Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 1836794

Союз Советсиик

Социалистиче сии к

Реслублии (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву— (5! )М. Кл.

Н 03 К 13/20 (22) Заявлено17. 07. 79 (21) 2808759/18-21 с присоединением заявки 1Е— (23) Приоритет

Ркударставниый кеиитет

СССР ав двлан кзабретекнй н аткрытвв

Опубликовано 07 ° 06 ° 81 ° Бюллетень М21 (53) УДК681.325

088.8

Дата опубликования описания09.06.81

В.Н. Науменко, В.С. Малов, Б.A. Солдатов и M.À. (72) Авторы изобретения (7I ) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в системах обработки аналоговой информации.

Известны аналого-цифровые преобразователи, содержащие генератор так-

5 товых импульсов и двухвходовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой — с выходом двухпозиционного ключа, входы которого подключены к выходам источника образцовых напряжений, а управляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу триггера

1$ один вход которого соединен с выходом компаратора )lg.

Известные преобразователи позволяют измерять ток обеих полярностей, однако имеют сложную схему.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий биполярный формирователь эталонного сигнала, вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход — к первому входу интегратора, два элемента И, первые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному входам триггера, вторые — к выходу тактового генератора, а выходы — соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика j2) .

Известный преобразователь позволяет измерять ток обеих полярностей, однако имеет недостаточно высокую точность преобразования, так как компенсация заряда интегрирующего конденсатора осуществляется током биполярного формирователя эталонного сигнала, а изменение цикла интегрирования осуществляется путем сравнения выходного напряжения интегратора с двумя опорными напряжениями биполярного компаратора. Вследствие этого в известном преобразователе существует ошибка преобразования, обусловленная неточностью равенства положительного и

3 83 отрицательного токов биполярного формирователя эталонного сигнала и опорных напрйжений биполярного компаратора.

Целью изобретения является повышение точности преобразования..

Указанная цель достигается тем, что в известный аналого-цифровой преобразователь, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход — к первому входу интегратора, два элемента И, первые входы которых подключены соответственно к BDHMQMv и инверсному выхоаам. триггера, вторые — к выходу тактового генератора, а выходы — соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, введены трансформатор, два ключа, два вентиля и интегрирующая цепь, подключенная параллельно интегратору, причем первый вывод конденсатора интегрирующей цепи через первый и второй ключи подключен соответственно к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, управляющие входы ключей соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, вто рой вывод конденсатора интегрирующей цепи подключен к средней точке первичной обмотки. трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого включен первый вентиль, первый вывод вторичной обмотки трансформатора через второй вентиль, включенный в противоположном первому направлению, подключен к счетному входу триггера, инверсный выход которого подключен ко второму входу интегратора, а формирователь биполярного эталонного сигнала выполнен в виде кольцевого диодного модулятора, первая диагональ которого подключена к стабилизатору тока, а вторая — к выходным шинам формирователя биполярного эталонного сигнала.

На фиг. l представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого аналого-цифрового преобразователя.

Схема содержит интегратор 1„ к входам которого подключен источник входного тока 2, интегрирующую цепь, состоящую из резистора 3 и конденсатора 4, ключи 5,6, импульсный трансформатор 7, вентили 8, 9, резисторы

10 и 11, григгер со счетным входом

1?, формирователь биполярного эталон67.94 4 ного сигнала 13, состоящий из кольцевого диодного модулятора 14 и однополярного стабилизатора тока 15, элементы

И 16-!7, тактовый генератор 18 и реверсивный счетчик 19.

На фиг. 2 приведены временные диаграммы устройства, иллюстрирующие его работу, где:

1 — напряжение на выводах интег!

0 ратора 1; !

1 — напряжение на выводах конденсатора 4 интегрирующей цепи;

111- импульсы во вторичной обмотке трансформатора 7; !

5 1Ч вЂ” импульсы на входе счетного триггера 12;

V †. напряжение между прямым и инверсным выходами триггера 12;

Vl — импульсы по суммирующему вхо20 ду реверсивного счетчика 19;

Vll- импульсы по вычитающему входу реверсивного счетчика 19.

Преобразование тока в цифровой код основано на принципе сравнения

25 интегралов от входного и эталонного токов.

