Способ аналого-цифрового преобразования

(51)Н 03 К 13/20 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,К,АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЬ)Й НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(7) Специальное конструкторское бюро вычислительной техники Института кибернетики АН ЭССР(56) . Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л.: Энергия, 1976, с. 46.2Приборы и системы управления, 1979, Р 2, с. 20-22.(54) ),57) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ среднего значения напряжения с весовым интегрированием в ин тервал времени, включающий на первом такте формирование компенсационного напряжения, равного по величине произведению значенИя напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент, на втором такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению ступенчатой весовой Функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент равньп частному от деления суммы ве совых коэффициентов ступенчатой весовой Функции на первый весовой коэффициент, на третьем такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности преобразуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме весовых коэффициентов ступенчатой весовой Функции, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент., о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, осуществляют на четвертом такте дополнительное интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения ком пенсационного напряжения на второй весовой коэффициент, и сигнапа, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертый.весовой коэффициент, равный сум-ме третьего весового коэффициента, и произведению разности третьего весового коэффициента и среднего весового 1 коэффициента ступенчатой весовой функции, на частное от деления интервалов времени второго такта на интервал времени четвертого такта.Изобретение относится к аналогоцифровому преобразованию и может найти применение в измерительно-вычислительных комплексах, информационноизмерительных системах и в приборахдля преобразования среднего значениянапряжения в код,Известен способ аналого-циФровогопреобразования среднего значения,содержащего аддитивную периодическуюомеху в интервал времени, основанй на двухтактном интегрировании,где входное напряжение интегрируется с прямоугольной весовой функ,цией Ц .Известньп способ характеризуетсянедостаточным подавлением аддитивнойпериодической помехи в условиях нестабильности периода этой помехи,что вызывает дополнительную погрешность преобразования, обусловленнымтем, что преобразуемое напряжение интегрируется с прямоугольной весовойфункциейНаиболее близким к предложенному является способ интегрирующегоаналого-цифрового преобразованиясреднего значения напряжения, содержащего аддитивную периодическую помеху, в интервал времени, которыйпозволяет уменьшить погрешность преобразования, обусловленную этой помехой, за счет повышения помехоподавления. Способ основан на интегрировании преобразуемого напряжения соступенчатой весовой функцией, позволяющей увеличить подавление аддитивной периодической помехи 21.Цель изобретения - повышение точности.Это достигается тем, что при осуществлении способа аналого-циФровогопреобразования среднего напряженияс весовым интегрированием в интервал времени, включающего на первомтакте формирование компенсационногонапряжения, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент; на втором такте - интегрирование сигнала, равного произведениюступенчатой весовой функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля,и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компен"сационного напряжения на второйвесовой коэффициент, равный частному от деления суммы весовых коэффициентов ступенчатой весовой функции на первый весовой коэффициент,на третьем такте - интегрирование5 сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности пре"образуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме ве 1 О совых коэффициентов ступенчатой весовой функции, и интегрированиесигнала, равного по величине произведению значения компенсационногонапряжения на второй весовой коэф 15 фициент, осуществляют на четвертомтакте дополнительное интегрирование сигнала, равного по величинепроизведению значения компенсационного измерения на второй весовой20 коэффициент, и сигнала, равного повеличине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертыйвесовой коэффициент, равный сумметретьего весового коэффициента и про 25 изведение разности третьего весового коэффициента и среднего весовогокоэффициента ступенчатой весовой функции на частное от деления интервалов времени второго такта на интерЗ 0 вал времени четвертого такта.Уравнение преобразования, соответствующее предлагаемому способу, имеет вид2 ъ35, О(Цйе,Цйе,де,И41,1,Й 0,1,40 э14 - Сз= Тм.После интегрирования уравнения (1)получают45 Б 1;Тц + еРТ+ е 1 Т +Из уравнения (2) вытекает условиедля выполнения преобразования без50 погрешности(3)Слева от знака равенства при е,55 стоит среднее значение коэффициентапреобразования напряжения дрейфа нуля за время Т ц + Т + Т, а справапроизведение коэффициентов преобразования такта Т и компенсационного напряжения Ц. Устанавливая К К=КэЯ.ъК и преобразуя уравнение (3), можно найти значение весового коэффициента К , который нужно устанавливатьо фдля обеспечения условия (3)К = - (К - К ) г (4)о Т Е 0 еВеличины К, К , Т являются заданными по виду используемой весовой функции, следовательно, весовой коэффициент К ,можно однозначно оноределить для любого выбранного Т.Подставляя уравнение (4) в уравнение (2) и учитывая выбранное К х К= К ., после ряда преобразований получаютТ: ", Йй,. Т (5)ХТаким образом, результат преобразования не зависит от аддитивного напряжения дрейфа нуля е.