Аналого-цифровой преобразователь с компенсационным интегрированием

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ЦИАЛИСТИЧЕСНИХСПУБЛИН 1)4 ЕТЕ ПИСА ЕПЬСТВУ(21) 4121096/24-24 (22) 19,09.86 (46) 23.10.88. Бюл (72) Л,А.Деми (53) 681.325( (56) Разверты В.Л,Славинско ис. 2-4. Проектиров е опера Грэма9-14. АЗОВА- ИРОВАменен ние иелей./375 ЦИФРОВОАЦИОН ционных усили и др., 1974, (54) АНАЛОГО 7, рис ПРЕОБР ИНТЕГ о-ц ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ И АВТОРСКОМУ СВ дов088.8)вающие системы./Под редга, 1976, с, 197-207,ТЕЛЪ С КОМПЕНС НЫ 1"1 РНИЕИ(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия припреобразовании малых аналоговых сигналов. В состав анапог ифровогопреобразователя (АЦП) с компенсационным интегрированием входят последовательно соединенные интегратор (И),компаратор (К) и цифровое счетноеустройство (ЦСУ). Преобразование происходит за два такта. В первом тактеИ интегрирует ток с источника входного сигнала отрицательной полярности,При этом его выходное напряжение возрастает. Во втором такте И интегрирует ток с источника опорного напряжения положительной полярности. Приэтом выходное напряжение И убывает,К определяет момент его прохождениянулевого уровня и выдает сигнал навход ЦСУ. В результате в .ЦСУ оказывается записанным код, пропорциональный входному напря кению. Для повыше ния чувствительности и точности работы К вь 1 полнен в виде паследовате.,н . соединенных первого и второго о:; ционных усилителей (ОУ). Когда напряжение на выходе И меньше нулевого уровня, на выходе первого ОУ форюгруется сигнал большой величшщ отрп - цательной полярности. Этот сигнал, поступая на базу первого входного биполярного и - р - и-транзистора дифференциального входного каскада второго ОУ, запирает его. При этом второй входной биполярный транзистор этого каскада открывается. Через его базу, являющуюся вторым входам кампаратора, начинает протекать так, В первом такте этот ток на входе И сум"мируется с током с источника хадного сигнала. Это приводит к повышении быстродействия АЦП особенна при пре образовании малых входных сигналов за счет сокращения времени перезаряда конденсатора И от исходного уровня до нулевого. Когда напряжение на ф выходе И превышает нулевой уровень, 4 аЬ сигнал на выходе первого,ОУ достига- ф 4 ет высокого уровня положительной по-лярности. При этом первый транзистор ,1 дифференциального каскада второго ОУ полностью открывается, а второй за счет обшей эмиттерной связи запирается, Ток на базе последнего падает да нуля, т.е. атключаегся от входа И, что исключает влияние связи между входом И и вторым входом К на резульл тат преобразователя. В результате поала вышается быстродействие АЦП без увеличения погрешности преобразования, 1 з.п. ф-лы, 2 ил.Изобретение относится к электроизмерительной технике.Цель изобретения - повышение быстродействия нри преобразовании малых5входных напряжений,Ка фиг, изображена структурнаясхема АЦП; на фиг.2 - временные диаграммы выходных сигналов элементовпреобразователя. 10Преобразователь содержит источник1 опорного напряжения, переключатель2, токоограничивающий элемент (резистор) 3, интегратор 4, компаратор 5,элемент И 6, импульсный генератор 7,счетчик 8. Интегратор 4 выполнен наоперационном усилителе 9, накопительном элементе (конденсаторе) 10 и дио"де 11, а компаратор - на операционном усилителе 12, двух резисторах 13 20и 14 и операционном усилителе 15, состоящем из двух биполярных и - р - итранзисторов 16 и 17, генератора 18тока, элемента 19 нагрузки, выходного усилителя 20. 25Преобразователь работает следующимобразом.При поступлении импульса (фиг,2,диаграмма 21) на клемму "Запуск" всеразряды счетчика 8 принимают нулевое 30значение. Сигнал с выхода старшегоразряда счетчика 8, поступая на управляющий вход переключателя, подключает к входу интегратора 4 через резистор 3 входное напряжение отрицательной полярности с клеммы "Вход".Временная диаграмма тока на входе интегратора обозначена позицией 22.Напряжение на выходе интегратора4 начинает увеличиваться от уровня 0ограничения, равного падению напряжения на диоде 11. При этом вследствиетого, что выходное напряжение интегратора 4, поступающее через резистор13 на неинвертирующий вход первогооперационного усилителя 12 компаратора 5, меньше нулевого потенциала наинвертирующем входе первого операционного усилителя 12, выходной сигналпоследнего (фиг,2, диаграмма 23) принимает максимальное значение отрицательной полярности. Этот сигнал поступает через резистор 14 в базовуюцепь первого биполярного и - р - итранзистора операционного усилителя 15.55Неинвертирующий вход операционного усилителя 9 подключен к шине нулевого потенциала, поэтому за счетохвата его через конденсатор 10 отрицательной обратной связью потенциал на его инвертирующем входе близок к нулевому. Этот лотенниал, поступал на базу второго транзистора 17 операционного усилителя 15, формирует ток через переход база-эмиттер, генератор 18 тока к клемме отрицательного потенциала. Базовый ток 1 второго транзистора 17 (фиг.2, диаграмма 24) протекает от входа интегратора 4 к второму входу компаратора 5. Его направление совпадает с направлением тока 1, протекающего через резистор 3, В результате ток на выходе интегратора 4 1 о, а следовательно, и ток заряда конденсатора (фиг.2, диаграмма 25) определяется выражением 1 ц 1 + 1. Это сокращает "мертвое" время работы АЦП, т.