Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности

Е ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВ ду ОСУДАРСТВЕНН 11 Й НО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ(71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.И, Глушкова(56) 1. "Измерительная техника".1972, У 11, с, 8-11,2. Авторское свидетельство СССРУ 448342, кл. Н 03 К 13/20, 1975,(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБ 1 АЗОВАТЕЛЬ С АВТОКОРРЕКЦИЕЙ ПОГРЕНОСТИ,содержащий первый фаэовращатель, выход которого соединен с первым входомблока фазовых компараторов и черезключ с первым входом преобразователясдвига фазы в ток с умножением, второй вход которого подключен к выходугенератора опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом первогофазовращателя, третий и четвертыйвходы которого подключены соответственно к выходу генератора опорногонапряжения и к выходу блока компенсирующего тока, а первый вход соединенс входпой шиной, первый и второй выходы блока фазовых компараторов подключены соответственно к входу блока управления и к первому входу шифратора, второй вход которого соединенс первым выходом блока управления,второй выход которого соединен с вторым входом ключа, о т л и ч а ивщ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, впего введены второй фазовращатель,счетчик, третий фаэовращатель и корректирующий компаратор, первый входкоторого подключен к выходу первогофаэовращателя, второй вход через третий фазовращатель подключен к выхогенератора опорного напряжения, авыход подключен к третьему входу шифратора и к второму информационномувходу счетчика, первый информационный вход которого соединен с выходомшифратора, первый и втс,рой управляющие входы подключены соответственнок третьему и четвертому выходам блока управления, а выход соединен с входом блока компенсирующего тока и свыходчой шиной, при этом второй входблока фазовых компараторов через второй фазовращатель подключен к выходугенератора опорного напряжения, 1091337Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и преимущественно может быть использовано и области аналога-цифровых преобразователей (АП).Известен АЦП, работающий па принципу промежуточного преобразования сигналон в фазоной сдвиг опорного напряжения и последующего преобразования получевиого Ьаэоваго сдвига н О цифровая. код, содержащий рабочий и опорцик фазонращатели, вырабатывающие соответственно рабочийи опорный фа фазоные сдвиги, определитель знака сдвига Ьаэ (ОЗСФ) между Ср и ЦО 5 (фазовый компаратор), блок регистра числа, блок компенсирующего тока, блок управленияНедостатком известного АЦП является большая погрешность преобразона О ния, обусловленная нестабильностью порога срабатывания Ьазоных компараторов (при изменении окружающей температуры, питающих напряжений и воздействии помех). 2.")Наиболее близким па техническойсущности к предлагаемому является устройство, содержащее первый фазонращатель, предназначенный для преобразования входной величины (тока, напряжения) в сдвиг Ьазы опорного напряжения, блок фазовых кампаратаран, служащий для определения зоны, н которойнаходится преобразуемая величина, шиЬратор для определения двоичного кодапо результатам срабатывания Ьаэовыхксмпаратаров н блоке Ьазовых компараторов, блок регистра числа, предназначенный для хранения дноичцаго кода,блок компенсирующего тока, служащийдля преобразования цифрового када нтск, ключевой элемент,для коммутациинапряжения с остаточным фановым сдвигом (после окончания процесса компенсации), генератор опорного напряжения, блок управления и преобразователь сдвига фазы опорного напряженияв ток с умножением 21,Недостатком устройства янляетсянизкая точность измерения, обусловленная флюктуациями пороговых уровней фазовых компараторон при изменении температуры, питающих напряжений и воздействии помехель изобретения - пов нпение точности, уменьшение погрешности преобразования,Поставленная цель достигается тем, что в аналого-циЬравой преобразователь с автокоррекцией погрешности, содержащий перньй Ьазонращатель, выход которого соединен с первым входамСлака фазовых компараторон и через ключ с первым входом преобразователя сдвига фазы в ток с умножецием, второй вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения,а выход соединен с вторым входом перваго Ьазавращателя, третий и четвертый входы которого подключены соотнетстнецно