження роботи пристрою потрібно виставити першим задатчиком 17 число 2, тобто задати другу точку на ос! абсцис кодової матриці - друге значення напруги зміщення на варікапі та натиснути кнопку "Пуск" 23; При цьому ключ 26 закрито, а ключ 28 відкрито. На півперіоді і в 0-у ячейку ОЗП записується 0, на півперіоді II (по потенціалу) зчитується число з к-ї ячейки ОЗП 33, додається до числа, що міститься в першому суматорі-накоплювачі 29, залишається там і записується в к-у ячейку ОЗП 33, тобто на цьому циклі в першу ячейку ОЗП 33 записується 0+1 = 1, в другу - 1 +2 = 3, в 3-ю - 3 + 3 = 6 і т.д., тобто ai,j = аi-1, j+ai,j-1, (9) де ai,j - кодове число, що стоїть на і-у місці на осі абсцис і j-y на осі ординат. Запис кодового числа в другий суматор-накоплювач 39 і зупинка пристрою здійснюється при тих же умовах, що і для першої абсциси. При числі на першому задатчику 17 ni=nimax і включеному Індикаторі 35 на виході другого суматоранакоплювача 39 – шукане кодове число досліджуваного варікапа 5. Після його зчитки вставляється новий варікап 5 і робота пристрою повторюється. При цьому значно зменшується похибка від неідентичності параметрів першого 6 і другого 7 селективних підсилювачів та першого 8 і другого 9 амплітудних детекторів, що характерні для прототипу, оскільки в заявленому пристрої сигнали проходять по одному каналу: другий селективний підсилювач 7 - другий амплітудний детектор 9 - підсилювач змінного струму 10 - демодулятор 11 - вхід АЦП 16. Пристрій можна реалізувати на транзисторах КТ315 (1, 2, 12), ключі К168(3, 26, 28). конденсаторі К53-1А (4, 11), мікросхемах К140УД14 (6-10, 13, 15), мікросхемі К554 (14), К572 (16), задатчиках ПП6 (17, 19), мікросхемах К561 (18, 20-22, 24. 25, 27), К555, К589 (29-37, 39), індикатор 35 - будь-який світлодіод червоного свічення.