Предложенный аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

30 Под действием тока, определяемого алгебраической суммой источника тока 2 и стабилизатора тока 15, протекающего через кольцевой диодный модулятор 14, прямой и инверсный выходы триггера 12, происходит заряд I ю емкости интегратора 1 см.фиг.21) . В качестве интегратора применяется высококачественный конденсатор.

Если на прямом выходе триггера 12

I1 l1 $

40 высокий потенциал (ло гич е ск ая 1 ), на инверсном — низкий (" О" ), то то к стабилизатора 1 5 протекает через два открытых диода кольцевого модулятора

1 4, интегрирующий конденсатор 1, ин45 в е рсный выход триггера 1 2, е го ист очник питания и прямой выход т ри ггера 1 2, При этом время заряда к онденсатора 1 Нс . 1 zulu»>.,„(В1

50 где С вЂ” емкость конденсатора 1.

Импульсный трансформатор 7, ключи

5,6, вентили 8,9, резисторы 10,11 и интегрирующая цепь 3,4 образуют логическое устройство сравнения. Выво55 ды интегрирующей цели 3,4 образуют ее аналоговый вход. Напряжение с интегрирующего конденсатора подается на аналоговый вход 1. Управляющие рыт.

5 83679 входы ключей 5 и 6 образуют импульсные входы II u III логического устройства сравнения, на них поступают импульсы с выходов элементов И 16 и 17 (см. фиг. 2 VI,VII)

Логическое устройство сравнения производит проверку знака и величины заряда интегрирующего конденсатора 1.

Выходом 1 логического устройства сравнения является резистор 11,выходом II — резистор 10 °

Если на прямом выходе триггера 12

"1", на инверсном "0, то импульсы тактовой частоты проходят на выход элемента И 16 и управляющий, вход ключа 5. При этом на выходе элемента

И 17 и управляющем входе ключа 6 тактовых импульсов нет. б

Реверсивный счетчик 19 производит подсчет числа импульсов n„ (t) тактовой частоты.f по суммирующему входу в течение времени t )t). Число импульсов

n„(t) = t > (t)/TT ° где Т. — период тактовой частоты.

Конденсатор 4 интегрирующей цепи подзаряжается от интегрирующего конденсатора 1 через резистор 3 в тече.ние Тт и разряжается с тактовой частотой fy через ключ 5, который откры- Зр вается по входу П в течение времени

7 равного длительности тактового импульса, и первичную обмотку импульсного трансформатора 7 (см.фиг.2 11).

При этом ключ 6 закрыт.

При положительном заряде конденсаторе 4 ("1" по входу 1) импульсный сигнал во вторичной обмотке (фиг.2 111) проходит через вентиль 8 и нагрузку в виде резистора 11. Импульс в нагруз-4О ке 11 (вых.1) положителен.

При отрицательном заряде на конденсаторе 4 ("0" по входу 1) импульс во вторичной обмотке замыкается через вентиль 9 и нагрузку в виде резисто- 4> ра 10. Импульс в нагрузке 10 (выход

II) отрицателен.

Амплитуда импульсного сигнала на выходах I и 11 логического устройства сравнения линейно зависит от величины о заряда на конденсаторе 1 (вход 1).

При достижении величины заряда интегрирующего конденсатора 1 Q(t) и соответственно амплитуды импульса по счетному входу порогового значения 5 срабатывает триггер 12, положительная входная характеристика которого выполняет функцию порогового устройства.

4 Ь

При срабатывании триггера 12 инвертируются потенциалы выходов триггера: на прямом выходе устанавлива/ Il II 1 ется низкий потенциал (0 ), на инверсном — высокий ("1"). При этом ток стабилизатора 15 протекает через дна других открытых диода модулятора 14 прямой выход триггера 12, его источник питания, инверсный выход триггера и интегрирующий конденсатор 1.

Конденсатор 1 начинает разряжаться, время разряда

- э,+ Эх (+1

При этом импульсы тактовой частоты f проходят на выход элемента И 17, т на выходе элемента И 16 тактовых импульсов нет.

