Адаптивный аналого-цифровой преобразователь

(51)4 НОЗМ 1/ ОПИСАН НИ ОБ ЕТЕЛЬСТВУ ОМ АВТ ил в ОСУДАРСТЕ 1 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) Авторское свидетельство СССР У 942257, кл. Н 03 К 13/02, 1982,Преобразователи информации в аналого-цифровых вычислительных устройствах и системах./Под ред. Г.М.Петрова.М.: Машиностроение, 1973, с. 206.(57) Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям и может быть использовано в измерительной технике, в системах автоматизированного контроля параметров изде.лий электронной техники, а также в 801226666 системах управления технологическими процессами. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и расширение функциональных воэможностей за счет обеспечения преобразования сигналов разной полярности. Это достигается тем, что в преобразователь, содержащий задающий генератор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, компаратор, блок управления, управляемый генератор пилообразного напряжения, регистр введены сумматор, одновибГратор, два счетчика, элемент ИЛИ и инвертор, при этом блок управления выполнен на триггерах, делителе час тоты,счетчике и четырех элементах И, а управляемый генератор - на тригге ре, формирователе двухполярного напряжения и интеграторе. 2 з.п. ф-лы1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 1 12Изобретение относится к аналогоцифровым преобразователям и можетбыть использовано в измерительнойтехнике, в системах автоматизированного контроля параметров изделийэлектронной техники, а также в сис.. темах управления технологическимипроцессами.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения преобразования сигналов разной полярности,На фиг. приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 и 3 -эпюры напряжений и временные диаграммы на выходах соответствующих элементов устройства.рПреобразователь содержит задающийгенератор 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, реверсивный счетчик 3, компаратор 4, входную шину 5,регистр 6, выходные шины 7, шину"Пуск" 8, сумматор 9, блок 10 управления, управляемый генера.тор 11пилообразного напряжения, инвертор12, одновибратор 13, элемент ИЛИ 14,счетчики 15 и 16,Блок 10 управления выполнен натриггерах 17 и 18, делителе 19 частоты, счетчике 20, элементах И 21-24Управляемый генератор 11 выполненна триггере 25, формирователе 26двухполярного напряжения, интеграторе 27.На фиг.2 представлены эпюры напряжений: с 1 - на выходе делителя 19,Р - на выходе триггера 25, 6 - навыходе триггера 17,-- па входнойшине 5 и на выходе сумматора 9 соответственно, Е - на выходе элементаИЛИ 14, ж - на прямом выходе триггера 18, ) - на выходе одновибратора 13, ц - на выходе элементов И 24и 23.На фиг.3 представлены эпюры напряжений: а - на выходной шине 5, навыходе сумматора 9 (штриховая линия)и на выходе ЦАП 2 с момента началапреобразования, О - на входной клемме 5 и на выходе сумматора 9 привоздействии на входную цель импульсной помехи длительностью Ь 1.Адаптивный аналого-цифровой преобразователь работает следующим образомС начала работы на шину "Пуск" 8поступает сигнал, устанавливающийстарший разряд реверсивного счетчика 26666 23 в единичное состояние, а остальные разряды - в нулевое, Если предположить, что ЦАП 2 содержит и разрядов, кроме знакового, то реверсивный счет чик 3 должен содержать (и+1) разряд.После установки реверсивного счетчика 3 в начальное состояние на его выходах, начиная со старшего разрядабудет комбинация 10000. Сигнал задающего генератора 1 частоты Г проходит через делитель 12 и поступает на триггеры 25 и 17, работающие по переднему заднему фронтам импульсов с выходов делителя 19 (фиг 2), Сигналы с выхода триггера 25, преобразуясь в двухполярные формирователем 26, поступают на вход интегратора 27, на выходе которого образуется пилообразный сигнал, который в начальный момент преобразония суммируется сумматором 9 с нулевым сигналом на выходе ЦАП 2 и по-: ступает на инвертирующий вход компаратора 4 напряжения.Сигнал на выходе элемента 21 описывается функциеи Ег (Гг) Л (К) Л (Г ) (1) а сигнал на выходе элемента 22 описывается функциейЕ.г=(Тг 1 л к л( (г) где знак Л определяет операцйю коньюнкции, а символы Тг и К определяют прямое состояние триггера 17 и компаратора 4 (черта над символом указывает инверсное состояние элемента)Г 0 - сигнал на выходе задающего генератора 1.ЪСогласно эпюре напряжений на входах компаратора 4 (фиг,2) и формуле (2) на выходе элемента 22 появляются сигналы с частотой Г задающего генератора 1 от момента появления ло. гической "1 на прямом выходе триггера 17 до момента срабатывания компаратора 4 (й,), а также от момента отпускания компаратора 4 (г) до переключения триггера 17, т.