е. время переэаряда конденсатора 10 интегратора 4 от уровня ограничения до уровня срабатывания компаратора 5 при малых входных сигналах, и делает его конечным для нулевого входного напряжения.При достижении выходным напряжением интегратора 4 (фиг.2, диаграмма 26) нулевого уровня сигнал на выходе операционного усилителя 12 компаратора 5 эа счет большого коэффициента усиления принимает максимальное значение положительной полярности. Этот сигнал, поступая через резистор 14 на инвертирующий вход операционного усилителя 15, те, в базовую цепь первого биполярного и - р - и-транзистора операционного усилителя 15, вводит его в насыщение. При этом за счет отрицательной обратной связи через общую эмиттерную цепь второй биполярный и - р - и-транзистор запирается. Входной ток этого транзистора, т.е, ток неинвертирующего входа операционного усилителя 15, прекращает протекать, так как от входа интегра - тора отключается ток с второго входа комиаратора 5, При этом интегратор 4 начинает интегрировать только ток с источника входного сигнала.Выходной усилитель 20 усиливает сигнал с элемента 19 нагрузки коллекторов транзисторов 16 и 17 операционного усилителя 15 и за счет высокого коэффициента усиления повышает точность момента срабатывания компаратора 5, Сформированный на его выходе положительный сигнал поступает на один из входов элемента И 6 и снимает блокировку прохождения импульсонс выхода импульсного генератора 1 навход счетчика 8, Причем это происходит после момента отключения токавторого входа компаратора 5 отвхода интегратора 4, так каксигнал на выходе операционногоусилителя 15 изменяется после из-.менения сигнала на его входе. Поэтому цепь формирования заряда конденсатора 10 от уровня ограничения выходного напряжения интегратора 4 до .уровня срабатывания компаратора 5не вносит дополнительной погрешностии преобразование входного напряжения,В момент, когда старший разряд счетчика 8 принимает единичное значение, его выходной сигнал, поступая на управляющий вход переключателя 2, отключает от вывода резистора 3 клемму Вход и подключает к нему выход источника 1 опорного напряжения положительной полярности. 20 25 В момент повторного срабатывания компаратора 5 к входу интегратора 4 вновь подключается ток с второго вхо да компаратора, что замедляет перезаряд конденсатора 10 интегратора 4 от уровня срабатывания до уровня ограничения. В случае поступления импульса на клемму "Запуск" в момент, когда выходное напряжение интегратора не достигло уровня ограничения, еще более сокращается "мертвое" время работы АЦП - время перезаряда конденсатора интегратора от исходного уровня до уровня срабатывания компаратора 5, что также повышает быстродейст- вие преобразования АЦП. При достижении выходным напряжением интегратора 4 вновь нулевого уровня компаратор 5 срабатывает повторно. Его выходной сигнал, поступая на один ЗО их входов элемента И 6, блокирует прохождение импульсов с выхода импульсного генератора на счетный вход счетчика 8, в котором оказывается записанным число, пропорциональное входному напряжению. Ь о р . , , л я и з и б р ес )1: 1;1, Аналого-цифровой преобразователь с компенсационным интегрированием, содержащий переключатель, первый информационный вход которого является входной шиной, второй информационный вход соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход через токоограничивающий элемент соединен с входом интегратора, выход подключен к первому входу компарагора, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу импульсного генератора, а выход соединен с первым входом счетчика, второй вход которого является управляющей шиной,а выход соединен с управляющим входом переключателя, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при преобразовании малых входных сигналов, второй вход компаратора объединен с входоминтегратора.2, Преобразователь по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что компаратор выполнен на двух резисторах и двух операционных усилителях, первый из которых выполнен на двух биполярных и - р - п-транзисторах, элементе нагрузки, генераторе тока, выходном усилителе, входы которого подключены к коллекторам биполярных п - р - игранзисторов соответственно, база первого из которых через первый резистор подключена к выходу второго операционного усилителя, инвертирующий вход которого через второй резистор подключен к общей шине, а неинвертирующий вход является первым входом компаратора, вторым входом которого является база второго биполярного п - р - п-транзистора, эмиттер которого объединен с эмиттером перво" го биполярного п - р - и-транзистора и через генератор тока подключен к шине питания отрицательной полярности, а коллекторы через элемент нагрузки соединены с шиной питания положительной полярности, выход выходного усилителя является выходом компаратора,1432773 Составитель В,МахнакоТехред М,Дидык ректор М.Пож едактор В,Петр каз 5 ч 63 ВИИП п 13035, роизводственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная тираж 929 Государственного делам изобретений осква, Ж, Раув Подписноекомитета СССРи открытийкая наб., д. 4/5