Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

Соиэз СоветсиикСоциалистическихРеспублик олнительное к авт, свид-ву)М. Кл, Н 03 К 13/2 09114 с присоединением заивк Гвсудерстваккьй ааетет СССР ю дРлам маабратаимм к юткрвютвй(088.8) Дата опубликования описания 1. Б. Селибер, В, И, Соколов,Ю, Б. Голуб, В, Р. Романовский и В.Г. Тоубин Ленинградский электротехничимени проф. М. А. Бонч-Бруевич ордена Октябрьской Револ скин институт связи и Ленинградский прибоции завод "Вибратор" 1 Заявители рои тел ьныи СПОСОБ АНАЛОГО. ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ периодическои помехи и одновременное интегри рование упомянутой помехи и смеси преобразуемого напряжения и этой помехи в течение фик. сированного инт5юшую компенсаци Однако известный способ аналого-цифрового преобразования не позволяет получить высокую помехозащищенность и точность преобразования постоянного напряжения, содержащего периодическую помеху, изменяющуюся в широком диа. назоне частот, так как дополнительный фазовый сдвиг и неравномерность амплитудно-частотной характеристики, имеющие место при вьшелении напряжения помехи, не позволяют произвести точную компенсацию напряжения помехи. Кроме этого, неидентичность постоянных времени интегрирования помехи и смеси преобразуемого напряжения и помехи, а также наличие дополнительных операций коммутации снижают помехозащищенность и точность известного способа.Цель изобретения - повышение точности и помехозашищенности аналого-цифрового преобразо. вания. и Изобретение относится к электроизмерительной технике, может найти применение в интегри.рующих аналогово-цифровых преобразователяхдля преобразования постоянного напряжения вцифровой код.Известен способ аналования постоянного напрдитивную периодическуюна его интегрировании вмени, сформированногония помехи путем его усформирования импульсоментам перехода кривойреэ нуль с периодом,жению помехи 1).Однако формирование импульсов, соответст.вующих моментам перехода кривой напряженияпомехи через нуль при наличии в составе напря.жения помехи шума или полигармонической помехи сопровождается значительной погрешностью.Эта погрешность приводит к снижению точностии помехозащишенности преобразования,Известен также способ аналого. цифрового пре.образования, включающий вьщеление аддитивной го.цифрового преобразояжения, содержащего адпомеху, основанныйтечение интервала вреиэ выделенного напряжеиления, ограничения ив, соответствующих монапряжения помехи че. равным или кратным напря. вала времени, а затем последую напряжения помехи 12),6847 где т тг - постоянные времени интегрирова. ния смеси постоянного напряжения и напряжения помехи и отдельного интегрирования напря. жения помехи соответственно;О - преобразуемое постоянное напряжение;О, впсот - напряжение помехи частотой со= 40(Тп - период помехи) с амлитудой О,;2 Ж3Огип(ит+р) - напряжение помехи после выделения из смеси преобразуемого напряжения и 15 напряжения помехи с амплитудой Ог и дополни. тельным фазовым сдвигом р.Решение первого уравнения системы относи. тельно Т, дает значение Т, =- =, Тп, а втоЯй50 рое уравнение имеет два корня: Т, = Т - -ффп , и Т, = Тп. Общим корнем системы является зна чение Т, = Тп, т. е, период напряжения помехи. Так как второе уравнение имеет два корня, то останавливая интегрирование смеси преобразуемо.15 го напряжения и помехи по четному (второму) переходу интеграла от напряжения помехи через нуль, получаем время интегрирования, равное зПоставленная цель достигается тем, что при аналого-цифровом преобразовании предлагаемым способом, включающим одновременное интегрирование смеси преобразуемого напряжения и напряжения адлитивной периодической помехи, а также выделение напряжения аддитивной периоди.ческой помехи и ее интегрирование,интегрирова. ние смеси преобразуемого напряжения и напряже ния аддитивной периодической помехи заканчива. ют в момент времени, соответствующий четному 10 переходу интеграла от напряжения адцитивной помехи через нуль, причем постоянную времени интегрирования выбирают в зависимости от уров. ня помехи,Способ состоит в следующем. Иэ суммы пре образуемого постоянного напряжения и периодической помехи выделяют напряжение помехи и одновременно раздельно интегрируют помеху и указанную сумму, Интегрирование происходит в течение некоторого принудительного времени 20 То, необходимого при высокочастотной помехе или при отсутствии какой. либо помехи, Заканчивают интегрирование в момент времени Тсоответствующий четному (например, второму) переходу интеграла от напряжения помехи через нульЛ Система уравнений, соответствующая операциям интегрируемой суммы преобразуемого напряжения помехи, имеет вид:7; цГ (О+О 1 в 1 п т)а- " Т,30% а "фГТОгве ( и 1 Ифд 1=0О периоду помехи независимо от дополнительногофазового слвита, вносимого при вьщелении по.