Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 4 Н 03 М 1/52 СУДАРСТБЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯА ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 247201/24-2 .05.87 .05.89. Бюл сковский эн а У 2 етическии инстиА.А. Шатохин я цифровая измеристоянного тока;ВИНИТИ, сер, Коная техника,с27-30.налого-цифровыеСов.радио, 1980,ИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВ 011(54) ИНТЕГРИРУЮ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретени электроизмерител быть использова и измерительных ,темах. Изобрете сить точность и рующего аналого относится к цифрово ьной технике и может о в цифровых прибора информационных сисие позволяет повыабильность интегрифрового преобразося к цифровой ехнике и може ретение относиизмерительнойпользовано в электр быть и и изме мах.Цел ровых приборционных сист о тельн еов яет ю изобретения ности и стаб иг. 1 предста ма устройствадиаграммы, по чение одного ильности. влена функцио на фиг. 2 ясняющие его(72) Ю.Н, Евланов и (53) 681,325 (088,8 (56) Высокочастотна тельная система по Экспресс информация трольно-иэмерительн вып. 61, М., 1976,Бухтияров Г.Д. А преобразователи. М. с. 167, рис. 7,6,вателя путем автоматическои компенс ции в каждом цикле преобразованияпогрешностей, вызванных неидеальностью элемента сравнения и задержкой включения опорного напряжения П.После окончания интегрирования интег.ратором 2 преобразуемого напряжения 11 и определения его знака под управлением контроллера 5 реализуется фаза интегрирования 11,: сначала в течение небольшого фиксированного интервала времени интегрируется П по знакусовпадающее с 11, а затем 11, по.знаку противоположное 0 , разряжающееинтеграторМомент разряда интегратора определяется элементом 3. Длительность разряда интегратора кодируется, и код запоминается в контроллере 5, р Последний затем устанавливает интегра- Ю ф тор 2 в исходное состояние. Далее пов-горяется фаза интегрирования П,. Ре-зультат преобразования формируетсяф контроллером 5 как разность кодов, полученных при первом и втором интегриавй ровании П 0. 1 з,п.ф-лы, 2 ил. РАЙОб Аналого-цифровой преобразователь содержит коммутатор 1, интегратор 2, элемент 3 сравнения, элемент 4 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, контроллер 5, генератор 6 импульсов, счетчик 7, КЯ-триггер 8, элементы И 9, 10, 0-триггеры 11 и 12, Контроллер 5 и счетчик 7 образуют блок 13 управления. В качестве контроллера может быть использована однокристальная микроЭВМ КР 1816 ВЕ 48, выводы которой соединены с входами и выходами контроллера 5 следующимобразом: вывод 1 с тактовым входом контроллера, выводы 27-32 - с выходами 1-6 соответственно, выводы 33 и 34 - синформационными входами 15 и 2, информационные входы с 3 по п контроллера соответствуют выводам 21-24, 35"38, 12"19 микроЭВМ.На фиг. 2 обозначено: 1 Р - второй информационный вход контролле О ра 5; ОР, - ОР - соответственно выходы 1-6 контроллера 5; А, В, С - выходы соответственно интегратора 2, элементов И 9, 10; ХР, - первый информационный вход. 15Устройство работает следующим образом.Интегратор 2 находится в исходном состоянии, что обеспечивается уровнем напряжения "1" только на вто ром выходе контроллера 5. Сигнал, появляющийся на шине внешнего запуска, подается на второй информационный вход контроллера 5, который переводит второй выход контроллера 5 25 в состояние 0, а первык выход - в "1". В результате на информационный вход интегратора 2 через коммутатор 1 подается преобразуемое напряжение Б. При отрицательном Пвыход- ЗО, ное напряжение интегратора линейно нарастает, По истечении фиксированного интервала времени Т задаваемого контроллером 5, например, посредством программной задержки, первый выход контроллера 5 переходит в состояние "0", В результате прекращается пода 0на информационный вход интегратора. Затем производится определение знака напряжения 40 путем опроса контроллером 5 выхода элемента 5. При положительном напряжении на выходе интегратора 2 (У(0) на выходе элемента 4 формируется уровень "1".45Для исключения влияния внутренних коммутационных помех при малых значениях П после определения знака Бв течение короткого интервала времени ВЕ , длительность которого ,программно задается контроллером 5, 1 производится интегрирование опорного напряжения П того же знака, что и П. Это достигается тем, что контроллер 5 сначала устанавливает в "1" пятый выход, а затем с небольшой задержкой (на фиг. 2 не показана) четвертый или третий выход в зависимости от знака Б. В случае, покаэанном на Фиг. 2, контроллер устанавливает "1" на четвертом выходе. По окончании бС все выходы, кроме шестого, устанавливаются контроллером 5 в нулевое состоние, Этим очищается счетчик 7, переводятся в нулевое состояние триггеры 8, 11 и 12 и дается запрет на вторые входы элементов 9 и 10. Далее выполняется разряд интегратора 2 путем интегрирования Б по знаку противоположного Б, для чего на третьем или четвертом выходе в зависимости от знака Бконтроллером 5 устанавливается "1", на шестом выходе - "0", на пятом выходе формируется короткий положительный импульс. Последнии.