Преобразователь напряжения в цифровой код

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл. Н 031 с 13/17 Государственный комитет Савета Министров СССР са делам иэооретений и открытий53) УДК 681,325(088.8 Опубликован Дата опубли 25,06.74. Бюллетень23 вания описания 22.11.74 1) Заявител 1 зг ОВОИ КО(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛо НАПРЯЖЕНИЯ ия напряжения У его за время Т (инравнения этого призначениемЛ 170 в автокоррелнапряжениявантования В резуопределентервал квращенияустройствфункцияопределен льтате измере ия приращения антования) ис абсолютныме используется измеряемого ия интервала к яционная 1 х для Т.(72) Авторы изобретения И, П. Белякова, Г. Изобретение относится к цифровой электро- измерительной технике и может быть использовано в преобразователях напряжения в цифровой код.Известен аналого-цифровой преобразователь с автоматическим квантованием измеряемого напряжения Ух во времени с одновременным квантованием по амплитуде таким образом, чтобы погрешность восстановления ее не превышала заданной величины с определенной вероятностью.Особенность этого преобразователя состоит в том, что к устройству управления преобразователя аналог-код, построенного по принципу поразрядного уравновешивания измеряемого напряжения Ух рядом образцовых напряжений 1/подключают счетчик, реверсивный счетчик и логическое устройство, служащее для подсоединения к выходу цифро-аналогового преобразователя или ко входу сравнивающего устройства дополнительных образцовых напряжений обоих знаков .+ЛУ 0. илов, В. В, Островерхов и 3, П, Тихоно Интервал квантования Т после каждогосравнения приращения сигнала Ьх с абсолютным значением )ЛУ 0 изменяется только на постоянную величину, равную единице дис кретности ЬТ интервала Т, независимо от ско.рости изменения входного сигнала, из-за чего увеличивается время адаптации (переходный процесс) и растет погрешность измерения.В предельном случае минимальный интервал 10 квантования определяется временем измере.ния методом поразрядного уравновешивания гпхч и тем самым ограничивается верхняя граничная частота спектра входного сигнала,Целью изобретения является ускорение пе реходного процесса, увеличение точности измерения при поиске рационального временного интервала квантования для сигналов, представляющих случайные нестационарные процессы, и уменьшение динамической погрешно сти устройства.Для этого в преобразователь введены операционньш усилитель, суммирующее устройство, устройство мажоритарной выборки, устройство перевода кода и компараторы по грешностей восстановления входного сигнала,первые входы которых подключены ко входу всего устройства, вторые входы - к выходам суммирующего устройства, а выходы - ко входам устройства мажоритарной выборки, 30 выходы последнего через устройство перевода10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 кода соединены со входами сумматора интервала квантования, одни входы суммирующего устройства через операционный усилитель подключены к выходу цифро-аналогового преобразователя, а другие входы - к выходу источника дополнительных образцовых напряжений, регистр цифро-аналогового преобразователя выполнен в виде сумматора, входы части разрядов которого подключены к соответствующим выходам устройства перевода кода, а выход компаратора максимального уровня погрешности восстановления входного сигнала соединен с одним из входов устройства управления,Таким образом, благодаря вновь введенным узлам и связям в устройстве осуществляется адаптивное временное квантование сигналов, представляющих собой нестационарные эргодические процессы, за счет изменения единицы дискретности ЛТ в зависимости от локального изменения спектра (или корреляционной функции) входного сигнала при сохранении заданной погрешности восстановления приращения ЛУо и, кроме того, расширяется спектр измеряемых сигналов за счет уменьшения времени преобразования его мгновенных значений.На чертеже приведена функциональная блок-схема преобразователя.