Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 3(ЯЭ Н 03 К 13 20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ(71) Пензенский политехнический институт(56) 1, Смолов В.Б. и др. Время-импульсные вычислительные устройства, 1968, с, 15-16рис9.2. Авторское свидетельство СССР 9 567206, кл. Н 03 К 13/20 1974 (прототип) .(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий двухвходовый интегратор, первый вход которого соединен с входным зажимом устройства, авторой - с выходом ключа, вход которого подключен к выходу источника БЬ Ы 2 МЫ. Д образцового напряжения, а управляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу аналоговой ячейки памяти, а второй вход - к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем управляющие входы аналоговой ячейки памяти и генератора линейно-изменяющегося напряжения подключены к выходу генератора тактовых импульсов, о т л и ч а ю щ и й - с я тем, что, с целью повышения точности и помехоустойчивости, в него введен трехвиодовый интегратор, выход которого подключен к входу аналоговой ячейки памяти, первый входсоединен с выходом двухвходового интегратора, а второй и третий входы соединены с соответствующими входамн двухвходового интегратора.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании цифровых измерительных приборон.Известны интегрирующие аналогоцифровые преобразователи (АЦП), имею щне замкнутую структуру, характеризующиеся высокой точностью и помехоустойчивостью. Принцип действия таких преобразователей основан на методе преобразования со сравнением, (О причем для повышения помехоустойчивости входная величина интегрируется эа фиксированный интервал времени, равный циклу преобразования (Т). Результат интегрирования н частном 15 цикле преобразуется но временной интервал Т путем сравнения с раз - нертынающей функцией. Преобразование интервала времени Т н цифровой код выполняется цифровым измерителем временного интервала,Высокая точность преобразования обеспечивается, введением импульснойотрицательной обратной сняэи (ИОС),которая реализуется путем формирона-, йия импульсов обратной снязи с вольт- секундной площадью, пропорциональной интервалам времени Т, В установившемся режиме среднее значение входного напряжения и напряжения обратной связи равны. Тем самым обеспечивается высокая точность, определяемая н конечном итоге точностью задания вольт-секундной площади импульсон обратной связи, которая при использовании широтно-импульсной моду ляции может быть реализована с высокой точностью.Высокая помехоустойчивость, как указывалось выше, достигается за счет интегрирования входного напря жения за цикл преобразования Тц.При выполнении условия кратности цикла преобразования Т периоду помехи Тьт.е Т-.вТ45где т:1, 2,Т - номинальное значение периоп,нда помехи, происходит полное подавление помехи 11(,Недостатком подобных интегрирующих аналого-цифровых преобразователей является то, что отклонение периода помехи от номинального (среднего) значения приводит к резкомууменьшению помехоустойчивости, таккак не выполняется условие кратности55циклареабраэонания периоду помехи,Если Тд- (1 - Е) Тд цгде Е - относительное отклонение периода помехи от номинальногозначения, то помехаустойчивость равнаР Е )- " - 20Как нидно иэ формулы отклонениен 1/, (С 0,01) снижает помехоустойчивость до 40 дБ, 65 Как укавыналось выше, интегрирую" щие аналого-цифровые преобразователи с замкнутой структурой характеризуются высокой статической точностью,: однако им свойственна динамическая погрешность, обусловленная интегрированием входной величины эа цикл преобразования. Эта погрешность может быть оценена па формуле 1где 1 - частота входного сигнала;Я=О,Тц- относительная частота вход-.ного сигнала.Как видно иэ формулы, динамичес"кая погрешность убывает па мере уменьшения Т и 1, но минимальное значение Т определяется периодом помехиТд, поэтомУ ,заданную динамическую .погрешность можно получить толькопутем уменьшения верхней частотывходного сигнала 1 , Так, например, при 1 с: 1/6 Т динамическаяпогрешность у4, Наличие динамической погрешности значительна сужа"ет абласть применения подобных АЦП,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяаналого-цифровой преобразователь,содержащий двухвходавый интегратор,первый вход которого соединен с входным зажимом устройства, а второй - сныходом ключа, вход которого подключен к выходу источника образцовогонапряжения, а управляющий нход ключа и вход цифрового измерителя интерналон времени подключены к выходукомпаратара, перный вход которогоподключен к выходу аналагонай ячейки памяти, а второй вход - к выходугенератора линейка-изменяющегосянапряжения, причем управляющие входыаналоговой ячейки памяти и геиератора линейно-изменяющегося напряженияподключены к выходу генератора тактовых импульсов (2).