Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОС О(61) (21) (22) 4-2 енина и ории энергети алиновский, ев етельство ССС К 13/20, 1981 ГО- т.с й с точ едены емент И,последоАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ СССР ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ 375561/2 425.07,84(71) Московский орденадена Октябрьской Революческий институт(54)(57) ИНТЕГРИРУЮЦИЙ АНАЛРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, по9 982191, о т л и ч а ю щтем, что, с целью повышенияти преобразования, в негоформирователь импульсов, элпереключатель и соединенные Н,ЯО 3211886 Ав) 4 Н 03 М 1/52 вательно дополнительные реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, ключ и резистор, причем управляющий вход дополнительного ключа объединен с управляющимвходом первого ключа и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединенс выходом переключателя, первыйвход которого является шиной логичекой единицы, а второй вход - шинойлогического нуля, выход элементаИ соединен со счетным входом дополнительного реверсивного счетчика,управляющий вход которого соединенс выходом узла определения знакаматематического ожидания, а второйвывод дополнительного резистора соединен с входом интегратора.1 12Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измерительных системах и является усовершенствованием известного преобразователя, описанного в авт.св. 11 982191.Цель изобретения - повышение точности преобразования.На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг. 2 - временФ ные диаграммы напряжений в характерных точках АЦП, поясняющие работу преобразователя в режиме "Измерение" и иллюстрирующие влияние как внутреннего низкочастотного шума АЦП, так и внешнего по отношению к ключу на фиг. 3 - временные диаграммы работы АЦП с введенной дополнительной схемой компенсации в режиме "Авто- нуль"; на Фиг. 4 - пример реализации формирователя импульсов предназначенного для выработки короткого импульса в момент окончания сигнала управления ключами 1 и 21,Схема интегрирующего АЦП (Фиг. 1) содержит ключи 1-4, интегратор 5, компаратор 6, ключ 7, реверсивные счетчики 8 и 9, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 10 и 11, резисторы 12-14, шину 15 измеряемого напряжения, шины 16 и 17 положительного и отрицательного образцовых напряжений, общую шину 18, управляющий автомат 19, узел 20 определения знака математического ожидания, дополнительный ключ 21, элемент И 22, формирователь 23 импульсов, переключатель 24, шину 25 логической единицы и шину 26 логического нуля, дополнительный резистор 27, управляющий вход 28 реверсивного счетчика 8.На фиг, 2 и 3 обозначено; Упр.1, Упр. 3, Упр. 4, Упр. 7 - сигналы управления соответственно ключами 1, 3, 4, 7;Упр. 28 - сигнал на входе 28 реверсивного счетчика 8; Инт. напряжение на выходе интегратора 5 при некотором положительном измеряемом напряжении на входе АЦП; 29 - напряжение на выходе интегратора 5 при отсутствии как внутренних; так и внешних низкочастотных шумов;30 - напряжение на выходе интегратора 5, отражающее влияние внутреннего низкочастотного шума; 31 - напряжение на выходе интегратора 5 при 11886наличии. как внутренних, так и внешних низкочастотных шумов; Упр. 21сигнал управления, ключом 21; Упр.32 - сигнал на счетном входе 32 5 второго реверсивного счетчика 19;Инт. - напряжение на выходе интегратора 5 в режиме "Автонуль".На Фиг, 4 представлена схема формирователя импульсов 23, содержаще го элементы ИЛИ-НЕ 33-34, конденсатор35, емкость которого определяетсятребуемой длительностью выходногоимпульса, входным сопротивлениемэлемента 34 и выходным сопротивлением 15 элемента 33,Устройство работает следующим образом.