мехи, Таким образом, результат интегрированияуказанной смеси не зависит от напряжения по.мехи. Этот вывод справедлив и для полигармо.нической помехи, но при линейной фазочастотнойхарактеристике устройства, выделяющего напря.жение помехи,Так как точность определения нуля интегралаот напряжения помехи зависит от скорости нарастания и спада напряжения помехи, т, е, от про.изводной напряжения помехи по времени, то припостоянных частоте помехи и пороге срабатывания устройства определения нуля интеграла отнапряжения помехи она прямо пропорциональнаамплитуде напряжения помехи, Поэтому перединтегрированием напряжения помехи автомати.чески выбирают постоянную времени в зависимости от уровня помехи (например, йспользуясвойства полевого транзистора или фоторезистора оптрона как управляемых сопротивлений),добиваясь этим максимально возможного исполь.зования линейной части характеристики устрой.ства, интегрирующего помеху.На фиг. 1 а, б, в, г приведены временные диаг.раммы изменения напряжений, поясняющие способ, причем на фиг, 1 а - аддитивная смесь преобразуемого напряжения и помехи; иа фиг. 1 б -напряжение помехи после вьщеления штриховыми линиями показаны соответственно одинаковые площади); йа фиг. 1 в - изменение интегрального значения напряжения помехи во вре.мени; на фиг, 1 г - импульсы, соответствующиемоментам перехода интеграла от напряжения по.мехи через нуль,Для аналого-цифрового преобразования можетслужить устройство, содержащее источник опорного напряжения, вход которого соединен с пер.вым входом двухпозиционного ключа, второйвход которого соединен с шиной входного сигнала и со входом блока вьщеления напряжения помехи, а выход - со входом интегратора, выходпоследнего через нудь-орган соединен с первымвходом элемента совнадеиия, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсовобразцовой частоты, а его оба выхода - с соответствующими входами счетно решающего бло.ка и интегратор помехи.В это устройство введены блок автоматической регулировки постоянной времени иитеграто.ра помехи, блок нуль-органа р триггером сосчетным входом, блох задания минимальноговремени интегрирования, причем вход блока вы.деления напряжения помехи через блок автома-.тической регулировки постоянной времени ин.теграэора помехи.соедиген со входом интегратора помехи, выход которого соединен с первымвходом блока нуль.органа с триттером со счет5 684738 6ным входом, второи вход которого подключен от напряжения помехи через нуль на выходек выходу блока задания минимального времени интегратора 7 помехи,интегрирования, а выход - к третьему входу По команде блока 8 нуль. органа с триггеромэлемента совпадения и к управляющему входу со счетным входом, соответствующей четномудвухпозицнонного ключа. переходу выходного напряжения интегратора 7На фиг. 2 представлена структурная злектри- через нуль, двухпозиционный ключ 3 подключаетческая схема устройства для реализации способа источник 2 опорного напряжения, полярность коаналого. цифрового поеобразовання. торого противоположна полярности измеряемогоУстройство содержит интегратор 1 сигнала, ис. напряжения, к интегратору 1, а выход генерато.точник 2 опорного напряжения, двухпозицион о ра 10 через элемент совпадения 11 подключает коный ключ 3, нуль-орган 4, соединенный с выхо. второму входу блока 12. Так начинается второйдом интегратора 1, К выходу блока 5 вьщеления такт измерения, Необходимо отметить, что выданапряжения помехи подключены последователь. ча команды с блока 8 шунтнруется блоком 9,но соединенные блок 6 автоматической регули- на минимальное принудительное время То, котороеровки постоянной времени интегратора помехи, 5 необходимо в случае высокочастотной помехи илиинтегратор 7 помехи и блок 8 нуль. органа с триг. отсутствия какой-либо помехи. Это позволяет ог.гером со счетным входом, вход которого соеди. раничить время интегрирования снизу и умень.