Присущие интегрирующим АЦП методическая динамическая погрешность иснижение помехоустойчивости при неравенстве периода помехи циклу преобразования свойственно и устройству-пратотипу, что является его недостатками.Цель изобретения - повышение точности и помехоустойчивостиПоставленная цель достигаетсятем, что н аналого-цифровой преобразователь, содержащее днухнходоныйинтегратор,ерный вход которогосоедйнен с входным зажимом устройства, а второй - с выходом ключа,вход которого подключен к выходу источника образцового напряжения, ауправляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интерналон времениподключены к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу аналоговой ячейки памяти, а второй вход к выходу генератора линейно-изменяющегося напряжения, причемуправляющие входы аналоговой ячейки 5памяти и генератора линейно-изменяю-,щегося напряжения подключены к выхо- .ду генератора тактовых импульсов,введен трехвходовый интегратор, выход которого подключен к входу аналоговой ячейки памяти, первый входсоединен с выходом двухвходового интегратора, а второй и третий входысоединены.с соответствующими входамидвухвходоного интегратора, 5На фиг. 1 представлена структурная схема преобразователя; нафиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,Аналого"цифровой преобразовательсодержит источник 1 образцовогонапряжения, ключ 2, двухнходовыйинтегратор 3, аналоговую ячейку 4памяти, компаратор 5, цифровой измеритель 6 интервалов времени, генера, тор 7 тактовых импульсон, генератор 8 линейно-изменяющегося напряжения, тнехнходоный интегратор 9,Вход двухвходоного интегратора 3соединен с входным зажимом устройства, а другой с выходом ключа 2, входкоторого подключен к выходу источника 1 образцового напряжения, ауправляющий вход ключа 2 и вход цифрового измерителя б интервалов времени подключены к выходу компаратора 5, первый вход которого подключенк выходу аналоговой ячейки 4 памяти,а второ,1 вход к выходу генератора 8линейно-изменяющегося напряжения,причем управляющие входы аналоговой 40ячейки 4 памяти и генератора 8 линейно-иэменяющегося напряжения подключены к выходу генератора тактовыхимпульсон. Выход трехнходоного интегратора 9 подключен к входу аналоговой ячейки 4 памяти, один из входонсоединен с выходом днухвходоногоинтегратора 3, а дна других входасоединены с соответствующими входамидвухвходового интегратора 3.50Рассмотрим работу АЦП при скачкообразном входном воздействии и нулевых начальных условиях на интеграторах,На фиг, 2 представлены соответствующие временные диаграммы работы АЦП,В течение первого цикла работы напряжение на выходе интегратора 3 нарастает линейно и н конце цикла примет значение60ТО Ф= - "где т, - постоянная времени интегра-тора 3, 65 Напряжение на выходе интегратора 9 в первом цикле преобразования будет изменяться под действием нходного напряжения О и ьыходного напряжения интегратора 3ъ 0О,Т ОтОц Ь 1 фф 72/л ф 2 л л"2 "2Т2 "1 2 где с 2 - постоянная времени интегратора 9;Ж - весовой коэффициент.Примем 1 2 тц "О, Г 11="2Оц 1 =(0,5+И) ОНапряжение Мц 2 (.1( записывается н конце цикла преобразования в аналоговую ячейку 4 памяти. Одновременно с моментом записи осуществляется запуск генератора 8 линейно изменяющегося напряжения, которое посредством компаратора 5 сравнивается с напряжением, хранящимся в ячейке 4. Линейно-изменяющееся напряжение увеличивается в течение первой полонины цикла от нуля до напряжения Оо и уменьшается от ц до нуля во вто" рой половине, благодаря этому на вход цифрового измерителя 6 интервалов нремени в начале и конце цикла поступают равные интервалы времени, пропорциональные напряжению с выхода ячейки 4 памяти. Совокупность аналоговой ячейки 4 памяти, компаратора 5, генератора 7 тактовых импульсов, генератора 8 линейно изменяющегося напряжения осуществляет преобразование н интервал времени Т мгновенных значений напряжений интегратора 9, относящихся к фиксированным моментам, отстоящим друг от друга на интервал нремени Т, т.еОц И-Т,Я= ТВогде о - номер цикла.Во нтором цикле преобразования на соответствующие входы интеграторов 3 й 9 поступает опорное Напряжение цо источника 1 опорного напряжения на время Т н начале и в конце цикла, Эта операция осуществляется посредством ключа 2. Напряжения на выходах интеграторов 3 и 9 к концу второго цикла работы без учета обратной связи будут равныОц, 2 =2 О, Оц 21 2(1+1)0Поскольку во втором цикле действует напряжение обратной связи, то2 О,Т СчТИ 2 Т С4" ТЬгде ( - весовой коэффициент