Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования

(54) СПОСОБ ИНТЕГРИРУЮШЕГО АНАЛОГОЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Способ основан на осуществлении в первом цикле преобразованияинтегрирования входного напряженияв течение образцового интервала времени с последующим интегрированиемэталонного напряжения до момента достижения им значения заданного порогового уровня и формировании выходногокода. Для достижения цели введен вто.М.Шлянди ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВ рой цикл преобразования, аналогичный первому, при этом в первом цикле после достижения значения заданного порогового уровня осуществляют интегрирование нулевого напряжения до заданного момента времени, начиная с которого в каждом из последующих пар одинаковых интервалов времени длительностью Т, где Т - фиксированный интервал времени, 1)1, ш - номер пары (ш = 0,1,2,.и), интегрируют опорное напряжение с полярностью, противоположной эталонному напряжению в течение Е-й части фиксированного интервала времени, затем интегрируют эталонное напряжение, уменьшенное в)И+ 1К раз, до достижения значения заданного порогового уровня с последующим интегрированием нулевого напряжения, а в качестве входного напряжения во втором цикле преобразования используют нулевое напряжение, причем при формировании .выходного кода результат преобразования находят как разность интервалов времени интегрирования эталонного напряжения в пер" ом и втором циклах. 3 ил.Изобретение относится к электро- измерительной технике и предназначено для создания высокоточных аналого" цифровых преобразователей постоянного напряжения.5Цель изобретения - повышение точности и чувствительности преобразования.На фиг,1 изображена временная диаграмма процесса преобразования;10 на фиг.2 - аппаратурная реализация способа; на фиг.3 - устройство управления.Способ осуществляется следующим образом.15В первом цикле Т, в течение образцового интервала времени Т, интегрируют входное напряжение П,. (совместно с собственным напряжением смещения е, определяемым используемой элементной базой), по окончанию Т, интегрируют эталонное напряжение Ц, (также совместно с ) до момента равенства интегрального значения напряжения пороговому уровню Б. С этого момента до окончания заданного интервала времени В интегрируют только напряжение смещения е. Длительность заданного интервала времени выбирают такой, что при варьировании Б в максимально предвидимых пределах обеспечивается достижение интегрального значения напряжения порогового уровня П в течение этого интервала 6. По прошествии заданного интервала 35 времени 6 в каждом из последующих пар одинаковых интервалов времени длительностью ТК ", где Т - фиксированный интервал времени; К)1; ш = = 0,1,2. п - номер пары одинако вых интервалов времени, интегрируют опорное напряжение Е (полярность, . этого напряжения противоположна полярности эталонного напряжения По) в течение интервала времени ,сТК , 45 После окончания интервала дТ о интегрируют эталонное напряжение БИо уменьшенное в К раз, до достижения . интегральным значением напряжения порогового уровня Ц" с последующим ин тегрированием только напряжения смещения г в течение оставшейся части указанных пар одинаковых интервалов времени. На Фиг.1 изображен процесс преобразования для К = 2 и ш = 1,2. 55Процесс преобразования в первом и втором циклах с учетом влияния напряжения смещения описывается следующими. выражениями;(Т-К Т)+-дС+-Т +е 1. 1 е е1 п.БоЕ ПоТ 1 и + - ,;Т - -С 2 п+ - с. - (Т +о л Ке е,1 + Тщ) = ПРезультат преобразования Т находят как разность интервалов эталонного напряжения в первом и втором циклах: Оу е и Т - Т -- (Т -Т, ). 11 о П щ 2о оХарактерной особенностью способаявляется отсутствие влияния нестабильных величин (у известного способаи пороговое напряжение) на результат напряжения, а также отсутст"вие аддитивной погрешности.Чтобы убедиться в последнем, достаточно записать выражение приП= О. Тогда в первом и второмциклах все интервалы интегрированияэталонного напряжения попарно равны,что превращает выражение в тождество0= О,Устройство, реализующее способ,содержит источник 1 эталонного напряжения, ключи 2-7, интегратор 8,устройство 9 управления, генератор10 опорной частоты, устройство 11сравнения, источник 12 опорного напряжения, источник 13 порогового напряжения, причем входы ключей 2-7 соединены с источником преобразуемогонапряжения выходами Бо, Б /К, Цо/К 2источника 1 эталонного напряжения,общей шиной и источником 1 опорногонапряжения соответственно, выходыключей 2-7 связаны с входом интегратора 8, выход последнего с первымвходом устройства 11 сравнения, второй вход которого соединен с источ-ником 13 порогового напряжения, а выход с вторым входом устройства 9 управления, выходы последнего соединены с управляющими входами ключей 2-7и входом "Сброс" интегратора 8, выход генератора 10 опорнойчастотысвязан с первым входом устройства 9управления.