Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик ю892703

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19.04. 80 (21) 2911140/18-21 с присоединением заявки М (23) Приоритет (5I)M. Кл.

Н 03 К 13/02 Государственный комитет

Опубликовано 23.12.81. Бюллетень J4 47

Дата опубликования описания 25. 12.8 1 по делам изобретений и открытий (53) УДК681.325(088. 8) (72) Авторы изобретения

В. Я. Реймхен и Н. А. Марцинковский "- iI )

1. (71) Заявитель о (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности может быть использовано в радионавигационных системах для преобразования аналоговых напряжений в цифровой код.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий электронные ключи, сумматор, фильтр, нуль-орган и преобразователь фаза-код 1.1). то

Недостатками этого устройства являются значительные погрешности, вызванные нестабильностью элементов, методические и температурные погрешности, малое быстродействие, а также значительная сложность при реализации.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий последовательно соединенные сумматор, интегратор и преобразователь фаза-код, причем вход интегратора соединен с выходом сумматора, а выход подключен ко входу преобразователя фаза-код, выходы двух распределителей соединены с шиной тактовых импульсов, а 2г1выходов каждого распределителя соединены соответственно с управляющими входами двух коммутаторов, первые выходы которых соединены со входами сумматора, а вторые подключены ко входам последнего через соответствующие инверторы, при этом 11 входов каждого коммутатора соединены с соответствующими выходами двух весовых матриц, входы которых являются входами преобразователя 12.), Недостатками известного преобразователя являются ограниченная точность преобразования и малое быстродействие.

Это вызвано тем, что точность преобразования увеличивается с увеличением количества уровней преобразования, а увеличение последнего вызывает резкое увеличение аппаратурных затрат. Так, например, для 100 уровней преобразования в известном устройстве необходимо применение 400 электрон92703

3 8 ных ключей (в каждом из двух коммутаторов по 200). Отсюда видно, что при таком построении функциональной схемы, повышение точности преобразования ограничивается аппаратурными затратами, Невысокое быстродействие известного устройства связано с тем, что при небольшом количестве уровней преобразования, измерение сформированного фазового сдвига необходимо осуществлять по К периодам сигнала с целью усреднения ошибок, вызыванных высшими гармониками.

Цель изобретения — повышение точности и быстродействия преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь содержащий шину тактовых импульсов, два коммутатора и последовательно включенные сумматор, интегратор и преобразователь фаза-код, дополнительно введены формирователь управляющих сигналов, два реверсивных счетчика, два постоянных запоминающих устройства и два преобразователя код-напряжение, причем вход формирователя управляющих сигналов подключен к шине тактовых импульсов, первый и второй выходы соответственно соединены с первыми входами первого и второго коммутаторов, а третий и четвертый выходы подключены к соответствующим входам первого и второго реверсивных счетчиков, счетные входы которых подключены к шине тактовых импульсов, а установочные входы — к пятому выходу формирователя управляющих сигналов, выходы первого и второго реверсивных счетчиков подключены, соответственно, . ко входам первого и второго постоянных запоминающих устройств, выходы которых соответственно соединены с первыми входами первого и второго преобразователей код-напряжение, вторые входьi которых соответственно подключены к выходам первого и второго коммутаторов, вторые входы которых соединены с соответствующими входами преобразователя, выходы первого и второго преобразователей код-напряжение подключены к соответствующим входам сумматора, при этом каждый коммутатор выполнен на двух электронных ключах, инверторе и логическом элементе НЕ, причем первый и второй входы первого электронного ключа подключены к соответствующим входам коммутатора

55 непосредственно, а первый и второй входы второго электронно о ключа через инвертор и логический элемент НЕ

Э выходы электронных ключей подключены к выходу коммутатора.

На фиг ° I приведена структурная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема коммутатора; на фиг. 3 эпюры напряжений в точках а-р.

Аналого-цифровой преобразователь содержит шину I тактовых импульсов, формирователь 2 управляющих сигналов, первый и второй реверсивные счетчики 3 и 4, первое и второе ПЗУ 5 и 6, первый и второй IKH 7 и 8, первый и второй коммутаторы 9 и 10 сумматор II, интегратор 12 и преобразователь 13 фаза-код.

Вход формирователя 2 управляющих сигналов подключен к шине 1 тактовых импульсов, а выходы "Зн. з!n" и "Зн.

tt

cos соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов 9 и !

