Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь с автоматической коррекцией погрешности

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 1 9) 01) 72 4 Н ОЗМ 1/О ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОГО-ЦИФРОВОЙ ТИЧЕСКОЙ КОР(21) 3812962/24-24(53) 681.325 (088.8) кии инс ехниче омсомо П,асов 1444628,атент Великобритании 03 К 13/20, 1976. еративная информация научно-исследовател вузах Украинской ССР оника, автоматика и Х, 1976, с, 53,54. л. НРеф о законских рабоных Радиовязь,электВып,ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании измерительных информационных систем и автоматических измерительных приборов. Цельизобретения - повьпение быстродействия, Преобразователь содержит входнуюинформационную шину 1, источник 2 калибровочного напряжения, источник 3напряжения смещения нуля, источник 4опорного напряжения, первый и второйкоммутаторы 5 и 6, первый, второй,13 третий и четвертый токоограничивающие элементы 7 - 10, выполненные в виде резисторов, интегратор 11, нуль-орган 12, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 13 и 14 калибровки и установки нуля соответственно, блок 15 согласования уровней напряжения, блок 16 управления, счетчик 17, вычитающий блок 18, выходную шину 19 и входную шину 20 калибровочной константы. Поставленная цель достигается за счет 34372выполняемых автоматически операций установки нуля шкалы преобразователя путем изменения уровня опорного напряжения, калибровки (коррекции наклона характеристики) преобразователя путем изменения уровня выходного напряжения источника смещения нуля и следующей за операцией калибровки установки нуля при помощи блока согласования уровней напряжения указанных источников. 2 з,п. Ф-лы, 3 ил, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании измеритель-,ных информационных систем и автомати 5ческих измерительных приборов,Цель изобретения - повышение быстродействия,На Фиг 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг,2 - один из воз" 1 О,можных вариантов реализации; на фиг,3 -временная диаграмма его работы.Преобразователь содержит (фиг, 1)входную информационную шину 1, источник 2 калибровочного напряжения, источник 3 напряжения смещения нуля,источник 4 опорного напряжения, первыйи второй коммутаторы 5 и 6, первый,второй, третий и четвертый токоограничивающие элементы 7 - 10, выполненные 2 Ов виде резисторов, интегратор 1 1,нуль-орган 12, ЦАП 13 и 14 калибровкии установки нуля соответственно, блок15 согласования уровней напряжения,блок 16 управления, счетчик 17, вы 25читающий блок 18, выходную шину 19 ивходную шину 20 калибровочной константы,Блок 16 управления содержит (фиг2) 30генератор 21 тактовых импульсов, дешифратор 22, делитель 23 частоты,блок 24 сброса, счетчик 25 периодакоррекции, П-триггеры 26-30 элементыИ 31"33 элементы И-НЕ 34 и 35 и ин 9 35верторы 36-40,Блок 15 согласования уровней напряжения содержит (Фиг.2) стабилитрон41 и резисторы 42 и 43,Источник 3 напряжения (Фиг. 2) смещения нуля содержит операционный усилитель 44 и резисторы 45-47.Преобразователь работает следующим образом,Инициирование процесса автоматической коррекции погрешности АЦП производится по сигналу (фиг,Зя), формируемому на выходе Э-триггера 29 блока16 управления. Период этого сигналаравен промежутку времени между двумяследующими друг за другом процессамиавтоматической коррекции погрешности,В блоке 16 при этом формируются трипоследовательных импульса (Фиг,ЗЬ),После воздействия первого импульсаустановки нуля (фиг.Зр) устанавливается нулевой потенциал на выходнойшине коммутатора 5 (фиг.Зг). Одновременно начинается формирование сигнала(Фиг,Зг.) для установки ЦАП 13 и 14(фиг.2) в начальное (нулевое) состояние. При этом выходные сигналы источников 3 и 4 напряжения устанавливаются в начальное состояние: потенциалы+ Е -Е, соответственно.Затем производится преобразованиенулевого входного аналогового сигналав .соответствующий ему цифровой эквивалент И (Фиг,ЗЬ) в счетчике 17 сучетом знака смещения нуля АЦП, который заносится в ЦАП 14 по импульсу,формируемому на выходе элемента И 31(Фиг,Зв).После этого йа выходе источника 4устанавливается напряжение, измененноена величину ьЕ пропорциональную Ив соответствии со знаком И , При полоФормула изобретения1. Интегрирующий аналого-циФровой преобразователь с автоматической коррекцией погрешности, содержащий цифроаналоговый преобразователь калибровки и цифроаналоговый преобразователь установки нуля, информационные входы которых подключены соответственно к выходам вычитающего блока и счетчика, первый коммутатор, первый информационный вход которого является входной информационной шиной, а второй информационный вход подключен к выходу источника калибровочного напряжения, последовательно соединенные второй коммутатор, интегратор и нуль" орган, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый токоограничивающий элемент, выполненный в виде резистора, первый вывод которого подключен к первому информационному входу второго коммутатора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены последовательно соединенные источник напряжения смещения нуля, блок согласования уровней напряжения и источник опорного напряжения, а также три токоограничивающих ,элемента, выполненных в виде резистора каждый, причем первый управляющий вход первого коммутатора и установочные входы цифроаналогового преобразоФвателя калибровки и цифроаналогового преобразователя установки нуля обье- динены и подключены к первому выходу блока