Аналого-цифровой преобразователь

(5 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н- ам ектроизмехнике и мобразования экого уровей индикадом кода в Изобретение о рительной и вычис жет быть использо напряжения посто ня в цифровой код цией в цифровой вычислительную м тносится к эл лительной те вано для прео янного тока ни с последующ форме или вво ашину. Целью и ние точности постоянного ние быстроде На фиг. 1 ма предлагае компаратораГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) 1411974 (21) 4615894/24 (22) 05.12.88 (46) 30.08.91, Бюл. )ч. 32 (72) Н,Н,Гордий, Е.И.Крылошанский, В,И,Матвиив, А.Т.Павлюков и П.П.Паскур (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР В 1411974, кл, Н 03 М 1/52, 1985. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (51) Изобретение относится к электроиэмерительной и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение точности преобразования напряжения по. стоянного тока низкого уровня и увеличениебыстродействия, Аналого-цифровой преобразователь отличается тем, что в него введены устройство задержки, включенное между первым выхЬдом формирователя вр ных интервалов и управляющим в зобретения является повыше- преобразования напряжения тока низкого уровня и увеличействия устройства,представленаструктурнаясхемого АЦП; на фиг. 2 - схема первого ключа, два резистора и шестой ключ, первый информационный вход которого соединен с выходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора соединен с общей шиной и вторым информационным входом формирователя временных интервалов, при этом точка соединения двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора, Дополнительно введенные элементы и связи позволяют увеличить устойчивость цепи коррекции нуля за счет перевода компаратора в линейный режим на время коррекции, что устраняет самовозбуждение вблизи нулевого уровня, и уменьшить выбросы на накопительном конденсаторе цепи коррекции за счет задержки времени его коммутации, Устранение само возбуждения увеличивает точность, а уменьшение выбросов - быстродействие. 1 з.п.ф-лы, 2 ил,АЦП содержит ключи 1 и 2, усилитель 3, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 4, интегратор на операционном усилителе 5 (ОУ) и накопительном элементе, выполненном на конденсаторе 6, ключи 7 и 8, компаратор 9, источник 10 образцового напряжения (ИОН), токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 11, цепь коррекции дрейфа нуля, состоящую из накопительного элемента, выполненного на конденсаторе 12, и ключа 13, генератор 14 тактовых импульсов (ГТИ), формирователь импульсов 15, элемент И 16, счетчик 11, формирователь 18 временных интервалов, инвертор 19, элемент ИЛИ 20, 1674373ключ 21, последовательно соединенные резисторы 22 й 23 и устройство 24 задержки.Кампаратор 9 включает инвертар 25 и дифферен циал ьн ы й ус ил ител ь 26.АЦП работает следующим образом.В исходном состоянии ключ 1 закрыт, ключи 2, 7, 8 и 13 открыты, ключ 21 находится в верхнем положении, при этом кампаратор 9 находится в линейном режиме, так как он включен по схеме неинвертирующего усилителя с резисторами 22 и 23 в цепи ООС, За счет действия ИОН 10 и резисторов 4 и 11 на входе ОУ 5 образуется отрицательное смещение, которое, благодаря действию обратной связи через ключ 13, запоминается на конденсаторе 12,С приходом импульса запуска формирователь 18 производит сброс счетчика 17 и изменяет состояние своих выходов на противоположное. При этом ключ 1 открывается, ключи 2, 8 и 13 закрываются, ключ 21 переходит в нижнее полажение, дополнительный вход компаратора 9 соединяется с общей шиной через параллельно включенные резисторы 22 и 23 и кампаратор 9 переходит в режим нуль-органа сравнение выходного напряжения интегратора с нулевым потенциалом общей шины), Преобразуемое напряжение, усиленное усилителем 3, поступает через резистор 4 и ключ 7 на вход интегратора, изменяя ега выходное напряжение. Скорость изменения напряжения на выходе усилителя 5 зависит от значения и полярности преобразуемого напряжения.Отрицательное смещение на входе ОУ 5 должно выбираться более отрицательным, чем максимальное усиленное усилителем 3 отрицательное преобразуемое напряжение. В этом случае при преобразовании максимального отрицательного напряжения скорость изменения напряжения на выходе интегратора будет минимальной, а при преобразовании максимального положи тельного напряжения - максимальной. Нулевому преобразуемому напряжению соответствует скорость изменения выходного напряжения, строга определяемая выходным напряжением ИОН и соотношением резисторов 4 и 11. Длительность первого такта выбирается из соображений обеспечения максимального подавления помех) определяется длительностью импульса на втором выходе формирователя 18. По окончании первого такта ключи 1 и 7 закрываются, а ключи 2 и 8 открываются. Ключ 13 остается закрытым, ключ 21 находится в нижнем положении.