Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 5 Н 03 М 1/ Е ИЗОБРЕТЕ ОП ВИДЕТЕЛ ЬСТВУ К АВТОРС систем контроля и управления, выполняемых на средствах вычислительной техники, Недостатком известного и близкого по технической сущности и решаемой задаче аналого-цифрового преобразователя (АЦП) является то, что в нем изменение входного сигнала за время его преобразования приводит к дополнительным погрешностям в результате преобразования. Целью изобретения является повышение точности преобразователя.АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, ключ, переключатель, счетчик, цифроаналоговый преобразователь, формирователь импульсов, логические элементы И и ИЛИ и блок управления, Новым является введение счетчика, регистра, второго формирователя импульсов, управляемого делителя напряжений, аналогового сумматора, триггера, двух одновибраторов и трех элементов И, благодаря которым в АЦП влияние на результат преобразования изменения входного сигнала во время его преобразования сведены к минимуму и тем самым повышена точность его работы, 1 з.п, ф-лы, 3 ил.(57) Изобреттехнике, и в чнапряженияным преобрту импульсоустройствах пульснои ователям межуточя в часто- зовдн ов ии в АЦП. держаель на 1 ХОД ма реобГОСУ 4 АРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) 1. Прянишников В,А. Интегрирующиецифровые вольтметры постоянного тока, Л.:"Энергия",1976, с, 169.2. Балакай В,Г, и др, "Интегральные схемы АЦП и ЦАП, М,: Энергия, 1978, с, 69 - 75,рис. 1-23,3. Авторское свидетельство СССРМ. 1679632, кл. Н 03 М 1/60, 28,4.89,О-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОение относится к им астности - к преобраз в цифровой код с про азованием напряжени в, и может быть испол сбора аналоговой инф Изобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления, выполняемых на средствах вычислительной техники,Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП), Этот АЦП содержит преобразовательь напряжен ия в частоту (П НЧ), соединенный выходом со входом цифрового частотомера 1). В АЦП с преобразованием напряжения в частоту, кроме ПНЧ, имеются два счетчика и логические Эти АЦП ния Х = Ех То преобразова ит в том, что результат пр Указаннь принятом в к щем первый пряжения в котороо сое управления,онный вход к730722 А 2 генератор импульсов, триггер элементы 2.имеют функцию преобразова= 1 Ох То, где 1 - коэффициент ния ПНЧ, Их недостаток состопогрешности 1 и Т 0 влияют на Я еобразования Х,и недостаток устранен ачестве прототипа и со счетчик, преобразоват частоту импульсов, динен с первым входом аналоговый ключ, инфо торого является шинойвого формирователя импульсов, вход которого является первым входом блока, пятым выходом которого является второй вход первого элемента И, который соединен с выходом генератора импульсов, первым выходом блока является первый выход триггера, второй выход которого является вторым выходом блока и соединен со входом второго одновибратора, выход которого является четвертым выходом блока, а второй вход триггера является шестым выходом блока и через второй формирователь импульсов соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого подсоединен к выходу второго элемента И, второй вход подклю чен к выходу делителя числа импульсов,второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами блока, второй 10 вход третьего элемента ИЛИ обьединен совторым входом второго элемента И,разуемого напряжения, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, аналоговый переключатель, первый информационный вход которого является шиной опорного напряжения и обьединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, второй информационный вход соединен с выходом последнего, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого подсоединен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого является первой интерфейсной шиной и соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого подсоединен с первому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, а второй вход - с выходом второго элемента ИЛИ, выход первого элемента ИЛИ соединен с входом установки "0" кода первого счетчика, вход управления режимом вычитания которого подсоединен к второму выходу блока управления и к первому входу второго элемента ИЛИ, выходы разрядов - к соответствующим входам цифроаналогового преобразователя, которые являются шиной результата преобразования, входзаписи кода - к третьему выходу блока управления, второй выход которого является второй информационной шиной, первый выход соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, а первый и второй входы преобразователя напряжения в частоту импульсов соединены соответственно с выходами аналогового ключа и аналогового переключателя.