О

0 соответственно, кроме этого выходы 1 I I I I I I

sin и - cos формирователя 2 управляющих сигналов подключены соответственно к первому и.второму реверсивным счетчикам 5 и 4, счетные входы которых подключены к шине 1 тактовых импульсов, а установочные входы— к выходу "Установка" формирователя 2 управляющих сигналов, при этом выходы первого и второго реверсивных счетчиков 3 и 4 подключены, соответственно, ко входам первого и второго ПЗУ 5 и 6, выходы которых соответственно соединены с первыми входами первого и второго ПКН 7 и 8, вторые входы которых подключены, соответственно, к выходам первого и второго коммутаторов 9 и 10 в свою очередь вторые входы последних являются входами преобразователя, Выходы первого и второго ПКН 9 и 10 подключены ко входам сумматора 11, а его выход через интегратор 12 подключен к преобразователю 13 фаза-код.

Первый и второй коммутаторы 9 и 10 аналогичны. Каждый коммутатор (фиг. 2 7 содержит два электронных ключа 14 и

15, инвертор 16 и логический элемент НЕ 17,причем входы одного электронного ключа 14 являются входами коммутатора, а входы второго электронного ключа 15 соединены со входами коммутатора через инвертор 16 и элемент НЕ 17. Выходы электронных ключей !4 и 15 соединены между собой и являются выходом коммутатора.

892703

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

На входы преобразователя поступают два аналоговых напряжения U = U>sing (фиг. Зк) и U> = !11„соз 6 (фиг. 3))ю 5 где 8 — преобразуемая аналоговая величина, и тактовые импульсы частоты

F (фиг. 3Q>. >ормирователь 2 управляющих сигналов вырабатывает логические сигналы "Зн. з!n", Зн. cos (фиr,ЗД),!О

sin" (фиг. 32.), cos (фиг. ЗД) и сигнал "Установка" (фиг. 3e), необходимые для управления работой первого и второго коммутаторов 9 и 10 и первого и второго реверсивных счетчи- 15 ков 3 и 4. Первый и второй коммутаторы 9 и 10 формируют напряжение

М 0<, если "зн, sin = Лог.l

-О1, если "зн. з1п = Лог.0 (фиг. Зй ) 20 (И, если "зн. cos" = Лог.l

М (-U если "зн. cos" = Лбг.0

М э (фиг. ЗК).

Сигнал Установка" периодически устанавливает первый реверсивный счетчик 5 в состояние О, а второй реверсивный счетчик 6 в состояние, соо ответствующее 90

Первый реверсивный счетчик 5 фор- 5О мирует код угла $ (t) изменяющийся по закону 0 -э 90о — Π— 90 и т,д., о Q а второй реверсивный счетчик формирует код ф (t), изменяющийся по закону

90 — О 90 — О и т.д., т.е. y (t) 55

= !!(t) + 90 . Первое и второе ПЗУ 5 и 6 по заданному на входе коду угла вырабатывают в двоичном коде значео ние функции s i nx для 0 с х 90 . Таким образом, на выходе первого ПЗУ 5 i!! формируется код $1n (t) =1з1п?Ий/1!Nt а на выходе второго ПЗУ 6 — код

sin%(t) = cost(t) = / cos2RFt/4NI, где Й вЂ” количество уровней квантования функции з!пх. 45

Первый и второй ПКН 7 и 8, использ я напряжение U и U в качестве этаУ х лонных, преобразуют входные коды в ступенчатые напряжения (фиг. 3 л,м), которые складываются в сумматоре 11.

Напряжение на выходе сумматора можно представить в следующем виде

0 Ю= ) Ыи(я .-р)+ (Е и

g-q 4-М К-

S5

"(4NK-1)Ю-О4!!К-< л у 4NK+1 х

4N «1 %4-8

2ИFt где Я. = — круговая частота.

4N

Выходное напряжение сумматора ll поступает на интегратор 12, на выходе которого образуется синусоидальное напряжение 0 $1пЯ с-О),фиг. Зо), С выхода интегратора 12 гармонический сигнал с фазой 8 поступает на преобразователь 13 фаза-код на другие выходы которого подают я опорный импульс с фазой 0 (фиг. Зй) и счетные импульсы (фиг. 3P). С выхода преобразователя 13 фаза-код снимается цифровой о отсчет величины 6 ..

Уровень квантования формируется двоичным кодом, позволяющим при незначительных аппаратурных затратах получить большое количество уровней квантования, что, в свою очередь, улучшает точность и быстродействие преобразователя.