Реверсивный счетчик 19 производит подсчет числа импульсов n<(t) тактовой частоты f по вычитающему входу т в течение времени t. р (С) °

Конденсатор 4 интегрирующей цепи подзаряжается от конденсатора 1 через резистор 3 в течение Т - и разряжается с тактовой частотой f через ключ 6, который открывается по входу

III в течение времени v„, и первичную обмотку 1- При этом ключ 5 закПри положительном заряде на конденсаторе 4 "1" по входу l отрицательные импульсы во вторичной обмотке замыкаются через вентиль 9 .и нагрузку 10. Сигнал в нагрузке 10 (выход 11)отрицателен.

При отрицательном заряде на конденсаторе 4 "0" по входу 1 положительные импульсы во вторичной обмотке проходят через вентиль 8 и нагрузку 11. Импульс в нагрузке 11 (выход 1) положителен. В этом случае инверсия импульсного сигнала на выходе

t осуществляется за счет противофазного подключения первичной обмотки импульсного трансформатора 7.

В логическом устройстве сравнения опрос конденсатора 4 интегрирующей цепи производится непрерывнонезависимо от состояний сигналов по входам. При этом постоянная составляющая напряжения на конденсаторе 4 интегрирующей цепи равна нулю. Для уменьшения ошибки преобразования за счет утечки заряда с интегрирующего конденсатора 1 через резистор 3 во время опроса конденсатора 4 необходимо, чтобы нагрузки 11 и 10 вентилей 8 и 9 были равны. При этом утеч7 8367 ки положительного и отрицательного зарядов с интегрирующего конденсатора

1 симмегричны и взаимно компенсируются, т.к. нагрузки 11 и 10 будут симметрично шунтировать вторичную обмотку трансформатора 7. Симметрирование нагрузок 11 и 10 вентилей 8 и

9 повышает стабильность коэффициента передачи преобразователя и уменьшает постоянную составляющую напряжения на интегрирующем конденсаторе 1.

Перезаряд конденсатора 4 продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение заряда противоположного знака. В системе происходят автоколебания с частотой a@ (t) кратной тактовой

Период автоколебаний Тс, (й)=

1 равен: аа, 20

2. !с -1эт ,{)=tymp()+ py p(-.! 2. -.12- {-ь) авт. э - ьх

Разность числа импульсов n<(t) и и (1) в течение Т ВZ(t) определяется I 25 выражением

bed(+) =1вНЖ»4.

А{1М „{ ) О (Ь) - = 1 () ЬР)

- -г, т эт, 30 и характеризуется тем, что прямо пропорциональна входному току 3gg (t) °

Код на выходе реверсивного счетчика 19 N(t) за время счета t „пропорционален интегралу от входного 35 ,тока СЧ йф= —.! „Ж и т !эт, о

ПредлОженный аналОгО цифрОВОЙ пре 4I! образователь измеряет входной ток любой полярности. Знак входного тока определяется соотношением числа импульсов по суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика )9.

Погрешность коэффициента передачи преобразователя определяется только качеством стабилизации тока Зэт и стабильностью тактовой частоты

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь содержащий формирователь биполярного

94 8 эталонного сигнала, вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход — к первому входу интегратора, первый и второй элементы И, пер-.. вые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, вторые — к выходу тактового генератора, а выходы — соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены трансформатор, два ключа, два вентиля и интегрирующая цепь, подключенная параллельно интегратору, причем первый вывод конденсатора интегрирующей цепи через первый и второй ключи подключен соответственно к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, управляющие входы ключей соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, второй вывод конденсатора интегрирующей цепи подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого включен первый вентиль, первый вывод вторичной обмотки трансформатора через второй вентиль, включенный в противоположном первому направлении, подключен к счетному входу триггера, инверсный выход которого подключен ко второму входу интегратора.

З.Преобразователь по п. 1.,о т л и ч аю шийся тем,что формирователь биполярного эталонного сигнала выполнен в виде кольцевого диодного модулятора, первая диагональ которого подключена к стабилизатору тока, а вторая — к выходным шинам формирователя биполярного эталонного сигнала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !

1. Авторское свидетельство СССР

11- 567206, кл. Н 03 К 13/20, 30.07.77.

2. Балакай В.Г. и др. Интегральные схемы АЦП и ЦАП.Энергия, 1978, с. 72, рис. !-23 (прототип) .

836794

Составитель В. Махнанов

Редактор Б. Федотов ТехредМ. Голинка Корректор М. Шароши

Заказ 3206/45 Тираж 988 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4