Аналого-цифровой преобразователь

Аналого-цифровой преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАИ ИЕ

ИЗОБРЕТЕИИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик («) 947958 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 11. 01. 79 (21) 2 715214/18-21 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

Опубликовано30. 07. 82.Бюллетень Мо 28

151)М Кл з

Н 03 К 13/17

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53)УДК 681.325 (088. 8) Дата опубликования описания 30.07.82 (72) Автор изобретения

А.А. Плавильщиков

i 11 ЛТЕИ П1 ОтРУН11 ус ((ЬИЬЛИО П":1ь (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

tS

25

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и информационно-измерительных системах.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий переключатель, сравнивающее устройство, генератор пилообразного напряжения, два триггера, три клапана, линию за-. держки, генератор импульсов, реверсивный счетчик и устройство управления (13 .

Недостатками устройства являются необходимость определения кода коррекции перед каждым преобразованием входного напряжения, что снижает число преобразований в единицу времени, а также невозможность коррекции смещения нуля при преобразовании разнополярного входного напряжения.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены к источникам положительного и отрицательного образцового напряжений, а также к входам измеряемого напряжения и нулевого потенциала, а входы управления — к выходам дешифратора, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертируюв1ему входу усилителя интегратора и к рдной обкладке конденсатора, другай. обкладка которого соединена с шиной нулевого потенциала, выход формирователя подключен к первому входу дешифратора и к первому входу устройства управления, первый выход которого соединен с одним входом клапана, другой вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход — к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу устройства управления, а выходы - к atmo- . ду преобразователя, остальные два выхода уотройства управления соединены с входами двух триггеров, выходы которых подключены к второму и третьему входам дешифратора 12).

Недостатком устройства является низкое быстродействие.

947958

Цель изобретения — повышение быстродействия.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены к выходам источников положительного и отрицательного образцового напряжений, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, 10 выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя интегратора, выход формирователя подключен к первому входу 5 блока управления, первый выход которого соединен с первым входом клапаца, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход — к входу счет- 0 чика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу блока управления, введены два дополнительных клапана, суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, вентипи переписи кода, формирователь импульсов и резистор, причем третий выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора, к уп-30 равляющему входу ключа и к входу предварительной установки вычитающего счетчика, четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом коммутатора, с вхо- 35 дом предварительной установки счетчика импульсов и с управляющим входом вентилей переписи кода, входы которых подключены к выходу вычитающего счетчика, а выходы — к входу 40 предварительной установки суммирующего счетчика, выход суммирующего счетчика соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу блока управления, пятый и шестой выходы блока управления соединены с третьим и четвертым управляющими входами коммутатора, седьмой выход блока управления подключен к первому входу первого дополнительного клапана, второй вход которого соединен с вы" ходом генератора импульсов опорной частоты, а выход - с входом вычитающего счетчика, восьмой выход блока, управления подключен к первому ( входу второго дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход — с входом суммирующего счетчика и третьим входом блока управления, неинвертирующий вход интегратора подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала. 65

На фиг.1 приведена структурная электрическая схемаустройства;на фиг.2-временная диаграмма его. работы.

Устройство содержит источник 1 положительного опорного напряжения, источник 2 отрицательного опорного напряжения, коммутатор 3, интегратор 4, нуль-орган 5, формирователь 6, резистор 7, ключ 8, блок 9 управления, клапан 10, суммирующий счетчик

11, формирователь 12 импульсов, вентили 13 переписи кода, клапан 14, вычитающий счетчик 15, генератор 16 импульсов опорной частоты, клапан 17, счетчик 18 импульсов, вентили 19 считывания кода.

Устройство работает следующим образом.

В течение интервала времени, orfpeделяемого блоком 9, осуществляется интегрирование с помощью интегратора

4 измеряемого напряжения, поступающего на вход устройства. Затем происходит преобразование напряжения на выходе интегратора 4 с помощью образцового напряжения во време;;ной интервал и заполнение в течение этого интервала импульсами образцовой частоты счетчика 18, причем подключение соответствующего источника 1 или 2 осуществляется в зависимости от сигнала на выходе формирователя 6. Код на выходе счетчика 18 при этом пропорционален измеряемому напряжению.

Автокоррекция нулевого уровня интегратора осуществляется в преобразователе цифро-аналоговым методом.