При этом на вход ОУ 5 через резистор 11 поступает отрицательное (относительно напряжения смещения на конденсаторе 12) напряжение ИОН 10. Направление изменения напряжения на выходе ОУ 5 изменяетсяна обратное, причем скорость изменениянапряжения остается постоянной и опреде 5 ляется, кроме значения напряжения ИОН10, соотношением резисторов 4 и 11 и значением сопротивления резистора 11. По достижении выходным напряжением на ОУ 5исходного уровня срабатывает компаратор10 9 и второй такт заканчивается, По сигналукомпаратора 9 формирователь 18 временных интервалов изменяет состояние и переводит схему в исходное состояние -закрывается ключ 1, открываются ключи 2,15 7 и 8, ключ 21 переходит в верхнее состояние, при этом компаратор 9 переводится влинейный режим, затем через время задержки, определяемое устройством 24, открывается ключ 13 и на конденсаторе.1220 происходит запоминание напряжения смещения,Формирование отсчета счетчиком 17происходит следующим образом.Нулевому преобразуемому напряже 25 нию на входе соответствует строго заданнаянапряжением смещения скорость изменения напряжения на выходе интегратора какв первом, так и во втором такте, т.е. моментсрабатывания компаратора 9 в этом случае30 заранее извеСтен. Именно в этот момент иизменяется на противоположное состояниеформирователь 18 временных интервалов.Формирователь 15 импульсов реализует поотношению к импульсам ПИ 14 функцию35 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т.е. пропускает этиимпульсы, если на выходе компаратора 9 ивыходе формирователя 18 сигналы не совпадают. При отрицательном преобразуемом напряжении кампаратар 9 срабатывает40 раньше изменения состояния выхода формирователя 18. При уменьшении значенияотрицательного преобразуемого напряжения момент срабатывания компаратора 9приближается к моменту изменения состоя 45 ния выхода формирователя 18, что вызываетуменьшение количества импульсов, поступающих на счетчик 17, При равенстве преобразуемого напряжения нулю моментысравнения совпадают и на счетчик импуль 50 сы не поступают. При преобразовании положительного и ап ряжения моментсрабатывания компаратора 9 запаздываетпо отношению к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, чта выэыва 55 ет заполнение счетчика 17соответствующим количеством импульсов.Анализируя последовательность срабатывания компаратора 9 и выхода формирователя 18, можно определить полярностьпреобразуемого напряжения.Перевод компаратора 9 в линейный режим при помощи ключа 21 и резисторов 22 и 23 на время коррекции нуля повышает устойчивость цепи коррекции нуля и устраняет самовозбуждение. что исключает погрешность, обусловленную колебаниями напряжения вблизи нулевого уровня, запоминания напряжения нуля на накопительном конденсаторе 12, что и приводит к повышению точности отработки нуля.Задержка коммутации накопительного конденсатора 12 за счет устройства 24 позволяет уменьшить выбросы на нем. Уменьшение выбросов происходит вследствие того, что компаратор 9 вначале переводится в линейный режим, при этом происходит уменьшение значения его выходного нап ряжения от Овнх . Онас = Опитдо Овых КОныхь, где К - коэффициент передачи компаратора в линейном режиме; Онас - выходное напряжение насыщенного компаратора; Обит - напряжение питания компаратора; Овых - выходное напряжение усилителя-интегратора 5, а затем. уменьшенное выходное напряжение компаратора 9 коммутируется на конденсатор 12. Уменьшение амплитуды выбросов уменьшает длительность переходных процессов в цепи коррекции нуля, что дает возможность сократить время коррекции нуля преобразователя, увеличивая его быстродействие.Время задержки устройства 24 выбирают исходя из времени срабатывания ключа 21 и времени выхода компаратора 9 из насыщения. Формула изобретения 1. Аналого-цифровой преобразователь5 по авт,св. М 1411974. о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения точности преобразования напряжения постоянного тока низкого уровня и увеличения быстродействия, в него введены устройство задержки, 10 включенное между первым выходом форми.рователя временных интервалов и управляющим входом первого ключа, два токоограничивающих элемента, выполненных на резисторах, шестой ключ, первый 15 информационный вход которого соединен свыходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора является общей шиной и соединен с его вторым информационным входом, а управ ляющий вход соединен с первым выходомформирователя временных интервалов. при этом точка соединения двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора, 25 2. Преобразователь по п,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что компаратор выполнен на инверторе и дифференциальном усилителе, при этом входом компаратора является вход инвертора, выход которого соединен с не инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого является выходом компаратора, дополнительным входом которого является инвертирующий вход дифференциального усилителя, 351674373 ставитель В.Мехнановхред М,Моргентал Корректор Т. Малец Лежнина кт и ГКНТ ССС зводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород гарина 101 аз 2935 Тираж 446 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, )К, Раушская наб., 4/5