При этом блок управления выполнен на сдвигающем регистре, генераторе импульсов, одновибраторе, формирователе импульсов, элементах И и ИЛИ, выход последнего из которых является вторым выходом блока, первый вход через одновибратор соединен с выходом элемента И, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов и является третьим выходом блока, второй вход обьединен со вторым входом элемента ИЛИ, через формирователь импульсов подключен к первому выходу сдвигающего регистра и является четвертым выходом блока., первым выходом которого является второй выход сдвигаю- щего регистра, первый и второй входы которого является соответственно первым и вторым входами блока.Прототипом является устройство по авт,св, М 1679632 3).Исключение влияния на результат преобразования изменения параметров АЦП, достигается за счет выполнения преобразоЦелью изобретения является повышение точности преобразования,Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый счетчик, преобразователь напряжения в частоту импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления, аналоговый ключ, информационный вход которого является шиной преобразуемого напряжения, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, аналоговый переключатель, первый информационный вход которого является шиной опорного напряжения и обьединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, второй информационный вход соединен с выходом последнего, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого подсоединен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого является первой интерфейсной шиной и соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход ко 40 45 50 55 вания сначала разности Оп = Оо - Ох в частоту 11 = к Ол, а затем напряжения, равного Ого5 б-Ь, в частоту й = 1 О 1, которая преобра 1 о Оп Оо Охзуется в код п 2 -т 2 МДля формирования результата преобразования код п 2 вычитается из кода, равного10 О Ох- - , и получается Х = - - представляющий собой точный результат преобразования Ох в код с квантом й.Но прототип имеет недостаток, состоящий в наличии дополнительных погрешностей, обусловленных измерением Ох тольов течение 11 за вРемЯ пРеобРазованиЯ Тл =11 -+ т 2, длительности которых зависят от величины преобразуемого сигнала.В связи с тем что за время Тг интегрирования Ох выполняется только в течение 11,а в период 2 формируется результат преобразования без измерения О, информация овеличине Ох в течение 12 теряется. Поэтомув АЦП - прототипе будут возникать дополнительные погрешности при измененииОх(с) со скоростью, большей чем квантЙ за Т,Получаемый результат будет соответствовать среднему значению Ох(1) за время с 1,а не за Тл. Величина дополнительной погрешности определяется средним значением переменной составляющей Ох за время3540 45 50 55 торого подсоединен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, а второй вход - с выходом второго элемента ИЛИ, с целью повышения точности, введены управляемый делитель напряжения, аналоговый сумматор, второй счетчик, триггер, регистр, два одновибратора, второй.формирователь импульсов и с второго по четвертый элементы И, первый и второй входы последнего из которых соединены соответственно с вторым и пятым выходами блока управления, а выход - с счетным входом второго. счетчика, вход установки "0" кода которого подсоединен к шестому выходу блока управления, а выходы разрядов - к соответствующим первым входам управляемого делителя напряжения, второй вход которого объединен с первым входом аналогового. переключателя, а выход соединен с первым входом аналогового сумматора, второй и третий входы которого подсоединены к выходам соответственно аналоговых ключа и переключателя, а выход - к информационному входу преобразователя напряжения в частоту импульсов, первые выходы разрядов регистра подключены к соответствующим вторым входам цифроаналогового преобразователя, входы разрядов - к выходам соответствующих разрядов первого счетчика, вход записи кода - к третьему выходу блока управления, а вторые выходы разрядов регистра являются шиной результата преобразования, входы разрядов подключены к соответствующим входам группы входов второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подсоединены к выходам "0" и "1" соответственно первого и второго старших разрядов первого счетчика, входы установки "0" которых соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого соединен со входом записи кода регистра и с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами первого одновибратора, а выходы - соответственно с первым и вторым входами триггера, последний из которых объединен с первым входом второго одновибратора, а выход триггера соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого является второй.