нен с ключом 3. Ко второму входу блока 8 шить динамический диапазон работы интегратораподключен блок 9 задания минимального време, Конец второго такта измерения определяетсяни интегратора. Генератор 10 импульсов образ. о моментом времени, когда напряжение на выходецовой частоты через элементы совпадения 11 под- интегратора 1 под действием опорного напряжеключен к двум входам счетнорешающего бло- ния ц, становится равным нулю.ка 12, который в цифровом виде вычисляет от- По команде нуль-органа 4, вырабатываемой вношение числа импульсов, поступивших от гене- этот момент, интеграторы 1, 7 переводятся вратора 10 на один его вход, к числу импульсов, 5 режим коррекции дрейфа нуля, а счетно-решаюпоступивших на другой вход. Управляющие вхо- щий блок 12 - в режим деления импульсов й,ды элемента совпадения 11 соединены с нуль- поступивших в течение второго такта, на коли.органом 4 и выходом блока 8. Клемма 13 пус- чество импульсов йпоступивших от генераторака устройства соединена с интеграторами 1, 7 и 10 в течение первого такта, Таким образом, вблоками 9, 11,зоблоке 12 имеется результирующий код, пропорУстройство работает следующим образом. Цикл циональный измеряемому постоянному напряже.измерения, состоящий из трех тактов, начинает- нию и не зависящий от напряжения адднтивнойся с такта коррекции дрейфа нуля интеграторов периодическои помехи,1, 7. В течение такта коррекции измеряемое постоянное напряжение Ох, содержащее аддитивную З 5периодическую помеху, через двухпозиционный Формула изобретенияключ 3 поступает на интегратор 1, а через блок5 напряжение помехи поступает в блок 6. В бло. 1. Способ аналого-цифрового преобразования,ке 6 в зависимости от уровня помехи автомати- включающий одновременное интегрирование смечески выбирается постоянная времени интегриро. си преобразуемого напряжения и напряжения ад 4 ования интегратора 7 (например, используются дитивной периодической помехи, выделение на.свойства полевого транзистора или фоторезистора пряжения ардитивной периодической помехи иоптрона как управляемых сопротивлений) для ее интегрирование, отличающийся тем,максимально возможного использования линей. чтос целью повышения точности преобразования,ной части характеристики интегратора 7 нри ин- интегрирование смеси преобразуемого напряжениятегрировании напряжения помехи в следующем и напряжения аддитнвной периодической помехитакте измерения, По сигналу с клеммы 13 ин- заканчивают в момент времени, соответствующийтеграторы 1, 7 переводятся в режим иитегриро- четному переходу интеграла от напряжения аддивания, а на элемент совпадения 11 поступает раз- тивной помехи через нуль.решение на прохождение импульсов образцовой502, Устройство для осуществления способа ана.частоты от генератора 10 на первый вход счетно- лого. цифрового преобразования по п. 1, содержарешающего блока 12, Так начинается первыйщее источник опорного напряжения, выход кото.такт измерения, в течение которого интегратор рого соединен с первым входом двухпознцнонно 1 интегрирует смесь измеряемого напряжения и го ключа, второй вход которого соединен с ши.помехи, а интегратор 7 - только напряжение ло- ной входного сигнала и со входом блока выделе.55мехи, Интегрирование указанной смеси заканчи- ния напряжения помехи, а выход - со входомвается в момент времени, соответствующий чет-;, интегратора, выход последнего через нуль-органному (например, второму) переходу интеграла соединен с первым входом элемента совладения,входом интегратора помехи, выход которого сое.динен с первым входом блока нуль. органа стриггером со счетным входом, второй вход кото.рого подключен к выходу блока задания минимального времени интегрирования, а выход - ктретьему входу элемента совпадения и к управ.ляющему входу двухпозиционного ключа,Источники информации, принятые во внимание при экспертизее 1. Авторское свидетельство СССР Яф 339872,6 01 й 19/26, 1968.2, Авторское свидетельство СССР У 413617,Н 03 К 13/20, 1971. 684738 второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов образцовой частоты, а его рба выхода - с соответствующими входами счет. но-решающего блока, и интегратор помехи, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введенъ блок автоматической регулировки постоянной времени интегратора помехи, блок нуль-органа с триггером со счетным входом, блок задания минимального времени интегрирования, причем выход блока выделения напряжения помехи че.рез блок автоматической регулировки постоян.ной времени интегратора помехи соединен со