В обычном режиме (фиг, 2) переключатель 24 установлен в положение 20 "Измерение", при этом в течение первого такта работы АЦП ключи 1 и 21 замкнуты, все остальные ключи разомкнуты. Предположим, что напряжение навыходе ЦАП 11 равно нулю, При этом 25 производится интегрирование суммы измеряемого напряжения, внутреннихнизкочастотных шумов АЦП и внешнихпо отношению к преобразователю низкочастотных шумов входной цепи. Вовтором такте замкнут один из ключей2 или 3 (в зависимости от полярностивходного напряжения), а все остальные ключи разомкнуты. При этом осуществляется разряд емкости интегратора 5 и через некоторое время его вы )ходное напряжение становится равнымнулю. Этот момент соответствуетокончанию второго такта и фиксируется компаратором 6, Длительность второго такта пропорциональна сумме из Омеряемого напряжения и общей аддитивной погрешности и преобразуется вцифровую Форму, В течение третьеготакта ключи 4 и 7 замкнуты, остальные разомкнуты, при этом происходит 45у"тдновка начальных условий интегратора 5 еОдин раз в несколько циклов измерения (на Фиг.2 - после каждого)выделяется дополнительный интервал 5 Овремени, необходимый для Формирования сигнала компенсации внутреннегонизкочастотного дрейфа нуля интегратора и называемый в дальнейшем вспомогательным циклом. В течение первого такта вспомогательного цикла 55ключ 4 замкнут, остальные - разомкнуты,и;.;ряжение дрейфа нуля интегратора 5интегрируется и подается на вход3 12 компаратора 6, Напряжение на выходе компаратора 6 при этом содержит информацию о разности значений дрейфа нуля усилителя интегратора и компенсирующего напряжения, формируемого на выходе ЦАП 10. Это напряжение поступает на вход узла 20 определения знака математического ожидания,В конце первого такта вспомогательного цикла управляющий автомат 19 опрашивает узел 20, выходной сигнал которого определяет направление счета реверсивного счетчика 8. На счетный вход реверсивного счетчика 8 при этом поступает из управляющего автомата 19 импульс, который приводит к изменению .содержимого счетчика 8 и, следовательно, к изменению выходного напряжения ЦАП 1 О, Это, в свою очередь, обеспечивает уменьшение разности напряжений внутреннего дрейфа нуля и компенсирующего сигнала, пропорционального напряжению ЦАП 10.Второй такт вспомогательного цикла аналогичен второму такту цикла измерения. Затем циклы измерения и вспомогательные повторяются. За несколько вспомогательных циклов на выходе ЦАП 10 устанавлива- . ется напряжение, необходимое для компенсации внутреннего дрейфа нуля преобразователя.Перед началом каждой новой измерительной процедуры, или через определенный промежуток времени (например, один раз в 5 - 10 мин) по желанию оператора включается режим формирования сигнала компенсации внешних низкочастотных шумов переводом переключателя 24 в положение "Автонуль" и замыкаются зажимы входных проводников прибора. В этом режиме (фиг. 3) также чередуются циклы обычного аналого-цифрового преобразования суммы внутреннего и внешнего 11886низкочастотных шумов и вспомогательные циклы формирования сигнала компенсации внутреннего шума, При этомна втором входе логического элемента И 22 появляется сигнал разрешения прохождения импульсов с выходаформирователя 23 на вход второго реверсивного счетчика 9. В каждом основном цикле по окончании сигнала 1 О управления ключом 1, на выходе формирователя 23 образуется короткийимпульс, который поступает на входэлемента И 22 и затем на вход 32 реверсивного счетчика 9. Содержимоесчетчика 9 увеличивается или уменьшается на единицу в зависимости отсигнала с выхода узла 20 определениязнака математического ожидания, задающего направление счета. Изменениесостояния реверсивного счетчика 9приводит к такому изменению напряжения на выходе ЦАП 11, которое соответствует уменьшению разности напряжения внешних шумов входной цепи икомпенсирующего напряжения, образованного вторым ЦАП 11.Таким образом, в положении "Автонуль" переключателя 24 и замкнутыхзажимах входных проводников за несколько циклов преобразования на выходе ЦАП 11 устанавливается напряжение компенсации внешних низкочастотных шумов входной цепи преобразователя. Поступая з режиме "Измерение" впервом такте на вход интегратора 5через ключ 21 и резистор 21, компенсирующее напряжение позволяет уменьшить влияние внешнего низкочастотногошума входной цепи АЦП и, следовательно, повысить точность преобразования.40 При наличии в измерительном приборе, в состав которого. входит данный АЦП, микро-ЭВМ функции реверсивных счетчиков 8 и 9, элемента 22,формирователя 23, управляющего автома та 19 может выполнять ЗВМ.1211886 г ь В.СолодоваМ.Надь Корректор Л.П СоставитВолощук Техред Реда 8 ное ССР аказ Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиал МрЛЬ,вюЗИАД91 аб 61 Тир ВНИИПИ Госуда по делам и 5, Москва, Ж ственногобретении5, Раушс Под пис комитета С и открытий я наб., д.