интерфейсной шиной и объединен со вторым входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом первого одновибратора, выход первого элемента ИЛИ является третьей интерфейсной шиной, третий вход первого элемента И соединен с первым выходом блока управления,5 10 15 20 25 30 35 второй и третий входы которого являются четвертой и пятой интерфейсными шинами.При этом блок управления выполнен на делителе числа импульсов, триггере, генераторе импульсов, двух формирователях импульсов, двух одновибраторах, двух элементах И и трех элементах ИЛИ, выход первого из которых является третьим выходом блока, первый вход соединен через первый одновибратор с выходом первого элемента И, а второй вход объединен с первым входом первого элемента И, с первыми входами второго элемента И, триггера и делителя числа импульсов и соединен с выходом первого формирователя импульсов, вход которого является первым входом блока, пятым выходом которого является второй вход первого элемента И, который соединен с выходом генератора импульсов, первым выходом блока является первый выход триггера, второй выход которого является вторым выходом блока и соединен со входом второго одновибратора, выход которого является четвертым выходом блока, а второй вход триггера является шестым выходом блока и через второй формирователь импульсов соединен с выходом второго элемента ИЛИ, первый вход которого подсоединен к выходу второго элемента И, второй вход подключен к выходу делителя числа импульсов, второй вход которого соединен с выходом третьего элемента ИЛИ, первый и второй входы которого являются соответственно вторым и третьим входами блока, второй вход третьего элемента ИЛИ объединен со вторым входом второго элемента И,Поставленная цель достигается тем, что в отличие от прототипа результат преобразования получается в каждом Ъ такте работы АЦП с непрерывным интегрированием входного сигнала Охд), Это исключает потери времени 12 на выполнение второго такта работы АЦП и связанные с ними дополнительные погрешности в результате преобразования. Длительность 1 каждого такта равна периоду частоты 11, которая получается при преобразовании специально сформированного сигнала Оц, включающего опорное напряжение Ос и разность преобразуемого .напряжения Ох и напряжения, соответствующего результату преобразования Х;-1, полученному в предыдущем ть 1 такте, Длительностью; преобразуется в код М;, который вычитается из Хь 1, благодаря чему, получают результат преобразования, соответствующий среднему значению Ох(т) за время б,1730722 5 10 20 25 30 35 40 45 50 55 Для исключения влияния на Х дрейфа параметров АЦП с очень низкой частотой или по внешней команде выполняется один такт Ь с преобразованием О 0 в частоту 1 н и 1 н в Мн. Разность п 0 между получаемой величиной Мн и номинальным значением 2 И 0 преобразуется в напряжение О, которое участвует в формировании Оц и позволяет свести к минимуму погрешности для каждого результата ХьНа фиг,1 и 2 приведены блок-схема АЦП и блока управления, на фиг.З дана временная диаграмма их работы,Преобразователь содержит шину 1 преобразуемого напряжения Ох; шину 2 опорного напряжения Оп; шины 3 результата преобразования; с первой по пятую интерфейсные шины 4 - 8, по которым передаются соответственно сигналы о выполняемой настройке, о готовности результата преобразования, о недостоверности этого результата, запрета выполнения настройки и внеочередного выполнения настройки, аналоговый ключ 9, информационный вход и выход которого закорочены при наличии сигнала на управляющем входе; аналоговый переключатель 10, выход которого соединен с первым информационным входом при наличии сигнала на управляющем входе и со вторым входом при отсутствии этого сигнала; преобразователь 11 напряжения в частоту импульсов (ПНЧ); аналоговый сумматор 12; цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13 и управляемый делитель напряжения 14; первый и второй "четчики 15, 16, регистр 17, первый 18 и второй 19 формирователи импульсов, триггер 