При этом напряжение смещения нуля интегратора 4 периодически преобразуется в промежуточный параметр временной интервал, который, в свою очередь, преобразуется в дополнительный код с помощью счетчика 15, выполняющего функцию аналого-цифрового преобразователя и запоминающего регистра. Код на выходе счетчика

15, соответствующий напряжению смещения интегратора 4, в процессе каждого измерения входного напряжения преобразуется в соответствующий временной интервал с помощью счетчика

11, выполняющего функцию цифро-аналогового преобразователя. Этот временной интервал алгебраически суммируется с временным интервалом, соответствующим напряжению на выходе интегратора 4. В течение полученного в результате суммирования временного интервала происходит заполнение счетчика 18 импульсами образцовой частоты при этом на выходе счетчика 18 формируется код преобразуемого напряжения без погрешности от смещения нуля интегратора.

При работе устройства возможны два варианта соотношения полярностей

947958 мзмеряемого напряжения и напряжения ° смещения интегратора, которым соответствуют два алгоритма работы преобразователя.

При первом варианте работы устроиства преобразуемое напряжение и напряжение смещения интегратора имеют одинаковую полярность.

Цикл коррекции нуля начинается с формирования на третьем выходе блока 9 сигнала, который поступает на коммутатор 3, на управляющий вход ключа 8 и на вход предварительной установки вычитающего счетчика

15. При этом коммутатор 3 подключает вход интегратора 4 к входу нулевого потенциала, ключ 8 замыкает цепь обратной связи с выхода нуль-органа 5 на неинвертирующий вход интегратора 4, который подключен через резистор 7 к нулевому потенциалу, а разряды вычитающего счетчика 15 устанавливаются в состояние "1". Напряжения на выходах ин тегратора 4 и нуль-органа 5 изменяются при этом в соответствии с временной диаграммой (фиг.2) . В зависимости от состояния выхода формирователя 6, которое запоминается блоком 9.до очередного цикла коррекции, последний по окончании сигнала на своем третьем выходе формирует сигнал на одном из своих выходов. При положительной полярности напряжения смещения интегратора

4 блок 9 формирует сигнал на своем пятом выходе и подключает с. помощью коммутатора 3 вход интегратора 4 к источнику 1, при этом конденсатор интегратора 4. разряжается по линейному закону (фиг.2). Кроме того, блок 9 формирует также сигнал на своем седьмом выходе, открывая клапан 14 и разрешая тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход вычитающего счетчика 15.

Сигналы с седьмого и пятого выходов блока 9 снимаются при поступлении на его первый вход сигнала (перепада напряжения) с выхода формирователя 6. Формирователь 6 изменяет состояние своего выхода в момент равенства нулю напрчженич на выходе интегратора 4, который фиксируется нуль-органом 5.

Таким образом, длительность сигналов на пятом и седьмом выходах блока 9 пропорциональна напряжению смещения интегратора 4, при этом в вычитающем счетчике 15 (емкость которого так же, как и емкость суммирующего счетчика 11, определяется максимально возможной величиной напряжения смещения интегратора и значительно меньше емкости счетчика

18) фиксируется дополнительный код временного интервала, пропорционального напряжению смещения интегратора

4. На этом цикл коррекции заканчива ется. Необходимость в очередном цикле коррекции определяется, в основном. температурным и временным дрейфами напряжения смещения интегратора.

Цикл преобразования входного напряжения начинается с формирования на четвертом выходе блока 9 сигнала определенной длительности, который поступает на коммутатор 3, на вход предварительной установки счетчика

18 импульсов и на управляющий вход вентиля 13. При этом интегратором

4 осуществляется интегрирование преобразуемого напряжения (фиг.2), разряды счетчика 18 устанавливаются в состояние "0", а в суммирующий счетчик 11 записывается дополнительный код временного интервала коррекции. По окончании сигнала на четвертом выходе блок 9 формирует сигнал на своем восьмом выходе (фиг.2), который поступает на управляющий вход клапана 10 и разрешает тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход суммирующего счетчика 11. Кроме того, в зависимости от полярности преобразуемого напряжения и ее соотношения с полярностью напряжения смещения (в зависимости от состояния выхода формирователя 6 в цикле преобразования и его соотношения с состоянием выхода последнего в цикле коррекции) формируется сигнал либо на первом, либо на одном из выходов, -шестом или пятом, блока 9. В рассматриваемом случае (при первом варианте работы устройства) блок 9 формирует одновременно сигналы на своих первом и восьмом выходах. Сигнал с первого выхода блока 9 поступает на управляющий вход клапана 17, разрешая тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход счетчика 18 (фиг.2) .