Работа устройства иллюстрируетсявременными диаграммами (фиг.1), где= ИГ где И - емкость счетчика 29.Результат преобразования получают ввиде кода в счетчике 29 путем суммирования импульсов частоты Г в течение времени интегрирования эталонного напряжения. Направление суммирова. -ния (сложение или вычитание) определяет управляющий сигнал с выходатриггера 15. Состояние старшего разряда счетчика 29 однозначно определяет полярность П. Поскольку в счетчике 29 осуществляется суммированиенепримыкающих интервалов времени,то с целью исключения накопления погрешности квантования все интервалывремени в первом и втором циклах квантуются импульсами частоты Г . 3 1358 показано изменение напряжения на выходе интегратора 8. Устройство 9 управления осуществляет формирование всех управляющих сигналов, а также формирование результата в соответст вии с алгоритмом.В первом цикле Т, замыкается ключ 2 и в течение интервала времени Т, интегрирует Б (напряжение смещения Р устройства интегрируется в течение 10 всего времени преобразования незави" симо от величин, подключаемых на вход). Затем замыкается ключ 3 и интегрирует эталонное напряжение Б, до момента достижения выходным напряжением интегратора 8 порогового уровня П. С этого момента и до окончания заданного интервала 6 замыкается ключ 6, при этом интегрируют собственное напряжение смещения (нулевое 20 напряжение), По истечении интервала В замыкается ключ 7 и в течение времени в, интегрируют опорное напряжение Е. После чего через ключ 4 подключает на вход интегратора 8 эталонное напряжение Б /К. Его интегриорование продолжают до момента достижения выходным напряжением интегратора 8 порогового уровня О с последующим интегрированием напряжения смещения. По прошествии первого фиксированного интервала Т опять замыкают ключ 7 на время дС, и повторяют все указанные операции. Затем аналогичные действия повторяют с эталонным напря- З 5 жением Б /К, причем на интервале времени длительностью, равной Т.Во втором цикле повторяют всю последовательность действий первого цикла при отключенном преобразуемом 40 напряжении (на интервале Т, замкнут ключ 6).Устройство 9 управления содержит счетчик 14, триггер 15, с помощью которых осуществляется формирование 45 циклов преобразования Т и Т, дешифраторы 16-21. формирователь 22 импульсов по концу каждого цикла формирует импульс сброса интегратора 8. Дешифраторы 16-21 предназначены для 50 выделения интервалов времени в соответствии с обозначениями (фиг.3). Триггера 23-26, элементы И 27 и 28, счетчик 29 и логические элементы 30- 34 осуществляют формирование управля ющих сигналов на ключи 2-7, Устройство управления также содержит блоки 35 и 36. На логическом элементе 37, триггере 38 и счетчике 39 собран форФормула изобретенияСпособ интегрирующего аналогоцифрового преобразования, основанный на осуществлении в первом цикле преобразования интегрирования входного напряжения в течение образцового ин" тервала времени с последующим интегрированием эталонного напряжения до момента достижения им значения заданного порогового уровня и формированием выходного кода, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, введен второй цикл преобразования, аналогичный первому, при этом в первом цикле после достижения значения заданного порогового уровня осуществляют интегрирование нулевого напряжения до заданного момента времени, начиная с которого в каждой из последующих пар одинаковых интервалов времени длительностью Т К , где Т - фиксированный интервал времени; К)1; ш - номер пары (ш = 0,1,2п), интегрируют опорное напряжение полярностью, противоположной эталонному напряжению, в течение К-й части фиксированного интервала времени, затем интегрируют эталонное напряжение, уменьшенное в К раз, до достижения значения заданного порогового уровня с последующим интегрированием нулевого напряжения, а в качестве входного напряжения во втором цикле преобразования используют нулевое напряжение, причем при формировании выходного кода результат преобразования находят, как разность интервалов времени интегрирования эталонного напряжения в первом и втором циклах.1358095 Ун иг Составитель Н,Коз Техред .М. Ходанич Коррек актор Н,Бобкова ксимишинец Заказ 600 ВНИИ п 3035, роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Тираж 900 осударственного лам изобретений ква, Ж, Раушс Подписноомитета СССРоткрытийая наб д, 4/5