20, первый 21 и второй 22 одновибраторы; с первого 23 по четвертый 26 элементы И; первый 27 и второй 28 элементы ИЛИ, блок управления 29,Блок управления (фиг.2) содержит триггер 30, делитель 31 числа импульсов, генератор 32 импульсов; первый 33 и второй 34 формирователи импульсов, первый 35 и второй 36 одновибраторы; первый 37 и второй 38 элементы И, с первого 39 по третий 41 элементы ИЛИ,На фиг,З обозначено: импульсы 42 с выхода ПНЧ,11; импульсы 43 с выхода делителя 31; сигналы 44 и 45 на интерфейсных шинах 7 и 8; сигнал 46 с второго выхода триггера 30; сигнал 47 на интерфейсной шине 5; сигналы 48 и 49 на первых выходах одновибраторов 22 и 21; сигнал 50 на интерфейсной шине 4; сигнал 51 на выходе элемента ИЛИ 28; импульсы 52 и 53 - на первом и втором входах триггера 20; сигнал 54 на выходе последнего; сигнал 55 на интерфейсной шине 6. Аналого-цифровой преобразователь содержит шину 1, которая соединена через ключ 9 с вторым входом сумматора 12, шину 2, которая соединена с первыми входами ЦАП 13 и переключателя 10 и с вторым входом делителя 14, шины 3, которые соединены с вторыми выходами регистра 17, шину 4, которая соединена с четвертым выходом блока 29 и с вторым входом элемента ИЛИ 27, шину 5, которая соединена с первым входом элемента ИЛИ 27, с вторым входом 15 одновибратора 22 и с выходом формирователя 18,шину 6, которая соединена с выходом элемента ИЛИ 27, шины 7 и 8, которые соединены с вторым и третьим входами блока 29, первый вход которого подсоединен к выходу ПНЧ 11, вход которого соединен с выходом сумматора 12, первый и третий входы которого подсоединены соответственно к выходам делителя 14 и переключателя 10, второй и управляющий входы которого соединены соответственно с выходом ЦАП 13 и с вторым выходом блока 29, который обьединен с первым входом элемента И 26, первый выход блока 29 подсоединен к управляющему входу ключа 9 и к третьему входу элемента И 23, первый вход которого соединен с пятым выходом блока 29 и с вторым входом элемента И 26, выход которого подсоединен к счетному входу счетчика 16, выходы которого соединены с первыми входами делителя 14, вход установки "0" - с шестым выходом блока 29, третий выход которого подсоединен к входам формирователей 18 и 19, к первым входам элементов И 24 и 25 и к входу записи регистра 17, первые выходы которого соединены с вторыми входами ЦАП 13, а входы разрядов - с выходами соответствующих разрядов счетчика 15 и с группой входов элемента ИЛИ 28, первый и второй входы которого подсоединены к выходам "0" и "1" соответственно первого и второго старших разрядов счетчика 15, входы установки "0" которых соединены с выходом формирователя 19, а счетный вход счетчика 15 соединен с выходом элемента И 23, второй вход которого подсоединен к выходу элемента ИЛИ 28, вторые входы элементов И 24 и 25 соединены соответственно с первым и вторым выходами одновибратора 21, а их выходы соответственно с первым и вторым входами триггера 20, второй вход триггера 20 объединен с первым входом одновибратора 22, выход кото рого подсоединен к входуодновибратора 21, а выход триггера 20 соединен с третьим входом элемента ИЛ И 27.Блок 29 выполнен на триггере 30, делителе 31 числа импульсов, генераторе импульсов 32, двух формирователей импульсов 33 и 34, двух одновибраторах 35 и 36, двух элементах И 37 и 38 и трех элементах ИЛИ 39,40 и 41, причем первый вход блока соединен с входом формирователя 33, второй и третий входы - соответственно с первым и вторым входами элемента ИЛИ 41, последний из которых объединен с вторым входом элемента И 38., первый и второй выходы блока соединены соответственно с первым и вторым выходами триггера 30, последний из которых подсоединен к входу одновибратора 36, третий выход блока соединен с выходами элемента ИЛИ 39, четвертый выход - с выходом одновибратора 36, пятый выход - с выходом генератора 32 и вторым входом элемента И 37, шестой выход - с выходом формирователя 34 и с вторым входом триггера 30, первый вход которого подсоединен к выходу формирова-. теля 33, к первым входам элементов И 37 и 38, к второму входу элемента ИЛИ 39 и к первому входу делителя 31, второй вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ 41, а выход - с вторым входом элемента ИЛИ 40, выход которого подсоединен к входу элемента И 37, первый вход - к выходу элемента И 38, а выход элемента И 37 через одновибратор 35 соединен с первым входом элемента ИЛИ 39,АЦП работает следующим образом. Преобразователь ПНЧ 11 преобразует в