к ныходу генератора опорного напряжения и к выходу блока компецсируюшега тока, а первый вход соединен с входной шиной, первый и второй выходы блока Ьазавых кампараторо подключены соответственна к входу блока управления и первому входу шифратара, нторай вход которого соединен с первым нлходам блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом ключа, введены тарой Ьазовращатель, счетчик, третий фазанращатель и корректирующий компаратар, первый вход которого попключен к выходу первого фазонращателя, второй вход через третий фаэонращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход подключен к третьему входу шифратора и квторому информационному входу счетчика, первый информационный вход которого с.оединен с выходом шиЬратора, первый и второй управляющие входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока управления, а выход соединен с входомблока компенсирующего тока и ,", ньгхаднаи шиной, при этом второй вход блока фазовых кампараторав через второй,Ьазовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения,На чертеже представлена структурная схема устройства,Устройство содержит первый фазовращатель 1, блок 2 фазовых кампараторов, шифратор 3, счетчик 4, блок 5компенсирующего тока, генератор бопорного напряжения, ключ 7, преобразователь 8 сдвига Фазы в ток сумножением, корректирующий компаратар 9, третий фазовращатель 1 О, блок11 управления и второй Ьазовращатель 12,При этом выход первого фазавращателя 1 соединен с первым входам бло 10913ка 2 фазовых компараторов и через ключ 7 с первым входом преобразователя 8 сдвига Фазы в ток с умножением, второй вход которого подключен к выходу генератора 6 опорного напряже ния, а выход соединен с вторым входом первого фазовращателя 1, Третий и четвертый входы первого фаэовращателя 1 подключены соответственно к выходу генератора 6 опорного напряжения 1 О и выходу блока 5 компенсирующего тока, а первый вход подключен к входной шине, Первыи и второй выходы блока 2 Фазовых компараторов подключены соответственно к входу блока 1 уп равления и к первому входу шифратора 3, второй вход которого соединен с первым выходом блока 11 управления, Второй выход блока 11 управления соединен с вторым входом ключа 7, Первьпт 20 вход корректирующего компаратора 9 подключен к выходу первого Фаэовращателя 1, второй вход корректирующего компаратора 9 через третий Фазовращатель 1 О подключен к выходу генерато ра 6 опорного напряжения, а выход - к третьему входу ши 1 тратора 3 и к второму информационному входу счетчика 4, первый информационный вход которого соединен с выходом шифратора 3, Первый и второй управляющие входы счетчика 4 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока 11 управления, а выход соединен с входом блока 5 компенсирующего тока и35 с выходной шиной. Второй вход блока 2 фазовых компараторов через второй фазовращатель 12 подключен к выходу генератора б опорного напряжения.Устройство работает следующим об- "Оразом,В течение первого такта кодирова-ния в зависимости от величины Фазового сдвига 1, пропорционального вели-.чине преобразуемого сигнала 3 , в 45блоке 2 срабатывает определеппое количество Фазовых компараторо и припомощи шифратора 3 формируется и/2старптих разрядов двоичного цифровогокода, которые по сигналу из блока 11 50управления заносятся в и/2 старшихразрядов счетчика 4, Пропорциональный этому коду компенсирующий ток 3,вырабатываемый в блоке 5 компенсирующего тока, поступает на четвертый 55вход первого Аазовращателя 1, осуществляя компенсацию сдвига Фазы еговыходного напряжения до значения ЦО 337 4т,е, в результате процеса компенсации выходное напряжение первого Фазовращателя 1 имеет некоторый остаточ"ный Фазовый сдвигцос =3 - 2 т, гдезначение"Фазы выходного напряжения первого фаэовращателя 1, пропорциональное входной преобразуемой величине 3, 11 - значение фазы, пропорциональное двоичному коду, занесенному в первом такте преобразования в счетчик 4. В процессе компенсации под воздействием компенсирующеготока 3 Фаза выходного напряженияпервого фазовращателя сдвигается внаправлении, противоположном тому,в котором она сдвигалась иод воздействием входного перообразуемого)сигнала 3 .