Аналого-цифровой преобразователь

(51)5 Н 03 М 1/ ЕДОМ СТВО СССР ОСПАТЕНТ СССР) БРЕТЕНИЯ СА АВТОРСКОМУ С ТЕЛ ЬСТ 21) 4885879/24 (22) 26,11,90(46) 15,04,93. Бюл. Р 4 (71) Всесоюзный нау институт электроизм (72) Э.П,Тихонов и А (56) Авторское свиде М 1451858, кл, Н 03Авторское свиде М 1234611, кл. Н 03 14чно-исследоерительных А,фремкетельство СС М 1/46, 198тельство ССМ 1/56, 198 ательскийприборов(57) Изобррительнойвано в мнприборахявляется иние област троизме- спользотельных бретения расшире- спользоИзобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использо. вано в многоканальных измерительных приборах и системах.Целью изобретения является повышение точности аналого-цифрового преобразования при воздействии периодической и случайной помехи и расширение функциональных возможностей устройства.Сущность изобретения заключается в следующем. Известно, что интегрирующие . АЦП имеют в десятки и сотни раз меньшее быстродействие по сравнению с обычными.АЦП, например, построенными по алгоритму поразрядного уравновешивания, Поэтому переход на многоканальный интегрирующий АЦП по схеме коммутатор - АЦП приводит к значительному увеличению времени многоканального интегрирующего аналого-цифрового преобразования из-за пос дом СУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБР етение относится к элек технике и может быть и огоканальных измери и системах, Целью изо овышение точности и и применения за счет и вания в многоканальных устройствах. Цель достигается тем, что в устройство, состоящее из компаратора, генератора импульсов, элемента И, счетчика и генератора пилообразного напряжения, дополнительно введены пкомпараторов, где и - число каналов преобразователя, генератор шума, аналоговый сумматор, второй счетчик и многоканальный цифровой усреднитель. За счет одновременного сравнения входных сигналов в каждом канале с пилообразным эталонным напряжением и параллельной записью результатов преобразования в многоканальный цифровой усреднитель в последнем за один период сетевой помехи и в-циклов преобразования образуются благодаря усреднению цифровые значения измеряемых сигналов каждого канала с высокой точностью, 1 з,п, ф-лы, 2 ил,ледовательного преобразования в кажканале,В предлагаемом изобретении время многоканального преобразования сокращается в и раз за счет того, что за один цикл времяимпульсного преобразования, то есть за один период работы ГПМ, в многоканальный цифровой усреднитель записывается результат преобразования по всем и каналам.Времяимпульсный метод преобразования не обеспечивает высокую помехоустойчивость относительно помех нормального и общего видов, поэтому для повышения помехоустойчивости и тем самым точности аналого-цифрового преобразования за период сетевой помехи (помехи нормального вида) необходимо произвести гп-кратное преобразование и усреднение в каждом канале по алгоритму .Ьв=ЬвЬ 1 -л2 лГ П с 08 (во + ЬЙ) Йц+ 45 1и(Оср(= - Ох(и (=1где Ох - входное напряжение в 1-м канале АЦП;5п 1- число циклов преобразования за период помехи;Оср( - результат интегрирующего преобразования в (пм канале,Время преобразования Ь т в каждом цикле и число циклов преобразования,в должно выбираться из равенстваТо= Ьт вгде Т, - период следования синусоидальной помехи. 15Для времяимпульсного преобразования аналоговой величины в код в 1-ом цикле преобразования для -го канала время преобразования с учетом воздействия шума на ГПН определяется из уравнения- - = Ох + О(о зп (во +Ьв) хО.Тохсц+( - 1) То 4где О, - максимальная амплитуда ГПН, равная максимально-допустимому значению 25 входного сигнала;,То - период следования ГПН (время цикла одного преобразования);( -время преобразования в -м цикле для/-го канала; . 30Ох( - входное напряжение в )-мканале, которое остается постоянным за время То; .