Преобразователь напряжения в цифровой код содержит сравнивающее устройство 1, цифро-аналоговый преобразователь 2, сумматор-регистр памяти 3, работающий как регистр памяти, устройство управления 4, сумматор 5 интервала квантования, счетчик 6, логическое устройство 7, источник дополнительных образцовых напряжений 8, операционный усилитель 9, суммирующее устройство 10, компараторы 11, устройство мажоритарной выборки 12, устройство перевода кода 13.Преобразователь работает следующим образом.Под действием сигнала пуск преобразователь измеряет входной сигнал У методом поразрядного уравновешивания в момент времени 1. В измерении участвуют сравнивающее устройство 1, цифро-аналоговый преобразователь 2, сумматор-регистр памяти 3, работающий как регистр памяти, устройство управления 4. На триггерах сумматора-регистра памяти 3 в коде запоминается значение измеряемого сигнала в момент времени 1, т. е. У,(1) = =Уо(1), где Уо - напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя 2.После окончания измерения входного сигнала У, с окончанием последнего такта в цикле измерения У, от устройства управления 4 на сумматор 5 интервала квантования поступает сигнал перезаписи его кода в счетчик 6.На счетчик 6 от устройства управления 4 поступают тактовые импульсы, и он формирует интервал квантования Т. Импульс окончания интервала Т в момент времени 1+Т подается от счетчика 6 в устройство управления 4. От этого сигнала при помощи сравнивающего устройства 1, цифро-аналогового преобразователя 2, устройства управления 4 и логического устройства 7 определяется знак приращения входного сигнала У,.Для этого сравниваются напряженияУ =У, с И(+Т)и в зависимости от результата сравненияпреобразователь работает следующим образом.а) в случае, еслии(г) = и,(еиу+ т),то сигналом от сравнивающего устройства 1 вустройстве управления 4, логическом устройстве 7 и в источнике дополнительных образцовых напряжений 8 производятся соответствующие переключения, в результате которыхна следующем такте, т. е. в момент времени1+ Т+Ы (Л 1 - время длительности одноготакта преобразователя) к напряжению Уоприбавляются напряжения погрешностей ЛУЛ У 2Л Уп.Напрякение У, образуется на выходе операционного усилителя 9. Величина напряжения ЛУ, задается оператором, Значения напряжений погрешностей ЛУ, (1=2, 3, ., и)определяются через погрешности ЛУ, согласно равенству ЛУ=1 ЛУ.К выходному напряжению У, цифра-аналогового преобразователя 2 прибавляется напряжение источника дополнительных образцовых напряжений 8, равное заданной погрешности восстановления ЛУо.Напряжение ЛУо задается, например, равным 2 ЛУ причем масштаб его может изменяться. При таком задании погрешности восстановления входного сигнала всегда погрешность дискретности измерения сигнала Убудет меньше погрешности восстановления. Напряжение У, и напряжения погрешностейЛУь ЛУ 2, , ЛУ, прикладываются к суммирующему устройству 10, которое может бытьвыполнено, например, на резисторах.На выходах суммирующего устройства 10образуются суммы напряжений Уо+ЛУУо+ЛУ 2, " Уоо+ЛК, которые подаются навходы компараторов 11 погрешностей восстановления входного сигнала, количество которых равно числу сумм напряжений Уо+ЛУ 1,гдето=1,2,3,и,Напряжение Уо+ЛУо определяет условиероста интервала квантования Т в случае, когда приращение текущего значения измеряемого сигнала У не превышает суммы напряжений (Уо+ЛУо)Это определяется сравнивающим устройством 1. На этом же такте, на котором опрашиваются, компараторы 11 ошибок восстановления входного сигнала, происходитсравнение текущего значения входного сигнала У (1+Т+Т+Я со значением сумм напряженийУо+Ю,; Ы)+Ы,; У)+Ы.Количество выходов суммирующего устройства 10 зависит от диапазона задаваемых погрешностей восстановления входного сигнала. В пределе сумма дискретных значений погрешностей может выбираться равной пределу измерения входного сигнала. В результате после срабатывания только тех компараторов 11 погрешностей восстановления входного сигнала, на входах которых оказалось, что1 и+ т+ ду)1 и, + ли, в устройство мажоритарной выборки 12 подаются кодовые сигналы, которые им фиксируются, а интервал квантования Т при этом остается неизменным. Подобные сравнения осуществляются т раз, каждое из которых следует через время Л 1. Результаты т-кратного сравнения текущего значения измеряемого сигнала У, с погрешностями восстановления фиксируются устройством мажоритарной выборки 12.