Далее фазовьпл сдвигМ поступает, ост,на первый вход преобразователя 8сдвига Фазы в ток с умножением. Принцип работы этого блока заключается втом, чтоОст преобразуется в ток,который умножается в 2"1 раэ, после чего поступает на второй входпервого Аазовращателя 1 и сдвигает Фазу е 1 о выходного напряжения в ту же сторону, что и входной(преобраэуелтьттт) сигнал. В результатеФазовый сдвиг выходного напряженияпервого Фазовращателя 1 увеличивается до значения с," . т.е. происхо-дит усиление остаточного фазовогосдвттгт,Ост до значения цос. (хотяфактически усиливается ток, соответствующий Фазовому сдвигу тост.)При этом, если корректирующий компаратор 9 не сработал, то в течениевторого такта работа ЛЦП происходиттат же, как и в течение первого такта - при помощи блока 2 фазовых компараторов и шифратора 3 по сигналуиз блока 11 управления происходитформирование и занесение в счетчик 4двоичного кода, соответствующего и/2младшим разрядам выходного кода. Наэтом преобразование заканчивается иАПП готов к новому циклу работы,Еслтт же корректирующий компаратор 9 сработал, то это означает, что разностный сигналт , соответствующий разностному току 3 Р=т,-3(где Д- колтттенсир 5 юший ток ПРОпор 11 ио нальный коду и/2 старших разрядов счетчика 4),превьппает диапазон сигналов, на который настроен преобразователь 8 сдвига Фазы в ток с умножением. Лругилти словами, частичньпкод и/2 старших разрядов, сформированный в течение первого такта кодирования, получен с недостатком. Поэтому этот код должен быть скорректирован, что осуществляется следующим образом. По сигналу из блока 1 управления перепад с вьгхода корректирующего компаратора 9 (при его срабатывании) добавляет "1" к коду и/2 старших разрядов счетчика ц и блоки рует шифратор 3, запрещая дюрмирование младших и/2 разрядов выходного кода. Корректирующий комцаратор 9 оп" ределяет номинальный диапазон остаточного фазового сдвига, подаваемого 15 на вход преобразователя 8 сдвига фазы в ток с умножением, Он обнаруживает любой переход за границу этого диапазона, а значит, и наличие ошибки в первом такте, 2 ОПосле этого ток, генерируемый блоком 5 компенсирующего тока, несколько/увеличиваетсяпоскольку увеличился на единицу код п/2 старших разрядов счетчика 4) - происходит процесс до компенсации сдвига Фазы выходного напряжения первого фаэовращателя 1 до значения с ц,(т,е, Фаза выходного напряжения первого фаэовращателя 1 еще больше сдвигается в Зо направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигн;.ла). Далее происходит усиление остаточного фазодвига остдо значения Цест 3 ф 35 усиливается в 2 12 раз ток, соотйетствующий остаточному Фаэсвому сдвигу Я ,после чего в течение второго такта кодирования при помощи блока 2 фазовых компараторов и шифратора 3 происходит Формирование и занесение в счетчик ч и/2 младших разрядов выходного кода,Второй фаэовращатель 12 обеспечивает автоматическое смещение уровней срабатывания фазовых компараторовв блоке 2 на середину участка, в пределах которого предусматривается коррекция, При этом уровни срабатыванияфазовых компараторов могут смещатьсятолько вверх (в сторону увеличения),благодаря чему код четырех старшихразрядов всегда получается или правильным илн с недостатком, то никогдас избытком,При отсутствии смещения уровни срабатывания Фазовых компараторов могутсмещаться не только вверх, но и вниз,В последнем случае определяемый в течение первого такта преобразованиякод старших разрядов будет получен сизбытком, вследствие чего величинакомпенсирующего тока 3 будет превышать величину входного (преобразуемого) тока 3, Поэтому эквивалентныйток, воздействующий на вход АЦП после окончания процесса компенсации иравный разности 1 -3, будет отрицательным, Но поскольку применяемыйв рассматриваемом АЦП первый Фазовращатель 1 не реагирует на полярностьпреобразуемых сигналов, это приведетк возникновению дополнительной погрешности преобразования.Таким образом, введение в АЦП корректирующего компаратора 9, третьего Фазовращателя 1 О, второго Фазовращателя 12 и счетчика 4, соединенных соответствующим образом, позволяет уменьшить погрешность аналого-цифрового преобразования. При этом уменьшение погрешности преобразования достигается введением дополнительных (хотя и небольших) аппаратурных и временных затрат.1 орозо Гоставител Техред А,Б актор М, Янови орректор А. Дзятк не Тираж 862 арственного изобретениГЖт аказ 3100 ВНИн 1 И Госуд комитета СГГР по делами открытий 113035 Моск Рауиская наб, д, й/5 1 и тиал П 11 П "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, ч