е, указанные элементы 21 и 22 закрыты в интервалах с, -ег, с - (фиг.2), а число импульсов, йрошедших через элементы 20 и 22, обратно пропорционально смещению напряжения л относительно выходного напряжения ЦАП 2, отработанного преобразователем в предыдущем интервале дискретизацииЕмкость счетчиков 15 и 16 выбрана такой, что сигнал переполнения -появляется на каком-либо из них,еслисигнал частоты поступает на его входв течение интервала Т , который опицтределяется сигналами с выходов элементов 26 и 17.Предположим, что входное напряжение Х на клемме 5 отрицательно.Тогда с приходом сигнала 1 Пуск 1,который в (и+1)-разрядном реверсивном счетчике 3 выставляет код100000, через время, равное 2 Тэлемент 21 пропускает на свой выходколичество импульсов равное Т Й7На выходе счетчика 15 импульс переполнения появляется в случае, еслина его счетный вход поступает количество импульсов шТ, Г . Этотимпульс переполнения возводит триггер 18 блока 10 в единичное состоя 1ние, снимая тем самым сигнал Уста 11новка в нулевое состояние счетчика 20, импульс переполнения которого через время 2 Ти снова возвращает триггер 18 в нулевое состояние,формируя по заднему фронту сигналв регистр 6 считывания информациииз реверсивного счетчика 3. Эпюрами е, рк,(фиг.З) изображены сигналы, сформированные на выходе элементов ИЛИ 14, триггера 18, одновибратора 13. Образованный на выходетриггера. 18 (эпюраж ) интервал является промежутком времени, в течение которого пропускается информация с выхода эле 1 энта 21. Таким образом, временный интервал оценки расхождения входной величины Х от К,снимаемой с выхода ЦАП 2, опережаетинтервал коррекции компенсирующей величины Х .До тех пор, пока значение величины Х+Х (штриховая линия, фиг.За)не пересекает согласно графика линиювходного сигнала Х, в каждом следующем интервале 2 Т щ регистр 6 получает дополнительную информацию,равную Т,После того, как Х+Хдостигнетзначения Х (точка С, фиг.За), коррекция компенсирующей величины Хбудет равна величине Т, - (1. -)"" Е у е, где у. е 1 - условнаяединица.Принятая структура подключениярегистра 6, инвертора 12, реверсивного счетчика 3 и цепей установкиначального состояния позволяет находить знак входного сигнала без до 1226666полнительных компараторов знакавходного сигнала. Так, смена начального кода 100000 на выходе реверсивного счетчика 3 на дополнительный код 01111111, что происходитпри вычитании первого же импульса изпервоначального кода счетчика, приводит к смене зиака сигнала Х снимаемого с выхода ЦАП 2,О Амплитуда пилообразного сигнала,Оснимаемого с выхода генератора 1пилообразного напряжения Х, должнабытьПосле попадания Х в зону размахамодулированного сигнала Х+Х коррекция компенсирующего напряжения Х производится не каждый следующий ин 20 тервал 2 Т , а более медленно, порциямигде (С- - 1) - интервал времени, ана логичный интервалу(Т С ).При этом сигнал переполнения счетчиков 15 и 16 может появиться в произвольный момент С (эпюра д ЗО фиг.2), а коррекция компенсирующегонапряжения - на величину, пропорциональную функционалам Г 1(Г 2) 1,2 1являющуюся как бы усредненным значе.нием отклонения Х от средней линии,проведенной на уровне Х (фиг,За).Если входная функция Х проходит. какое-то время точно на уровне М, т.е.входное значение постоянно и равнокомпенсирующему, то в этом промежут О ке времени коррекции компенсирующейвеличины нет,на входы реверсивногосчетчика 3 не поступают счетные импульсы, не меняется выходной код навыходе 7 АЦП.45 При флуктуации Х за интервал2 Т около уровня Х коррекциякомпенсирующей величины Х происходит на усредненную. величину отклонения Х от значения Х.150 На фиг.Зб изображены эпюры напряжений на входах компаратора 4: Х - нанеинвертирующем входе, (Х+Х)на инвертирующем.А 1 и А 2-ординаты пересечения функ ций Х и (Х+Х). Считая,что Х - нулевой уровень (Х=О), находим среднее отклонение Х от Х за периодТищ. Если М - величина монотонная,(4) то можно считать, что среднее отклонение Х от Х за период Т равно А 1 + А 22Выразим ординаты А 1 и А 2 черезуравнения прямых, прошедших черезэти точки (фиг.З) Согласно графику (фиг,З)(4) и подставляя в них (5), получим А +А = --- (С +). (6)213г Т4инт Откуда среднее значение разностиХ - Х равно А +А Б п--(1 + й ), (7)ТинтИз анализа формул (1) и (2) видно, что корректирующая информация в АЦП, поступающая на вход реверсивного счетчика 3 в виде импульсов за интервал коррекции 2 Т определяется как (т +1 ) Йс, у, е 3, где- интервалы времени (фиг.