Аналого-цифровой преобразователь

щ 67206 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалнстических Республик(51) М. Кл. Н 03 К 13/20 1 ааударатвенный камитетСаеета Мииистрае СССРаа делам мзабретенийи аткрытий(71) Заявитель А. В. Клементьев и В. С. Гутников Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им, М, И, Калинина(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при построенни цифровых измерительных приборов.Известны интегрирующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), построенные по замкнутой структуре. Принцип действия этих устройств основан на том, что интеграл от входного преобразуемого напряжения компенсируется интегралом однополярных или двух- полярных импульсов обратной связи одинаковой амплитуды. Эти устройства содержат двухвходовый интегратор, один вход которого подключается к источнику преобразуемого напряжен,ия, а другой через ключ - к источнику образцового напряжения (одно- или двухполярного). Выход интегратора соединен с одним входом компаратора, другой вход которого подключается к источнику постоянного опорного напряжения, Выход компаратора соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу ключа цепи обратной связи 11.Однако такие АЦП имеют низкие быстродействие,и помехозащищенность. Это вызвано несовершенством прямой цепи, которая производит преобразование выходного напряжения интегратора в широтно-модулированный сигнал обратной связи, т. е. преобразование напряжения в длительность импульс. Переходный процесс в этих АЦП может продолжаться до 10 - 20 циклов преобразования (т. е. периодов повторения импульсов обратной связи).Известен АЦП, содержащий двухвходовый 5 интегратор, на один вход которого подаетсяпреобразуемое напряжение, а на другой - напряжение обратной связи, поступающее через ключ от источника образцового напряжения. Выходы интегратора и генератора линей но-изменяющегося напряжения через сумматор подключены к входу компаратора, выход которого соединен с входом триггера, управляющего работой ключа 2.Низкое быстродействие такого АЦП обус ловлено тем, что получение широтно-модулированного сигнала в нем производится за счет сравнения суммы текущего значения выходного сигнала интегратора и генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) с 20 постоянным уровнем. Использование текущего значения выходного сигнала интегратора приводит к тому, что момент времени, соответствующий равенству напряжений на выходе компаратора, не является фиксирован ным относительно импульсов запуска ГЛИН,что является причиной итерационного характера переходного процесса.Цель изобретения - повышенне быстродействия и увеличение помехоустойчивости, 30 Это достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов и двухвходовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой - с выходом двухпозиционного ключа, входы которого подключены к выходам, источника образцовых напряжений, а управляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу триггера, один вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно-изменяющегося напряжения, введен ключ, сигиальный вход которого соединен с выходом двухвходового интегратора, управляющий вход этого ключа соединен с выходом триггера, а выход - с входом установки начального состояния генератора ли-. нейно-изменяющегося напряжения, причем второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых импульсов.На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая его работу.Аналого-цифровой преобразователь содержит двухвходовый интегратор 1, состоящий из операционного усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и двух суммирующих резисторов 4 и 5, двухпозиционный ключ 6, источник 7 образцовых напряжений, триггер 8, ключ 9, генератор 10 линейно-,изменяющегося напряжения, состоящий из конденсатора 11 и источника 12 постоянного тока, компаратор 13, зажим 14 источника постоянного опорного напряжения, генератор 15 тактовых импульсов и цифровой измеритель 16 временного интервала, входной зажим 17,Один вход интегратора 1 соединен с входным зажимом, а другой - с выходом двух- позиционного ключа 6, входы которого соединены с выходами источника 7. Выход интегратора соединен с входом ключа 9, выход которого соединен с входом установки начального состояния генератора 10. Выход последнего соединен с первым входом компаратора 13. Второй вход компаратора 13 соединен с источником опорного напряжения, а выход компаратора 13 подключен к первому установочному входу триггера 8, Второй установочный вход триггера 8 соединен с выходом генератора 15, а выход триггера 8 подключен к управляющим входам обоих ключей 6 и 9 и к входу цифрового измерителя 16.