Интегрирующий преобразователь аналог-код
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (1)962992 (61) Дополнительное к авт. саид-ву
Р М К з.(22) Заявлено 26.02.81 (21) 3251709/18-24
G 06 G 7/186
Н 03 К 13/20 с присоединением заявки ¹.Государственный комитет
СССР по делам изобретений
° и открытий (23) Приоритет (53)УДК681 335 (088.8) Опубликовано 300982. Бюллетень ¹36
Дата опубликования описания 30,09.82 (72 из (71 (5 4) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АНАЛОГ-КОД
Иэобретенне относится к преобразованию аналоговых сигналов постоянного тока в цифровые коды и может быть использовано в.качестве аналого-цифрового преобразователя в системах сбора и обработки данных.
Известен интегрирующий аналогоцифровой преобразователь, использующий метод двутактного интегрирования для преобразования сигналов постоянного тока в код и содержащий интегратор, компаратор, схему управления и переключающие схемы (1).
Однако известный преобразователь обеспечивает эффективное подавление помех при аналого-цифровом преобразовании только в том случае, если период помехи совпадает с длительностью первого такта интегрирования.
Известен также аналого-цифровой преобразователь, который для повышения эффективности подавления помехи содержит специальные устройства, осуществляющие подстройку времени преобразователя в зависимости от частоты и фазы помехи (2).
Данный преобразователь является медленнодействующим и требует интервала времени в несколько периодов помехи.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство аналого-цифрового преобразования, состоящее из интегратора с двумя ключами на входе и одним ключом в цепи обратной связи интегратора, компаратора, формирователя импульсов, двух счетчиков, генератора импульсов, триггера со счетным входом, RS-триггера и пяти схем И.
Данное устройство работает по методу двутактного интегрирования
На первом такте входное напряжение интегрируется в течение интервала времени, равного периоду помехи.
Гри этом для того, чтобы колебания частоты помехи не влияли на степень ее подавления и на стабильность коэффициента передачи преобразователя, первый такт интегрирования разбит на два интервала, отстоящих друг от друга на половину периода помехи.
На втором такте интегрируется напряжение опорного источника 13 j.
25 Недостатк данного устройства являются невысокое быстродействие и сложность.
Быстродействие преобразователя определяется длительностью первого и второго тактов интегрирования.
962992
Длительность первого такта интегрирования в целях помехоподавления равна периоду помехи. Длительность второго такта интегрирования выбирается равной длитеЛьности первого такта интегрирования, при этом упрощается синхронизация преобразователя и повышается его линейно ть.
Таким образом, быстродействие данного преобразователя равно двум периодам помехи. 10
Сложность устройства определяется наличием значительного числа логических элементов.
Цель изобретения — повышение быстродействия и упрощение устройства.
Поставленная цель,цостигается тем, что в интегрирующий преобразователь аналог-код, содержащий операционный усилитель, вход которого через последовательно соединенные первый ключ и первый масштабнЫй резистор подключен к сигнальному входу, а через последовательно соединенные второй ключ и второй масштабный резистор — ко входу опорного напряжения преобразователя и через интегрирующий конденсатор — к выходу операционного усилителя, соединенному с первым входом компаратора, второй вход которого подключен ко входу опорного напряжения преобразователя, счетчик, выход которого является выходом преобразователя, счетный вход соединен с выходом элемента И, а вход сброса подключен к первому вы- 35 ходу формирователя импульсов, вход которого является тактирующим входом преобразователя, причем первый и второй элементы И соединены соответственно с выходом генератора импуль- 4р сов и прямым выходом триггера, введен третий масштабный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и общим выходом первого ключа и.первого масштабного ре- 45 эистора, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с инверсным и прямым выходами триггера, нулевой и единичный входы которогс связаны соответственно с выходом компаратора и вторым выходом формирователя импульсов.
На фиг. 1 представлена функциональная схема интегрирующего преобразователя, на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства„
Интегрирующий преобразователь аналог"код (фиг.1) содержит ключи
1 и 2, выходом соединенные с входом операционного усилителя 3, а входом через масштабные резисторы 4 и 5 с 60 сигнальным входом б и входом 7 опорного напряжения, масштабный резистор
8, соединенный с общим выводом ключа 1 и резистора 4, а другим выводомс выходом операционного усилителя 3, Триггер 9, управляющий ключами 1 И
?, формирователь 10 импульсов, элемент И 11, компаратор 12, генератор
13 импульсов, счетчик 14 и конденсатор 15, включенный в цепь обратной связи операционного усилителя 3.
Преобразователь работает следующим образом.
На вход формирователя 10 импульсов поступает управляющее переменное напряжение (фиг.2д с частотой, равной частоте помехи, которое преобразуется на выходах формирователя 10 в импульсы (фиг.2 д и 4) . Счетчик 14 сбрасывается в "ноль" в момент прихода импульса с выхода формирователя
10 импульсов.
До момента времени t, (фиг.2) ключ 1 замкнут, а ключ 2 разомкнут.