Схема устройства построена таким образом, что позволяет применить серийно-выпускаемые ПЗУ в микросхемном исполнении типа 505РЕЗ (расшивки

0068-0071 ). !!спольэованпс данных ПЗУ позволяет получить N= 2 о уровней квантования с дискретностью каждого уровня 2 . При этом сигнал на выходе сумматора, кроме основной гармоники, содержит высшие гармоники с номерами

4!! К + : 4095, 4097, 8191, 8193 и т.д. — с амплитудами соответственно

1 1 1 1

4095 4097 . 8191 8193 интегрирования Т = =, Т п л 4 1-л 4 — Таким образом, сигнал на выходе

Т 2 интегратора содержит не более 10 Х высших гармоник, и поэтому при измерении фазового сдвига фо не требуется цифрового усреднения. В результате этого время преобразования в предлагаемом устройстве равно t = Т + Т!1Л. прл

Для получения такого количества уровней квантования N = 2 0, известное устройство должно иметь в каждом коммутаторе 2И = 2"" электронных ключей, в каждой весовой матрице N = 21o специально подбираемых резисторов и такое же количество управляющих импульсов должны формировать распределители тактовых импульсов.

Если известное устройство в KBKpом коммутаторе будет иметь по 16 электронных ключей (в каждом ПКН предлагаемого устройства электронных ключей также 16), то N = 8, Т = вЂ, а сигнал

Т !!2 3л

8927 на выходе интегратора содержит 1,25% высших гармоник с номерами 31, 33, 63, 65 и т.д., поэтому требуется цифравое усреднение. Отсюда время преобразования в известном устройстве состав5 ляет

03 8 сивных счетчика, два постоянных запоминающих устройства и два преобразователя код-напряжение, причем вход формирователя управляющих сигналов подключен к шине тактовых импульсов, первый и второй выходы соответственно соединены с первыми входами первого и второго коммутаторов, а третий и четвертый выходы подключены к соответствующим входам первого и второго реверсивных счетчиков, счетные входы которых подключены к шине тактовых импульсов, а установочные входы — к пятому выходу формирователя управляющих сигналов, выходы первого и второго реверсивных счетчиков подключены, соответственно, ко входам первого и второго постбянных запоминающих устройств, выходы которых соответственно соединены с первыми входами первого и второго преобразователей код-.напряжение, вторые входы которых соответственно подключены к выходам первого и второго коммутаторов,вторые входы которых соединены с соответствующими входами преобразователя, выходы первого и второго преобразователей код-напряжение подключены к соответствующим входам сумматора.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что каждый коммутатор выполнен на двух электронных ключах, инверторе и логическом элементе НЕ, причем первый и второй входы первого электронного ключа подключены к соответствующим входам комс„ = (5-10)т + т„

Таким образом, при одийаковых аппаратурных затратах, быстродействие предлагаемого устройства в 5-10 раз 10 выше, чем у известного устройства.

Повышение точности преобразования достигается sa счет того, что усреднение по 5-10 отсчетам в известном устройстве не позволяет полностью уст- 15 ранить погрешность, вызванную наличием нечетных высших гармоник в измеряемом сигнале. Кроме этого, интегратор с постоянной времени Т11 будет иметь фазовый сдвиг < „,2 =(10-15/, который при изменении температуры окружающей среды будет изменяться (вслед= ствие нестабильности элементов интегратора), в результате чего его нельзя точно скорректировать.

В предлагаемом устройстве сигнал

Я. на выходе интегратора содержит 10 7 высших гармоник. А интегратора с поТ стоянной времени Т =. . имеет фазовый сдвиг Р =(0,1-0,2), незначио 30 тельное изменение которого вследствие нестабильности элементов интегра тора очень мало, что и позволяет получить более высокую точность.

35

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий шину тактовых импупь- 40 сов, два коммутатора и последовательно включенные сумматор, интегратор и преобразователь фаза-код, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены формирователь управляющих сигналов, два ревермутатора непосредственно, а первый и второй входы второго электронного ключа — через инвертор и логический элемент НЕ, выходы электронных ключей подключены к выходу коммутатора.

Источники информации, принятые во внимание прн экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 447826, кл. Н 03 К 13/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2695933/21» кл. Н 03 К 13/02, 14,12.78 (прототип).

892703

Составитель В. Войтов

Редактор Г. Волкова Техрел 3. Фанта

Корректор1 . Стец

Подписное

Заказ 11283/85 Тираж 991

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва> Ж-35> Рарпская. наб.> д. 4/5

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