т определяется из оптимального соотношения между требуемыми значениями помехоустойчивости и быстродействием устройства.После прохождения т тактов, т. е. по истечении времени тМ, от устройства управления 4 подается сигнал на устройство перевода кода 13, по которому код усредненного значения от сработавших компараторов 11 погрешностей восстановления входного сигнала переводится в код с основанием, принятым в сумматорах 5 и 3, и полученный переведенный код складывается с кодом сумматора 5 интервала квантования и сумматора 3, совмещенного с регистром памяти, цифро-аналогового преобразователя 2,Таким образом, приращение текущего значения входного сигнала У и в результате этого на цифро-аналоговом преобразователе 2 фиксипуется следующее измеренное значение К При этом сокращается общее время преобразования.Кроме того, прибавление кода в сумматоре 5 интервала квантования уменьшает интервал квантования Т на время КЛТ, которое соответствует изменению входного сигнала за предыдущий интервал квантования Т и за время мажоритарной выборки тджх (К - коэффициент, численно равный кодч погрешности восстановления, определяемый в устройстве мажоритарной выборки за указанный интервал времени Т+тдг, а ЛТ - минимально возможный интервал квантования).Однако после сигнала пуск в сумматоре 5 интервала квантования было записано максимальное число, соответствующее минимальному времени квантования Т Поэтому после первого измерения всегда выполняется условиеид+ т+ ми, + лит. е. ни один из компараторов 11 и сравнивающее устройство 1 не срабатывают, и с логического устройства 7 на сумматор 5 интервала квантования будет подан сигнал на умень 5 10 15 20 25 30 40 45 50 шение кода на единицу, соответствующий увеличению интервала квантования Т на ЛТ,Далее устройство управления 4 начинает определение следующего интервала квантования Т, исключая преобразование сигнала У,.методом поразрядного уравновешивания.В случае, если на одном из последующих измерений изменения текущего значения входного сигнала У,. за время интервала квантования, состоящего из отрезков времени Т+ +4 Лг+тМ (где 4 Л 1 - время. затрачиваемого на следующие операции: на определение знака приращения текуц 1 его значения входного сигнала Уна сравнение текущего значения сигнала с заданной погрешностью ЛУ, на определение приращения в коде и на суммирование его с кодом напряжения У,1, окажется, что текущее значение сигнала У, превышает уровень напряжения У,+ЛУ, то с выхода компаратора К, группы компараторов 11 на устройство управления 4 подается сигнал, по которому производится поразрядное преобразование сигнала С,.Далее преобразователь снова оценивает только приращения входного сигнала, по которым образуются новые значения напряжения Уо и его кода, соответствующие результатам преобразования напряжения У, поразрядным уравновешиванием.Интервал квантования Т может возрастать даже в промежутках между временем начала и конца ваботы устройства мажоритарной выборки 12, т, е. на одном из тактов тджх.В случае, еслии Ю = и ) и И+ т 1логика работы устройства сохраняется, а некоторые особенности его работы заключаются в следующим.В момент времени +Т+М из напряжения У на выхоче операционного усилителя 9 вычитаются напряжения ЛУ 1, ЛУ , ЛУ, и напряжение ЛУ; вычитается из напряжения У - выходного напряжения цифро-аналогового преобпазователя 2. На выхоче сммиоующего устройства 1 О образуются следующие суммы напряженийди 1) иО Ли 2фиО ддПри 1 и(г+ Т+ ЛУ)1) (ио - ЛЦ 55 60 65 ни один из компараторов 11 и сравниваюшее устройство 1 не срабатывают и сигналом от логического устройства 7, в формировании которого участвует устройство управления 4, интервал квантования Т при помощи сумматора 5 интервала квантования увеличивается на минимально возможщю величинч ЛТ, а код напряжения Уна сумматоре 3 остается без изменения.