Операционный усилитель 3 из-за наличия прецизионного масштабного резистора. 8 работает в режиме повторителя входного сигнала, при этом напряжение на выходе операционного усилителя 3 повторяет входное напряжение (фиг.2 L и B), В момент вреглени Сл (фиг.2) с выхода I формирователя 10 поступает импульс, который переключает триггер 9, устанавливая на прямом его выходе состояние единицы. При этом ключ 1 размыкается, а ключ 2 замыкается. Напряжение на выходе операционного усилителя 3 запоминается на конденсаторе 15. Начинается первый такт интегрирования, при котором интегрируется опорное напряжение через замкнутый ключ 2.
Одновременно в момент времени t через элемент И 11 начинают поступать импульсы в счетчик 14 (фиг ° 28), Когда напряжение на выходе операционного усилителя 3 будет равно напряжению срабатывания компаратора, на его выходе появляется импульс, который перебрасывает триггер 9 в исходное состояние. Ключ 1 замыкается, ключ 2. размыкается и элемент
И 11 запирается, прекращая поступление импульсов на счетчик 14. Операционйый усилитель 3 снова переводится в режим повторения входного
-напряжения. В счетчике 14 хранится код, соответствующий длительности первого интервала интегрирования
Т,, (e«.2e).
В момент времени 1 (фиг26) начинается второй такт интегрирования напряжения. При этом импульсы, поступающие в счетчик в течение интервала интегрирования Т, суммируются с содержимым счетчика 14 за интервал времени Тл, На этом преобразование заканчивается.
В момент времени 1 счетчик 14 сбрасывается в "ноль" и начинается новый цикл преобразования (фиг.26).
962992
Так как мгновенные значения наложенной на сигнал помехи (фиг,2а), отстоящие на половину периода помехи, равны по величине и противопо-. ложны по знаку, то сумма преобразованных в код мгновенных значений входного сигнала (tq и t ) пропорциональна измеряемому напряжению U и не содержит составляющих помехи.
Действительно, в момент й„ (фиг.2ц) преобразуется в код значе- . ние входного. сигнала 09 = U х+ а в момент t (фиг.2q) — значение
Upped = Ug U Сумма кодов эа два такта прямо пропорциональна преобразуемому напряжению U и не содержит помехи.
Таким обраэсм, преобразователь осуществляет подавление наложенных на сигнал помех за счет преобразования в код мгновенных значений сигна-. ла, отстоящих на половину периода помехи, В предлагаемом преобразователе отсутствует такт интегрирования входного напряжения, а вместо него введен такт интегрирования опорного напряжения, т.е. преобразователь также работает по методу двутактного интегрирования, только в оба такта интегрируется опорное напряжение.
Такое построение преобразователя позволяет объединить функции подавления помехи и преобразования напряжения в код, эа счет чего существен- но увеличивается быстродействие преобразователя при сохранении его точности и помехоустойчивости.
Длительность преобразования в предлагаемом преобразователе не превышает периода помехи (фиг.28), что не менее чем в два раза выше, чем в известном устройстве.
В промышленных системах сбора и обработки данных, работающих на базе быстродействующих ЭВМ, использонание предлагаемого преобразователя позволяет увеличить быстродействие всей системы в два раза или же дает воЭможность подключить к данной системе в два раза .больше датчиков.
Предлагаемый преобразователь явля.- ется более простым по сравнению с известным, что позволяет увеличить надежность преобразователя и сделать его более дешевым.
Формула изобретения
Интегрирующий преобразователь аналог-код, .содержащий операционный усилитель, вход которого через последовательно соединенные первый ключ
10 и первый масштабный резистор подклю-. чен к сигнальному входу, а через последовательно соединенные второй ключ и второй масштабный резистор— ко входу опорного напряжения преобраf5 эователя и через интегрирующий конденсатор - к выходу операционного усилителя, соединенному с первым входом компаратора, второй вход которого .подключен ко входу опорного напряже20 ния преобразователя, счетчик, выход которого является выходом преобразо. вателя, счетный вход соединен с выходом элемента И, а вход сброса подключен к первому выходу формирователя импульсов, вход которого является тактирующим входом преобразователя, причем первый и второй входы элемента И соединены соответственно с выходом генератора импульсов и прямым
Зр выходом триггера, о т л и ч а ю— шийся тем, .что, с целью повышения быстродействия и упрощения, в него введен третий масштабный резистор, включенный между выходом операционного усилителя и общим выходом первого ключа и первого масштабного резистора, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно g инверсным и прямым выходамитриггера, нулевой и единичный входы которого связаны соответственно с выходом компаратора и вторым выходом формирователя импульсов.
Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе
Патент ФРГ Р 1487687, кл. Н 03 К 13/20, опублик. 1969.
2. Патент CtQA 9 3354453, кл. 340-347, опублик. 1967 °
5ф 3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 2920677/24, кл. 6 06 G 7/186, 1980 (пРототип) .