О - амплитуда помехи нормального вида;во = 2 лТо - номинальное значение 35 частоты сетевого напряжения;Ьв - отклонение частоты сети от номи. нального значения;- 7 згде й= - - математическое ожидание цифрового эквивалента входного сигнала; 55Ьс - период следования сигналов генерато а импульсов 9;( - случайное отклонение цифрового эквивалента входного сигнала от математического ожидания из-за воздействия шумов; Охо, То, с О(п л 2 Л дх = - -; Ы = -ч - ,. да --- -, во =- ОоЬтпо " в(ч г - определяется величиной нестабильности частоты сетевого напряжения;9 - сумма шума,.воздействующего на ГПН и шума квантования,Представим синусоидальную функцию в видезп ( во + Ь Й )й+ ( ( - 1 ) (ч + ц= =зп(Йо+ЬЙ)(йф + - 1) Й)+соз( во+ Ьв )Ъ+(1-1)й( во + Ьв )й(так какфд д, РМ( - Х й=( -хгл (=1 гп (=1 х(з 3 п( во + ЬЙ Щ+(1-1)М)х(во + ЬЙ)йц 3=0 где М - оператор математического ожидания,той,и+ ипппп.+Лсп ХВ;+р.1)и)(П 1Второе слагаемое определяет величину относительной погрешности из-за воздействия помехи нормального вида. Подставим ее в следующем видеили д щу - " " з(па+3 . ( 1,) з 1 п(.щ (=1сс- ф )с 1 п -( -- -спппс) л( - + - )=1 1 и 1 г 10 3 ( 2 )( г)Если нестабильность сетевой частотыдп,15отсутствует, то у = -2 л . Из последне.зго равенства следует, что погрешность нормального вида убывает очень быстро сувеличением выборки щ. Наличие нестабильности частоты сетевого напряженияприводит к увеличению погрешности, однако это увеличение незначительно,Все вновь введенные в устройство элементы и блоки широко известны и используются по своему прямому назначению,проявляя при этом каждый в отдельностиизвестные свойства. Однако, взятые в совокупности вновь введенные элементы и элементы прототипа проявляют новоесвойство - повышение точности аналогоцифрового преобразования при воздействии периодической и случайной помехи ирасширение функциональных возможностей устройства, что позволяет широко использовать предлагаемое устройство ввысокоточных многоканальных измерительных системах, Это новое свойство не повторяет ни одно из известных свойствотличительных признаков и не является их 40суммой,Каждый из введенных элементов, отдельно взятый; необходим для достиженияположительного эффекта, а все они вместевзятые, с учетом их взаимосвязей и связей 45между ними и элементами прототипа достаточны, чтобы отличить предлагаемое устройство от других устройств подобногоназначения и характеризовать его в том качестве, которое проявляется в повышении точности аналого-цифрового преобразованияпри воздействии периодической и случайнойпомехи и возможности использовать его длямногоканальных измерений.На фиг.1 представлена блок-схемапредлагаемого устройства; на фиг,2 - однаиз возможных реализаций многоканального цифрового усреднителя.Устройство содержит компараторы 1,первые входы которых соединены с входными сигналами, вторые входы соединены с выходом блока аналогового сумматора 2, первый вход его соединен с выходом генератора шума 3, второй вход соединен с выходом генератора пилообразного напряжения 4, вход которого соединен с первым выходом счетчика 5 и с первым входом многоканального цифрового усреднителя 6, вторые входы которого с первого по и-ый соединены с выходами компараторов 1, третий вход соединен с первым входом счетчика 5, первым входом счетчика 7 и с входом устройства "Пуск", выходы многоканального цифрового усреднителя 6 соединены с выходом всего устройства; второй вход счетчика 5 соединен с выходом схемы 8 "И", первый вход которой соединен с выходом генератора импульсов 9, второй вход соединен с выходом счетчика 7, второй вход счетчика 7 соединен с вторым выходом счетчика 5.Многоканальный цифровой усредни- тель.б (фиг.2) содержит и цифровых сумматоров 10 и и-регистров 11, где и - число каналов устройства, Первые входы цифровых сумматоров 10 соединены с первым выходом счетчика 5, вторые входы соединены с соответствующими выходами регистров 11, первые п входов которых соединены с соответствующими выходами и компараторов 1, вторые входы соединены с выходами цифровых сумматоров 10 и вторые выходы соединены с выходом устройства.Аналого-.цифровой преобразователь работает следующим образом.