На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для осуществления предложенного способа,Устройство содержит источник 1 образцового напряжения, коммутатор 2, усилитель 3, первый управляемый магазин 4 проводимостей, интегратор 5, нуль-орган 6, блок 7 коррекции нуля, второй управляемый магазин 8 проводимостей и блок 9 управления.На вход 1 О коммутатора 2 подается преобразуемое напряжение 11, к входам 11 и 12 подключен источник 1 образцового напряжения, а к входу 13- нулевой потенциал, Коммутатор 2 соединен с блоком 9 управления посредством шины 14. Выход коммутатора 2 подключен к входу усилителя 3, выход которого соединен с первым входом 15 первого управляемого магазина 4 проводимостей и с первым входом 16 второго управляемого магазина 8 проводимостей. Второй вход 17 магазина 4 и второй вход 18 магазина 8 подключены к нулевому потенциалу. Магазин 4 соединен с блоком 9 управления посредством шины 9. Выходы магазина 4 и магазина 8 проводимостей подключены к входу 20 интегратора 5, выход которого соединен с входом 21 нуль-органа 6, другой вход 22 которого подключен к нулевому потенциалу. Выход нуль-органа 6 подключен к входу блока 7 коррекции нуля и к блоку 9 управления, которая посредством шин 23 и 24 связана 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 с магазином 8 проводимостей и блоком 7 коррекции нуля, выход которой подключен к входу 25 интегратора 5. Блок 9 управления имеет выход 26 для кода преобразуемого напряжения 11,Управляемый магазин 4 проводимостей состоит из набора резисторов, одни концы которых соединены вместе и подключены к входу 20 интегратора 5 с весами, пропорциональными амплитудам весовых коэффициентов весовой функции.Вторые концы каждого резистора посредством пар ключей подключены к двум входам 15 и 17 магазина 4 проводимостей. Второй магазин 8 проводимостей устроен аналогично и служит для формирования требуемого весового коэффициента К на такте То. фУстройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.В исходном состоянии устройство находится в режиме коррекции нуля. В начале такта Т коррекции нуля блок 9 управления вырабатывает команды, которые, поступая по шинам 14 23, 24 и 19 соответственно, подключают вход усилителя 3 через вход 13 коммутатора 2 к нулевому потенциалу, подключают вход 18 магазина 8 к нулевому потенциалу, подключают выход нуль-органа 6 к блоку 7 коррекции нуля, подключают управляемый магазин 4 проводимостей через вход 15 к выходу усилителя 3, при этом к выходу усилителя 3 подключают все резисторы магазина 4, обеспечивая условие равенства КХ = Кх/КкБлок 7 коррекции нуля вырабатывает компенсационное напряжение П, фор-, мируемое на этом такте, которое в последующих тактах Т Т , Т 1,) подается на вход 25 интегратора 5 с неизменным весовым коэффициентом К, компенсируя дрейф смещения нуля усилителя 3, интегратора 5 инуль-органа 6. Неизменность весовопо коэффициента К достигается тем, что на тактах Тв, То и Т суммарная проводимость со стороны входа интегратора не изменяется, так как все резисторы магазина 4 и магазина 8 всегда подключены либо к нулевому потенциалу, либо к выходу усилителя 3.Такт интегрирования Тц преобразуемого напряжения Б начинается по командам запуска, вырабатываемым бло"каз 8128/2 Тираж 871 Подписное иал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 5 11609 ком 9 управления, которые, поступая по шине 24, отключают выход нуль-органа 6 от блока 7 коррекции нуля; поступая по шине 14, подключают преобразуемое напряжение Ц через вход 10 коммутатора 2 к входу усилителя 3; поступая по шине 19, формируют в течение такта Т в магазине 4 проводиЧмостей весовую функцию 8(С) таким образом, что в ходе такта Т все ре О эисторы магазина 4 подключены на выход усилителя 3 на одинаковое время, а в остальное время в этом же такте они подключены к нулевому потенциалу.По окончании такта Тч начинается 15 такт Т дополнительной коррекции аддитивного напряжения смещения е 1. Для этого блок 9 управления вырабатывает команды, которые, поступая по шине 14, через вход 13 коммутатора 2, 20 подключают вход усилителя 3 к нулевому потенциалу поступая по шине 19, подклочают все резисторы магазина 4 к выходу усилителя 3; поступая по шине 23, подключают вход 16 второго 25 магазина 8 проводимостей к входу усилителя 3. Таким образом, весовой коэффициент д в этом такте образуется как сумма проводимостей магазина 4 и магазина 8. 30По окончании такта То в начале такта Тпо состоянию нуль-органа 6 блок 9 управления определяет полярность напряжения 0 и одновременновырабатывает команды, которые, посту" З 5 пая по шине 14, подключают через коммутатор 2 вход усилителя 3 к источнику 1 образцового напряжения Цо, полярность которого противоположна 20 Ьинтегральному значению напряжения ц, поступая по шине 23 подключают вход 18 магазина 8 к нулевому потенциалу. Магазин 4 проводимостей полностью остается подключенным к выходу усилителя 3, тем самым выполняя условие д = 0 , Такт Т продолжается до тех пор, пока напряжение интегратора 5 не достигнет уровня срабатывания нуль-органа 6. Момент изменения состояния нуль-органа 6 фиксируется блоком 9 управления, и с этого момента по соответствующим командам начинается новый цикл преобразования. В течение такта Т, длительность которого пропорциональна преобразуемому напряжению 11, блоком 9 управления подсчитываются импульсы от кварцевого генератора, входящего в состав блока 9. В результате этого к концу такта Т на выходе 26 образуется код, соответствующий величине преобразуемого напряжения Ц.Таким образом, данный способ позволяет получить технико-экономический эффект, заключающийся в следующем:во-первых, способ обеспечивает высокую точность преобразования, поскольку на результат преобразования не влияет напряжение смещения е и его дрейф;во-вторых, при реализации способа в устройстве можно применить упрощенные схемные решения, а также дешевые и сравнительно нестабильные и неточные элементы (например, при построении входного усилителя).