При переполнении суммирующего счетчика 11 формирователь 12 формирует на .своем выходе импульсный сигнал (фиг.2), и тем самым заканчивается формирование временного интервала коррекции. По окончании этого интервала снимается сигнал с восьмого выхода блока 9 и формируется сигнал на его шестом выходе, который поступает на коммутатор 3 и подключает вход интегратора 4 к источнику

2, при этом осуществляется преобразование путем линейного разряда конденсатора напряжения на выходе интегратора 4 в пропорциональный ему временной интервал (фиг ° 2), окончание которого фиксируется нуль-органом 5. Изменение состояния выхода нуль-органа 5 вызывает перепад напряжения на выходе формирователя 6, который поступает на первый вход блока

947958

9. При этом снимаются сигналы с первого и шестого выходов блока 9, и формируется сигнал на его втором выходе. kla этом цикл преобразования заканчивается: вход интегратора

4 отключается от источника 2, пре- 5 кращается поступление импульсов образцовой частоты на вход счетчика

18, и осуществляется выдача результата преобразования на выход через вентили 19, на управляющие входы !0 которых поступает разрешающий сигнал со второго выхода блока 9. При этом код напряжения на выходе интегратора

4 оказывается скорректированным в счетчике 18 на величину напряжения смещения интегратора 4 (фиг.2 .

При втором варианте работы устройства преобразуемое напряжение л напряжение смещения интегратора имеют разную полярность (преобразуе мое напряжение - отрицательную, напряжение смещения — положительную полярность). Цикл преобразования входного напряжения в рассматриваемом варианте отличается от описанного выше тем, что по окончании интегрирования преобразуемого напряжения блок 9 формирует сигнал на своем пятом выходе вместо шестого (фиг;2 ), осуществляя тем самым подключение к входу интегратора 4 источника 1. При этом сигнал на пятом выходе формируется одновременно с сигналом на восьмом выходе блока 9, а сигнал на первом выходе по отношению к указанным выше сигналам - с задержкой Т„ р, равной длительности временного интервала коррекции, что обеспечивает коррекцию кода напряжения на выходе интегратора 4 на величину напряжения смещения последне- 40 го (фиг.2).

Работа устройства при отрицательной полярности напряжения смещения интегратора осуществляется в соответствии с двумя вариантами, рассмот-45 ренными выше.

Таким образом, устройство обеспечивает достаточно длительное время хранения величины сигнала коррекции, которое определяется дрейфом. частоты генератора импульсов опорной частоты.

Дрейф частоты кварцевого резонатора, входящего в состав генератора импульсов опорной частоты, на несколько порядков меньше дрейфа напРяжения сме- ения, входящего в состав интегратора силителя. Следовательно, период цикла определения сигнала коррекции нулевого уровня устройства определяется дрейфом напряжения смещения усилителя и значительно больше, чем у.про-. 60 тотипа (у которого определение сигнала коррекции осуществляется перед каждым преобразованием), что обеспечивает повышение быстродействия аналого-цифрового преобразователя. 65

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены к выходам источников положительного и отрицательного образцового напряжений, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя интегратора, выход формирователя подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с первым входом клапана, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход — к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу блока управления, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены два дополнительных клапана, суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, вентили переписи кода, формирователь импульсов и резистор, причем третий выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора, к управляющему входу ключа и к входу предваритель,ной установки вычитающего счетчика, четвертый выход блока управления соединен с вторым управ-ляющим входом коммутатора, с входом предварительной установки счетчика импульсов и с управляющим входом вентилей переписи кода, входы. которых подключены к выходу вычитающего счетчика, а выходы — к входу предварительной установки суммирующего счетчика, выход суммирующего счетчика соединен с входом формирователя. импульсов, выход которого подключен к второму входу блока управления, пятый и шестой выходы блока управле,ния соединены с третьим и четвертым управляющими входами коммутатора, седьмой выход блока управления подключен к первому входу первого дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выходс входом вычитающего счетчика, восьмой выход блока управления подключен к первому входу второго дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты,а выход — с входом суммирующего счетчика и третьим входом блока управления, Неинвертирующий вход интегратора подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала.

947958

1О

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шляндин В.М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы.

N., "Высшая школа", 1973, с.184.

2. Гутников В.С., Дьяченко Ю.Н., Михненков В.A. Время-импульсный преобразователь цифрового прибора двух тактного интегрирования. - Труды ЛПИ вып.355, 1976, с.б8 (прототип).

947958

РФФ

Рм, Яи

AtXq

Рыхл

86/Ур

86/ху ЖХр

ВФ/х,У

A/х

Составитель А ° Титов

Редактор A. Огар Техред Л., Пекарь КорректорА. Дзятко

Заказ 5668 78 Тираж 959 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,