частоту сигнал с выхода сумматора 12. Если, например, ПНЧ 11 имеет токовый вход относительно нулевого потенциала, то сумматор 12 можно выполнить на резисторах, подключенных к его выходу и преобразующих входные напряжения в сумматорный входной ток 1 с, который преобразуется в частоту, Импульсы 42 этой частоты поступают в блок 29, где с помощью формирователя 33 из их передних фронтов формируются короткие импульсы, которые подаются на вход делителя 31, имеющего большую величину 1 чф коэффициента деления числа поступающих импульсов, Через значительное время на выходе делителя 31 появляется импульс 43, по которому выполняется такт 1 н настройки АЦП, Проходя через элемент ИЛИ 40, импульс 43 запускает формирователь 34, устанавливающий код "0" в счетчике 16 и в триггере 30, Сигнал 46 с второго выхода последнего разрешает работу элемента И 26 и подключает с помощью переключателя 10 опорное напряжение Оо к сумматору 12,Снятие сигнала с первого выхода триггера30 отключает с помощью ключа 9 напряжение Ох от сумматора 12, Поэтому в течение5 сигнала 46 с выхода последнего на входПНЧ 11 поступает ток 1 н = . которыйОоВпреобразуется в частоту 1 н = В качестве1Сн10 примера можно принять, что ПНЧ работаетна основе компенсации зарядов, В этом случае формируемый в ПНЧ 11 эталонный заряд р компенсируется зарядом от1 н15 преобразуемого сигнала, т,е. р =,1нбвд =1 н"о.Ь, Период ь преобразуется в код йн с использованием частоты. 1 генератора импульсов 32: Мн = Ь 1. который получается всчетчике 16,В АЦП приняты следующие соотношения:Оо=2 От, Ов=йоЬп, Охщ =От- Ь 1==(Л 1 о - 1) й,где Ьп - квант АЦП: О хп, - наибольшаявеличина Ох. Временной квант работы АЦПт = 1/1 выбирается из условия, чтобы приноминальной величине ро величина тно = 1 о- = 2 Кл, т.е. с = со/2 йо, при этом имеет место30 запас, позволяющий уменьшить погрешности временного квантования при преобразовании временных интервалов в коды,В ПНЧ текущее значение р может отличаться от ро из-за временного и температур 35 ного дрейфа параметров. Величина этогодрейфа значительно меньше ро, поэтому1 н.д = со+ тд и Мн - 2 Ко+ пд,Со+1 дпд 2 Мо,ар= Х 1 нбс40оВ связи с этим емкость счетчика 16 имеет величину, равную наибольшему значению пд.После окончания 1 н по коду п в делителе 14 образуется выходное напряжение О=Оопд = пд Ъ т.е. онимеет квант,оравный кванту АЦП.Настройка АЦП состоит в том, что изменение р ПНЧ преобразуется в сигнал О,который используется в качестве корректирующего в процессе дальнейших преобразований. При этом, если выполнятьпреобразование сигнала 1 н,д = - (Оо+ Од)155р о 9в частоту, то для ПНЧ получим1 "Я 1р = Х (Оо +Од)бт = (0 о+Оа)тндоили р = - (2 Ко + пд ) Ьп 1 н.д1При выполнении настройки в ПНЧ 11выполняется равенство:р =Ос(то+тд)= 2 МоЬп(2 йо+п 9)е5Из этих двух уравнений получим1Сн.д = 2 йот = 10 ИЛИ Р = ( Оо + Од ) той 10Такт настройки выполняется по импульсам 43 с очень малой частотой, определяемой временным и температурным дрейфомпараметров АЦП. Выполнение такта настройки может быть запрещено. Для этого 15по интерфейсной шине 7 подается сигнал44, который проходит через элемент ИЛИ 41и выключает на его длительность из работыделитель 31, В АЦП настройка может бытьвыполнена в любое время по сигналу 45 20шины 8, Он разрешает работу элемента И38, через который первый приходящий импульс с выхода формирователя 33, как ранееимпульс 43, включит такт(я. Сигнал 45 проходит также через элемент ИЛИ 41 и устанавливает в исходное состояние делитель31,С окончанием сн импульс формирователя 33 установит в "1" триггер 30, сигнал 46снимается и запускается одновибратор 36, 30который передает в интерфейсную шину 4импульс 50, информирующий о выполненной настроке. Сигнал с первого выхода триггера 30 подключает с помощью ключа 9входное напряжение Ох на вход сумматора 3512, на другие входы которого поданы с помощью переключателя 10 напряжение О свыхода ЦАП 13, так как сигнал 46 на егоуправляющем входе отсутствует, и напряжение Од с выхода делителя 14. Поэтому при 40работе АЦП в каждом такте с ПНЧ 11 выполняется преобразование сигнала 1 = - О 1)+1КО+ Од в частоту б, В ПНЧ 11 компенсациязаряда р происходит током 1 за время ть т.е, 45ч=УО +О +О ас=о--Ох (11 ) + О + Од 1 тгде Охс) - среднее значение Ох(1) за В,501О.(С)= - Х О.(1)Д 1ЪНапряжение О в ЦАП 13 формируется 55 по коду, снимаемому с "0"-х выходов разрядов регистра 17. В этом регистре хранится код Х;-1, полученный в предыдущем такте т 1 преобразования Ох(1). Поэтому в ЦАП 13 выполняется преобразование инверсного кода йо-ХЬ 1 - 1) В НаПряжЕНИЕ, ПрИ ЭТОМ ЦАП 13 имеет на один старший разряд больше числа разрядов регистра 17; а также дополнительный младший разряд с весом, соответствующим кванту ЦАП. и АЦП.