Далее начинается определение интервала квантования Т с последующими операциями определения знака и величины приращения сигнала У,. Процесс увеличения интервала квантования Т на величину ЛТ продолжаетсядо тех пор, пока не сработает сравнивающее устройство 1, В этом случае интервал квантования будет уменьшаться скачком на величину КдТ,При этом будет проверяться условиеиу+ т+ д (ц, - ди,)в течение т тактов сравнения, Значение кода компараторов в этом случае, как и ранее с устройства мажоритарной выборки 12, подается через устройство перевода кода 13 в сумматор 5 интервала квантования, где суммируется с ранее хранимым в нем кодом. С учетом знака код с устройства перевода кода 13 одновременно подается в сумматор 3 цифроаналогового преобразователя 2 для формирования нового значения напряжения Уо и его кода,Выходной код измеряемого сигнала С", на каждом цикле измерения считывается с параллельного выхода сумматора-регистра памяти 3, выходной код интервала квантования считывается с параллельного выхода сумматора 5 интервала квантования. Начало первого измерения в преобразователе определяется временем прихода сигнала пуск, а начала всех последующих измерений происходят после изменения кода сумматора 5 интервала квантования.Итак, при первом измерении преобразователь измеряет входной сигнал методом поразрядного уравновешивания и затем определяет и корректирует интервал квантования, В случае, если текущее значение входного сигнала не превышает ббльшего значения заданного уровня на компараторах погрешностей восстановления 11, то время измерения сигналов поразрядным уравновешиванием исключается, а результат нового измерения сигнала У,. образуется путем суммирования величины изменения сигнала с предыдущим измеренны м значением, что позволяет допустить большую скорость изменения сигнала У,. При этом происходит установление и непрерывное поддержание оптимального интервала квантова 10 15 20 к входу всего устройства, вторые входы - и25 выходам суммирующего устройства, а выхо 30 35 40 45 ния входного случайного песта ционарногосигнала. Предмет изобретения 1. Преобразователь напряжения в цифровой код, содержаший сравнивающее устройство, соединенное с выходом цифро-аналогового преобразователя, устройство управления, к выходу которого подключен сумматор интервала квантования и счетчик и через логическое устройство источник дополнительных ооразцовых напряжений, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ускорения переходного процесса и увеличения точности измерения при поиске рационального временного интервала квантования для сигналов, представляющих случаиные нестационарные процессы, в него введены операционный усилитель, суммирующее устройство, устройство мажоритарной выборки, устройство перевода кода и компараторы погрешностей восстановления входного сигнала, первые входы которых подключены ды - к входам устройства мажоритарной выборки, выходы последнего через устройство перевода кода соединены с входами сумматора интервала квантогания, одни входы суммирующего устройства через операционный усилитель подключены к выходу цифро-аналогового преобразователя, а другие входы - к выходу источника дополнительных образцовых напряжений,2. Преобразователь по п. 1, отл и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения динамической погрешности устройства, в нем регистр цифро-аналогового преобразователя выполнен в виде сумматора, входы части разрядов которого подключены к соответствующим выходам устройства перевода кода, а выход компаратора максимального уровня погрешности восстановления входного сигнала соединен с одним из входов устройства управления,Приоритет по и, 2; 10.02.72Редактор А. Зиньковски ПодписноеСР Изд.68 Тираж 811 1 ИИПИ Государственного комитета Совета Мини но делам изобретений и открытий Москва, Ж, Раушская наб д. 4 5