АЦП, показанный на фиг. 1, является двух- полярным, т, е. он может без дополнительных переключений во входных цепях преобразовывать входное напряжение любой полярности, Это обеспечивается применением двухполярного источника образцовых напряжений (+Со и - Уо) и соответственно двухпозиционного ключа 6, Этот вариант выполнения, как более универсальный, и рассматривается в дальнейшем. Возможно выполнение предлагаемого АЦП и однополярным. Сущность изобретения при этом остается неизменной,5 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 бО 65 4Рассмотрим работу АЦП с некоторого момента времени 11 (фиг. 2), когда триггер 8 находится в таком состоянии, при котором ключ 9 замкнут, а ключ 6 находится в положении, при котором на вход интегратора 1 поступает образцовое напряжение +Со, Выходное напряжение интегратора 1 при этом уменьшается по величине. Поскольку выход интегратора 1 соединен через ключ 9 с входом начальной установки генератора 10, то напряжение на конденсаторе 11 в течение времени, когда замкнут ключ 9, поддерживается равным выходному напряжению интегратора 1,В момент времени 12 импульсом с выхода генератора 15 тактовых импульсов триггер 8 опрокидывается в противоположное состояние, при котором ключ 9 размыкается, а ключ 6 устанавливается в положение, при котором на вход интегратора 1 поступает образцовое напряжение - Уо, С этого момента выходное напряжение интегратора начинает возрастать, а также начинается заряд конденсатора 11 постоянным по величине током 7 СТ с выхода источника 12. Напряжение на конденсаторе 11 линейно возрастает, и когда оно достигнет уровня опорного напряжения У,п на втором входе компаратора 13, последний срабатывает и по второму установочному входу опрокидывает триггер 8 снова в состояние, при котором ключ 9 замыкается (з), Напряжение на конденсаторе 11 с этого монумента устанавливается равным текущему значению выходного напряжения интегратора, а напряжение на выходе ключа б - равным +Уо. В момент времени 1, импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов снова опрокидывает триггер 8, и процесс, таким образом, повторяется,Как видно из описания и диаграммы работы АЦП, в нем узел, состоящий из генератора 10 линейно-изменяющегося напряжения, компаратора 13, генератора 15 тактовых импульсов и триггера 8, осуществляет преобразование и интервал времени Т, мгновенных значений выходного напряжения интегратора 1, относящихся к фиксированным моментам времени, отстоящим друг от друга на интервал времени Т, который является периодом повторения импульсов с выхода генератора 15.При подаче на вход АЦП преобразуемого напряжения У)0 уровень выходного напряжения интегратора 1 снижается и соответственно увеличивается время заряда до уровня Уоп конденсатора 11, т, е. увеличивается интервал времени Тв течение которого на вход интегратора 1 поступает компенсирующее образцовое напряжение - Уо. Графики изменения входного напряжения Уи выходных напряжений У,. интегратора 1, эглин генератора 1 О линейно-изменяющегося напряжения и напряжения на выходе ключа 6 показаны для этого случая на фиг. 2 сплошными линиями, Соответственно, для случая К,(0 эпюры напряжений в тех же точках схемы показаны штриховой линией.5Преобразование относительной величины интервала времени (Т, - Т) Т в цифровой код выполняется цифровым измерителем 16 временного интервала.Статическая точность предлагаемого преобразователя не зависит от величании параметров элементов прямой цепи преобразования, т. е. от величин емкости интегрирующего конденсатора 3, а также емкости конденсатора 11 и величины тока генератора 10 линейно-изменяющегося напряженияНе вносит дополнительных погрешностей также и медленное изменение порога срабатывания компаратора 13. Помехозащищенность и быстродействие преллагаемого АЦП выше по сравнению с известным. Действительно, в АЦП производится преобразование в интервал времени мгновенных значений выходного напряжения интегратора 1, соответствующих моментам прихода на вход триггера 8 импульсов с выхода гене ратора 15, период повторения которых является постоянной величиной. Если выбрать его равным периоду помехи, то мгновенное значение напряжения на выходе ингегратора 1 в эти моменты времени не будет зависеть от величины помехи, Поскольку в течение всего времени Т преобразования выходного напряжения интегратора в длительность интервала времени генератор линейно-изменяющегося напряжения оказывается отключенным от интегратора, то помехи не влияют на этот процесс. 5672066 Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов я двух 5 входовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой - с выходом двухпозиционного ключа, входы которого подключены к выходам источника образцовых напряжений, а управляю щий вход ключа и входцифрового измерителяинтервалов времени подключены к выходу триггера, один вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно-изме няющегося напряжения, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, в него введен ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом двухвходового интегратора, управляющий 20 вход этого ключа соединен с выходом триггера, а выход - с входом установки начального состояния генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых им пульсов.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР365038, 30 кл. Н 03 К 13/20, 01,02.71.2. Патент США3051939, кл. 340 - 347,1970.ПодписноеР аказ 1839/8ЦНИ пография, пр, Сапунова Изд,656 И Государственного ко по делам изобре 113035, Москва, Ж, Р