На старший и дополнительный младший разряды ЦАП 13 сигналы управления не подаются, т,е, соответствующие им напря 1 Оо жения 2 Оо и Ьп 2 1 Все время2 Ио суммируются с напряжением, получаемым от преобразования инверсного код Х, Поэтому величина О с учетом этого будет равна: О = 2 Оо + Ьп + А ( Мо - Х- 1 - 1 ) =1=Оо - Х - 1 Ьп а условие компенсации зарядов в ПНЧ 11 примет вид Р = - Ох(С)+Оо Х 3 - 1 оп+Од 111Разность Ох; -- О, (1; ) - Х - Ьп представляет собой приращение среднего значения сигнала Щт) за время 1 по сравнению с его значением за 1 ь 1. Используя это значение Ох и выражение для р с значениями Оо, Од и 1 о, можно уравнение компенсации зарядов записать в следующем виде:1 1 р (Оо+Од)то -- (Ох +Оо+Од)1; откуда длительность периода 1 частоты, получаемой на выходе ПНЧ 11, будет равнаСо - х о ОдО х То =. 1 оОх; +О +Од В течение 1 импульсы генератора 32,1 2 Мо имеющего частоту 1 = - = проходят1 о через элемент И 23 на счетный вход счетчика 15, который работает в режиме вычитания, и уменьшают находящийся в нем код Хь 1 на величину й =1 Г 1 О Ко =О +О х +Оо+Од О 12 Ко Ох +Оо+ Од Эту величину можно представить в следующем виде: Ох1 К =2 йо -+пд =2 йо - Х+пд; = =2 Ко - Х(С)+Х - 1 +Пд;Ох Ох 1 где Х= - - - и Х(т) =- числа, соответствующие средним значениям привеличина М = 2 йо, и по окончанию 11 в счетчике 15 и в регистре 17 будет вновь получен код Хь 1 предыдущего такта, Если в Хн имела место погрешность и д 1-1, т.е, Хи = Х(ть 1)- 5 -пд ь 1, то в т эта погрешность будет скомпенсирована, а полученный результат Х будет СООтВЕтСтВОВатЬ СрЕдНИМ ЗНаЧЕНИяМ Ох(Ъ)= = Щ 1) с погрешностью, равной ид 2: е Хн, кот до начала т при вычита ение кода т заем еди а первого и Мо,а емко нчанию 1 чина И большв счетчике 15му в течение Ъойдет уменьшля и далее будеразрядов, весых равны 2 йовна 4 йо. К окополучен код:с = 4 йо+ Х-+ Х(т)- ид; Вели лась поэто произ до ну ших котор 15 ра будет орая находи, а Х(т 1)й нии Ц из Х счетчика 15 ницы из стао- и второго из сть счетчика в счетчике 15 о, -1 д 1 -О=ид; -п 9 По сравнени погрешностиВ общем у иметь место О пдь 1 и ид погрешности равна;д =(Х + и й + Х(а) - Хь 1 - иХ; = Так как в АЦП максимальное значениеХ(Ъ) не должно превышать значения (йо),то код результата преобразования Х = х (а) - ид; будет находиться в младших разрядахсчетчика 15 (во всех разрядах, за исключением двух старших), из которых он записывается в регистр 17. Эта запись кода Х 25осуществляется импульсом, проходящимчерез элемент ИЛИ 39 с выхода формирователя 33, Этот же импульс запускает формирователь 18, выходной импульс 47 которогопередает по шине 5 информацию о получе Онии нового результата преобразования,Для исключения записи в регистр 17недостоверного кода, который может быть вмомент переходного процесса в счетчике 15при совпадении импульса записи с подсчитываемыми импульсами 1, в блок 29 введеныодновибратор 35, элементы И 37 и ИЛИ 39,При совпадении указанных импульсов попереднему фронту импульса с выхода элемента И 37 запускается одновибратор 35, 4 ОЕго выходной сигнал объединяется с импульсом от формирователя 33 и он сдвигаетзапись, кода Х; в регистр 17 на время переходных процессов в счетчике 15.После записи кода Х в регистр 17 с 45помощью формирователя 19 устанавливаются в "О" два старших разряда счетчика 15и тем самым в нем фиксируется код Хь как ив регистре 17. Из последнего код Х передается по шинам 3 результата преобразова Ония,Таким образом, за время в получен результат преобразования Хь соответствующий среднему значению Ох(1) за это время,но с погрешностью ид;,зависящей от средней величины изменения сигнала Оы,Для случая, когда Ох = О, время преобразования этого такта будет равно 1 о и погрешность и Х; будет отсутствовать, а И- 1 + Таким о формироват ответствую щ сигнала Ох( влияет на Ъ д ,которая Взаимо зволяет опр величине Х разования ничи наи 11 пасом м акв 1 ь т ыть ходит только гнала може орость измене- раза выше, так ни ращения в величине сигнала Ох(т) за время1 ь а погрешность и д будет равна;оЛ О +О +О ю с ид ь 1 величина ид 2 этойсущественно уменьшена,сл чае при работе АЦП могутыи Оы а также погрешностив Хи Хь Поэтому величина в а такте работы АЦП будет-+Х+п 91+2 Ко+и 9бразом, в каждом т 1 такте будут ься результаты Хь при этом соие разности средних значений т) за 1 ь 1 и Ъ. т,е, изменение Ою и в Х может быть погрешность зависит от этого изменения, связь Хс погрешностью д; поеделить, например, при какой погрешность результата преобе будет превышать единицы.1:(Х 1 + 1)" Это означает, что при изменении средего значения входного, сигнала за 1 по равнению со средним значением за съ 1 на еличину Ох;н = 1,4 уГЙо А в результате реобразования Х; погрешность д, не будет ревышать одного кванта.