Импульсом "Пуск" сбрасываются счетчики 5 и 7, разрешая прохождение на счетный вход счетчика 5 через схему "И" 8 импульсов от генератора импульсов 9, и обнуляется многоканальный цифровой усреднитель 6, Выход счетчика 5 подключен к входу генератора пилообразного напряжения 4, представляющий цифроаналоговый преобразователь. С выхода генератора пилообразного напряжения 4 снимается линейно изменяющееся напряжение, начальное значение которого равно нулю (счетчик 5 обнулен), а конечное значение равно предельному значению входного напряжения, Это напряжение суммируется в аналоговом сумматоре 2 с напряжением от генератора шума 3 и подается на первые входы компараторов .1-1 п, на вторые входы которых. подаются входные напряжения 01-0. В момент равенства входного напряжения Ох -го канала выходному напряжению аналогового сумматора 2 1-ый компаратор изменит свое состояние и перепишет соответствующее кодовое значение этого напряжения Ох с выхода счетчика 5 в многоканальный цифровой усреднитель 6, где в 1-ом цифровом сумматоре 10 просуммирчзтся с результатом предыдущего измерения, записанного в регистре 11. При первом измерении с нулем.Таким образом, после первого такта измерения в многоканальном цифровом усреднителе 6 будут записаны кодовые значения входных напряжений по всем и каналам преобразователя. Счетчик 5, досчитав до конца, обнуляется, импульсом переноса записывает единицу в счетчик 7 и начинается второй такт измерения, аналогичный первому, Число тактов измерения, или объем выборки задаются объемом счетчика 7, который, досчитав до конца через схему "И" 8 запрещает подачу на счетный вход счетчика 5 импульсов и выдает команду "Конец преобразования",.Таким образом эасчет одновременного сравнения входных сигналов в каждом канале с пилообразным эталонным напряжением и параллельной записью результатов преобразования в многоканальный цифровой усреднитель в последнем за один период сетевой помехи и щ-циклов преобразования образуются благодаря усреднению цифровые значения измеряемых сигналов каждого канала с высокой помехоустойчивостью и тем самым с большей точностью,фо рмула изобретения 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, первый вход которого является первой входной шиной генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом первого счетчика, и генератор пилообразного напряжения, отличающийся тем,что.с целью повышения точности и расширения области применения путем обеспечения возможности использования в многоканальных устройствах, в него дополнительно введены п компараторов, где п - число каналов преобразователя, генератор шума, ана логовый сумматор, второй счетчик имногоканальный цифровой усреднитель, причем первые входы пкомпараторов являются соответственно ивходными шинами, вторые входы всех компараторов 10 объединены и соединены с выходом аналогового сумматора, первый вход которого соединен с выходом генератора шума, второй вход - с выходом генератора пилообразного напряжения, входы которого объединены с 15 первыми входами многоканального цифрового усреднителя и соединены с первыми входами первого счетчика, второй выход которого соединен с первым входом второго счетчика, выход которого соединен с вто рым входом элемента И, второй вход является шиной "Пуск" и объединен с вторым входом первого счетчика и с вторым входом многоканального цифрового усреднителя,. третьи входы которого соединены с соответ.25 ствующими выходами п компараторов, а выходы являются выходной шиной.2. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что многоканальный цифровой усреднитель выполнен на и цифровых сум маторах и и регистрах, первые выходы которых являются соответствующими выходами многоканального цифрового усреднителя, первые входы - соответствующими третьими входами многоканального цифрового ус реднителя, вторые входы и вторые выходысоединены с соответствующими выходами и первыми входами и цифровых сумматоров соответственно, вторые входы которых являются первыми входами многоканального 40 цифрового усреднителя,