переводит триггеры 8, 11 и 12 в единичЪное состояние, чем разрешается интегрирование П и подсчет импульсов генератора б счетчиком 7. Триггеры 1 и 12 осуществляют синхронизацию включения Б и начала подсчета импульсов счетчиком 7. В случае, показанном на Фиг, 2, активизирован элемент 9, под действием выходного сигнала которого на информационный вход интегратора 2 поступает через коммутатор 1 напряжение +П . При достикении выходным напряжением интегратора порога срабатывания элемента 3 на выходе элемента 4 формируется положительный перепад напряжения, под действием которого ЕБ-триггер 8 переходит в нулевое состояние, а затем синхронно с фронтами импульсов генератора 6 переходят в нулевое состояние Р-триггеры - оканчивается интегрирование Б,. Последовательность действий на интервале времени от начала интегрирования Б того же знака,что и П, до окончания интегрирования П, по знаку противоположного Б, составляет фазу интегрирования опорных напряжений. Опрос контроллером 5 вьйсода элемента 4 на интервале разряда интег ратора позволяет определить окончание этой Фазы. Затем контроллером 5 производится считывание и запоминание выходов разрядов счетчика 7. Далее контроллером на интервале С устаЬ навливается в исходное состояние интегратор 2. Для этого только на , втором выходе устанавливается "1" По окончании интервала дповторя-, ется Фаза интегрирования опорных напряжений. Результат преобразования5 14 формируется контроллером 5 как разность кодов, полученных при первом и втором выполнении фазы интегрирования опорных напряжений.При первом выполнении фазы интегрирования опорных напряжений длительность Т разряда интегратора равнаТ=Т, - +дг, +т, (1) Пх о где Т, - длительность интегрированияпреобразуемого напряжения;П, войорное напряжение. Бк - преобразуемое напряжение;ЬС, - приращение длительности Тза счет интегрирования Ц,на интервале Д С,В 1 - приращение Т из-за неидеальности элемента сравненияи задержки включения Бо,Поскольку повторение фазы интегрирования опорных напряжений следуетнепосредственно после интервала д Си занимает малый промежуток времени,то условия работы элемента 3 практически не изменяются. Поэтому при втором выполнении фазы интегрированияопорных напряжений длительность Тразряда интегратора равна(2)Учитывая кодирование временных интервалов Т и Т , выражения (1) и (2) можно представить в виде:М = М- + дИ, +дИ + с; (3) Б о(4)где и и о - погрешности дискретнос 1ти при кодировании соответственно интерва-:.лов Ти ТРезультат преобразованйя Б определяется как разность М- Я согласно формулам (3) и (4):Таким образом, результат преобразования АЦП оказывается свободным от погрешностей, обусловленных не- идеальностью элемента 3 и задержкой включения опорного напряжения, с точностью до значения (с 1,-Ч ), которое определяется разрешающей способ 83639 ностью АЦП, Погрешность АЦП из-занеидеальности элемента 3 и задержкивключения может достигать 1000 ступеней квантования. В предлагаемомАЦП, как следует из формулы (5),погрешность уменьшается до 1 ступениквантования. Указанное преимуществообеспечивает повышение точности истабильности АЦП и цифровых приборовна их основе, а также позволяет снизить требования к параметрам элемен-:та 3 и устранить связанные с рассмотренной погрешностью ручные калибровочные операции и состве". - вующие имрегуяиравочные элементы. 10 15 Формула из обре тения Интегрирующий аналого-цифровой 20 преобразователь, содержащий коммутатор, первый, второй и третий информационные входы которого являются со ответственно входной шиной и шинаминапряжения положительной и отрица тельной полярности, первый выход коммутатора соединен с информационнымвходом интегратора, вход начальногозначения интегрирования которого объединен с первым входом элемента срав- ЗО нения и является шиной нулевого потенциала, выход интегратора соединенс вторым входом элемента сравнения,генератор импульсов, выход которогосоединен с первым тактовым входомблока управления, первый выход которого соединен с первым управляющимвходом коммутатора, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и стабильности, в него 40 введены элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, дваП-триггера, два элемента И, КЯ-триггер, второй выход блока управлениясоединен с входом установки в исходное состояние интегратора, третийвыход соединен с первым входом первого элемента И и первым входом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом элементасравнения, а выход соединен с первым К-входом КЯ-триггера и первым информационным входом блока управления,второй информационный вход которогоявляется шиной внешнего запуска, второй тактовый вход блока управленияобъединен с его первым тактовым входом, с входами первого и второго Ртриггеров, четвертый и пятый выходыблока управления соединены соответственно с первым входом второго элемен 1483639та И и Я-входом КЯ-триггера, второй К-вход которого объединен с входом установки блока управления и соединен с шестым выходом блока управ 5 ления, вход разрешения счета блока . управления соединен с вторыми входами первого и второго элементов И и соединен с выходом второго Р-триггера, Р-вход которого. через первый Р-триггер соединен с выходом КБ-триггера, выходы первого и второго элементов И соединены соответственно с вторым и третьим управляющими входами коммутатора, второй и третий выходы ком мутатора объединены с его первым выходом.2. Преобразователь по п. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на счетчике иконтроллере, первые информационныевходы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, тактовый вход, входы разрешения счета иустановки счетчика являются соответственно вторым тактовым входом, входами разрешения счета и установкиблока, первым и вторым информационными входами и первым тактовым входом блока являются соответственновторой и третий информационные входыи тактовый вход контроллера, первыйвторой, третий, четвертый, пятыйи шестой выходы контроллера являютсясоответственно вторым, первым, третьим, четвертым, пятым и шестым выходами блока.1483639 едактор И НТ С роизводственно-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Заказ 2851/5НИИПИ Госуд Составитель А. Титовбченко Техред Л.Сердюкова Корректор М; Максимишинец Тираж 884 Подписноетвенного комитета по изобретениям и открытиям 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5