Для наихудшего случая, когда в Ъи т 1 апряжение Ох(с) изменяется с одинаковой коростью, ее величина .не должна превы 1ШатЬ - Охъ, ЕСЛИ жЕ ПрИращЕНИЕ ОХ(1)1 о45 Сигнал недостоверности 55 в следую щем 1+1 также будет снят, если Оы+1 не преВЫШаЕт Охъ, КОГда ИМПУЛЬС ЗаПИСИ КОда Х+1 пройдет через элемент И 24 (импульс 52) и установит в "0" триггер 20. 50 В случае, когда импульс 53 формируется в течение сигнала 48, для исключения возможного перекрытия этим сигналом начала нового 11+1 такта импульс 53 устанавливает в "0" одновибратор 22, обеспечивая правильную его работу в 1+1 такте. 55как в этом случае Оы не будет превышатьОхн,Превышение скорости изменения Ох(1) втечение с этих величин приведет к дополнительным погрешностям в результате преобразования Хь В связи с тем, чтодлительность Ъ незначительно отличаетсяот то и эти отличия зависят от величины Ох,то это можно использовать в качестве признака, с помощью которого определяется 10наличие этих погрешностей. Для этого вАЦП введены одновибраторы 21 и 22, триггер 20 и элементы И 24 и 25, с помощьюкоторых формируется информация о наличии этих погрешностей, 15Одновибратор 22 запускается формирователем 18, его выходной сигнал 48 имеетдлительности то 1, которая выбирается из условия, что при совпадении окончания то 1 и 11в Х /д/ 1, По окончании сигнала 48 запускается одновибратор 21, имеющий выходной сигнал 49 с длительностью 102,которая выбирается из условия, что при совпадении окончания то 2 и т в Х также/д/ 1, а при окончании т до или послеэтого сигнала /д/) 1, С окончанием т импульс записи кода Х; в регистре 17 одновременно подается и на входы элементовИ 24 и 25, работа которых разрешается соответственно сигналом 49 и его инверснымсигналом с ",0"-го выхода одновибратора 21,Для рассмотренных случаев /д;/) 1 этотимпульс пройдет через элемент И 25 (импульс 53) и установит в "1" триггер 20, выходной сигнал 54 которого проходит черезэлемент ИЛИ 27 на шину 6 (сигнал 55), информируя о недостоверном результате Х;,По этой шине передаются также сигналы 50 40после выполнения Ь настройки, а также сигналы 47 о временных интервалах, когда имеет место переходной процесс на шинах 3при записи нового кода Х в регистр 17,В АЦП предусмотрено также исключение недостоверного результата преобразования Х 1, который может иметь место при преобразовании Ох = 0 и наличии величины Ох 1Охн, приводящей к отрицательному результату ХО, а также к недостоверному результату Х 1+1, Для этого в АЦП предусмотрен режим останова счета импульсов 1 в счетчике 15 при получении в нем хода Хо, соответствующего Ох = 0 и имеющего "0" во всех разрядах, кроме первого старшего с кодом "1". При достижении этого кода сигнал 51 с выхода элемента ИЛИ 28 снимается и запрещается работа элемента И 23, С окончанием этого такта работы АЦП в регистр 17 будет записан код "0", а импульс формирователя 19 устанавливает в "0" старший разряд счетчика 15 и сигнал с его "0"-го выхода вновь восстанавливает сигнал 51, разрешающий дальнейшую работу элемента И 23 при наличии в счетчике 15 всех кодов, кроме Хо,В АЦП каждый такт с получения Х занимает время, приблизительно равное Ь и соответствующее максимальной частоте работы ПНЧ 11. Это время почти в 3 раза меньше времени преобразования То прототипа. Поэтому при выполнении сравнительной оценки точностных характеристик АЦП с прототипом целесообразно уровнять их времена преобразования 1 о = Тп, Если это реализовать в АЦП, то максимальная частота работы ПНЧ 11 должна быть снижена до величины 1/То, что обеспечивается выбором величины резисторов в сумматоре 12. Соответственно должна быть снижена также частота 1 генератора 32, При этом условии оценка положительного эффекта, получаемого в АЦП, будет занижена, но это упрощает выполнение проводимого сопоставительного анализа,При условии, что и в данном АЦП, и в прототипе скорость изменения Ох(1) за время преобразования одинакова и равна Ох =Ц,- ,погрешности в результате преобраТпзования будут различны. В предложенном АЦП погрешность не будет превышать Ьп, а в прототипе для наихудшего случая при Ох = О, когда Тп = 3 1 о, дополнительная погрешность по напряжению будет достигать величины О д =у О1Скорость изменения Ох(т), при которой в АЦП погрешность не будет превышать1Л п,равна Охн = - 1,4 " Ко Л и1 оОтсюда можно определить величину унраз, р = 10 1 1- н Оо = - 1,4 Мой и при Тп=1 оТ тон =1,4 Й 3 оЬп =0,7Оо оДля этого случая в АЦП по сравнению спрототипом погрешность уменьшена в Р Количественную оценку повышения точности в этом АЦП по сравнению с прототипом для рассмотренного случая можно получить на примере построения 10-разрядного АЦП с Ко = 2, в котором сохранены Тп и Ьо = 2 прототипа. Величинами=0,46Оо2 йо"2 = 14,7, т.