Зб), что то же, что и Т, -(1,-1.-1)1 Й у. е (фиг. За) .Величины (7) и (+4) г, У е 1 различаются только постоянными коэффициентами, т.е. корректирующая информация пропорциональна среднему значению Х-Х за период Т согласно формуле (7). В случае, когда на высокоомных входных цепях АЦП появляется сигнал импульсной помехи (импульсная помеха накладывается на входной сигнал Х), то к количеству (фиг.Зб) корректирующих импульсов, равному (3+4), добавится И +К импульсов, представляющих собой ошибку коррекции.Однако предлагаемый преобразователь не теряет своей работоспособности при ьс сс Т т.е. ошибка незначительна в отличие, например, от известного устройства. 5 20 25 30 35 40 45 50 55 1. Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий задающий генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления, вто рой и третий входы которого соединены с выходами компаратора, первый выход соединен с входом управляемого генератора пилообразного напряжения,второй выход - с первым входом реверсивного счетчика, первые выходыкоторого соединены с первыми входами регистра, первые выходы которого соединены с первыми входами цифроаналогового преобразователя, первый вход компаратора является входной шиной, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения помехоустойчивости и расширения функциональных воэможностей за счет обеспечения преобразования сигналов разнойполярности, в него введены сумматор,одновибратор, два счетчика, элементИЛИ и инвертор, вход которого соединен с вторым выходом реверсивногосчетчика, а выход соединен с вторымвходом регистра, второй выход которого соединен с вторым входом цифроаналогового преобразователя и является первой выходной шиной, а первые выходы регистра являются вторыми выходными шинами, причем второйи третий входы реверсивного счетчика объединены и являются шиной"Пуск", четвертый вход реверсивногосчетчика соединен с третьим выходомблока управления, четвертый выходкоторого соединен с первым входомпервого счетчика, второй вход которого объединен с третьим входом регистра, первым входом второго счетчика и соединен с выходом одновибратора, второй вход второго счетчика соединен с пятым выходом блокауправления, а выход - с первым входом элемента ИЛИ, второй. вход кото.рого соединен с выходом первого счетчика, а выход - с четвертымвходом блока управления, шестой выход которого соединен с входом одноибратора, при этом второй входкомпаратора соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а второй вход - с выходом управляемого генератора пилообразного напряжения.2. Преобразователь по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тек, чта блок управления выполнен на двух триггерах, делителе частоты, счетчике и четырех элементах И, первый вход пер ваго элемента И является первым входам блока управления и объединен с первыми входами второго элемента И, счетчика и входом делителя частоты, второй вход первого элемента И является вторым входом блока управления, третий вход первого элемента И соединен с первым выходом первого триггера, второй выход которого соединен с вторым входам второго элемента И, третий вход которого является третьим входом блока управления, а выход соединен с первым входом третьего элемента И и является четвертым выходом блока управления, второй вход третьего элемента И объединен с первым входом четвертого элемента И, соединен с первым выходом второго триггера и явля- . ется шестым выходом блока управления,второй вход четвертого элемента Исоединен с выходом первого элемента И и является пятым выходом блокауправлении, второй н третий выходыкоторого являются соответственно выходами четвертого и третьего элемен.тов И, второй выход второго триггерасоединен с вторым входом счетчика,выход которого соединены с первым 10 входом второго триггера, второй входкоторого является четвертым входомблока управления, первый выход которого является выходом делителя частоты й соединен с входом первого 15 триггера.3. Преобразователь по и. 1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что управляемый генератор нилообраэного напряжения выполнен на госледовательио 20 соединенных триггере, формирователе двухполярного напряжения и интеграторе, вход триггера является входом управляемого генератора пилообразного напряжения, выход которого 25 является выходом интегратора.1226666 Соста Техре ель А.Тит.Кадар аб Корректор борская едакто Подписно каз 2147/59 Тираж 816 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ркомитета СССРи открытийаушская наб., д. 4 изводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород,ктная,4