е, точность в этом случае будет повышена более чем в 14 раз,Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый счетчик, преобразователь напряжения в частоту импульсов, выход которого соединен с первым входом блока управления, аналоговый ключ, информационный вход которого является шиной преобразуемого напряжения, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, аналоговый переключатель, первый информационный вход которого является шиной опорного напряжения и объединен с первым входом цифроаналогового преобразователя, второй информационный вход соединен с выходом последнего, а управляющий вход - с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом первого формирователя импульсов, выход которого подсоединен к первому входу первого элемента ИЛИ, второй вход которого является первой интерфейсной шиной и соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого подсоединен к первому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика, а второй вход - с выходом второго элемента ИЛИ, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены управляемый делитель напряжения, аналоговый сумматор, второй счетчик, триггер, регистр, два одновибратора, второй формирователь импульсов и с второго по четвертый элементы И, первый и второй входы последнего из которых соединены соответственно с вторым и пятым выходами блока управления, а выход - со счетным входом второго счетчика, вход установки "О" кода которого подсоединен к шестому выходу блока управления,25 30 35 40 45 50 55 а выходы разрядов - к соответствующим первым входам управляемого делителя напряжения, второй вход которого объединен с первым входом аналогового переключателя, а выход соединен с первым входом аналогового сумматора, второй и третий входы которого подсоединены к выходам соответственно аналоговых ключа и переключателя, а выход - к информационному входу преобразователя напряжения в частоту импульсов, первые выходы разрядов регистра подключены к соответствующим вторым входам цифроаналогового. преобразователя, входы разрядов - к выходам соответствующих разрядов первого счетчика, вход записи кода - к третьему выходу блока управления, а вторые выходы разрядов регистра являются шиной результата преобразования, входы разрядов подключены к соответствующим входам группы входов второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подсоединены к выходам "0" и "1" соответственно первого и второго старших разрядов первого счетчика, входы установки "0" которых соединены с выходом второго формирователя импульсов, вход которого соединен со входом записи кода регистра и с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первым и вторым выходами первого одновибратора, а выходы - соответственно с первым и вторым входами триггера, последний из которых объединен с первым входом второго одновибратора, а выход триггера соединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, первый вход которого является второй интерфейсной шиной и объединен с вторым входом второго одновибратора, выход которого соединен с входом первого одновибратора, выход первого элемента ИЛИ является третьей интерфейсной шиной, третий вход первого элемента И соединен с первым выходом блока управления, второй и третий входы которого являются четвертой и пятой интерфейсными шинами.2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что блок управления выполнен на делителе числа импульсов, триггере, генераторе импульсов, двух формирователях импульсов, двух одновибраторах, двух элементах И и трех элементах ИЛИ, выход первого из которых является третьим выходом блока, первый вход соединен через первый одновибратор с выходом первого элемента И, а второй вход объединен с первым входом первого элемента И, с первыми входами второго элемента И, триггера и делителя числа импульсов и соединен с выходом пер