управления, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами цифроаналогового преобразователя калибровки и цифроаналогового преобразователя установки нуля соответственно, четвертый и пятый выходы подключены к второму и третьему управляющим входам первого коммутато 55 3133437 жительном знаке выходной уровень Е, источника 4 увеличится по модулю на величину 4 Е . При этом скорость изменения выходного сигнала интегратора5 11 во втором такте интегрирования увеличивается на величину, компенсирующую смещение И, характеристики аналого-циФрового преобразователя,После окончания первого такта интегрирования при нулевом входном сигнале АЦП на выходе коммутатора 5 устанавливается калибровочный сигнал (фиг,Зп). Смена состояния коммутатора 5 происходит при воздействии второго импульса (фиг,ЗЬ). Производится преобразование калибровочного сигнала в соответствующий цифровой эквивалент Я (фиг.ЗЬ), Разность И-И, полученная на выходе вычитающего блока 18 (Фиг.2), заносится в ЦАП 13 по сигналу с выхода элемента И 32 (Фиг,2 ч). Промежуток времени между моментом срабатывания триггера 26 и ближайшим следующим положительным Фронтом им 25 пульса после срабатывания триггера, переключающим счетчиком 17 необходим для формирования разности Мк-И, где В - калибровочная точка прибора (константа на входной шине 20), а М результат преобразования калибровочного сигнала. Если, например, И( Мн, то на выходе вычитающего блока 18 устанавливается положительное число, которое заносится в ЦАП 13. В данном35 случае выходной уровень + Ес источника 3 увеличивается на величину ьЕ, (фиг.ЗУ). Скорость изменения выходного сигнала интегратора 11 в первом такте интегрирования при нулевом 4 О входном сигнале увеличивается на величину, компенсирующую мультипликативную погрешность преобразования. При этом нулевое смещение, установленное в цикле коррекции аддитивной погрешности (установка нуля), становится положительным и равным 4 И,. Для автоматической компенсации этого смещения служит блок 15 согласования уровней напряжения, который определяет знак и величину изменения выходного напряжения источника 4 в зависимости от изменения выходного напряжения источника 3, Это происходит следующим образом.В момент времени начала действия импульса записи в ЦАП 13 (фиг.37) изменение выходного напряжения источника 3 (ьЕс на Фиг.ЗУ) передается на 24выход источника 4 с соответствующим коэффициентом передачи, что приводит к изменению его выходного напряжения на величину (4 Е,) коррекции (Фиг.Зх), компенсирующую смещение ЬИ . Таким образом, введение в преобразователь блока 15, новых связей позволяет осуществить автоматическую коррекцию погрешности за два измерительных цикла АЦП: первый цикл - установка нуля, второй цикл - калибровка с коррекцией установки нуля без использования измерительного цикла5 13 ра, третий информационный вход которого объединен с вторым информационным входом второго коммутатора и под. ключен к шине нулевого потенциала а выход подключен к второму выводу пер" вого резистора, первый вывод которого через второй резистор подключен к входу блока согласования уровней напряжения, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго коммутатора, третий информационный вход которого через третий резистор подключен к выходу источника опорного напряжения, четвертый информационный вход через четвертый резистор подключен к выходу нуль-органа, восьмой выход блока управления под" ключен к счетному входу счетчика, выход переполнения которого соединен с третьим управляющим входом второго коммутатора и с вторым входом блока управления, а выходы являются выходной шиной преобразователя и соединены соответственно с первыми входами вычитающего блока, вторые входы которого являются входной шиной калибровочной константы, выходы цифроаналогового преобразователя калибровки и циА- роаналогбвого преобразователя установки нуля соединены с входами источника напряжения смещения нуля и источника опорного напряжения соответственно.2. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик периода коррекции, делитель частоты, дешифратор, пять Р-триггеров, три элемента И, два элемента И-НЕ, пять инверторов и блок сброса, выполненный на резисторе, конденсаторе и инверторе, выход которого соединен с входом. сброса счетчика периода коррекции, первые выводы, резистора и конденсатора и вход инвертора объединены, а вторые выводы резистора и конденсатора подключены к шинам единичного и нулевого потенциалов соответственно, а первый выводрезистора подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с К-входами первого и второго Р-триггеров и входом сброса делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и 343728 вторым входами дешифратора, первыйи второй выходы которого являютсячетвертым и первым выходами блокауправления соответственно, третий выход через первый инвертор соединенс вторым входом первого элемента И,а четвертый выход является пятым вы 1ходом блока управления н соединен с 1 О первым входом второго элемента И и через второй инвертор - с С-входом третьего П-триггера, Я- и П-входы которого подключены к шинам нулевого и единичного потенциалов соответственно а выход соединен с Р-входом четвертого П-триггера, Я-вход которого подключен к шине нулевого потенциала, К-вход объединен с К-входом третьего П-триггера и подключен к выходу третьего элемента И, который являетсявторым выходом блока управления, выход четвертого П-триггера подключенк первому входу третьего элемента И,а С-вход объединен с вторым входом 20 второго элемента И, К-входом пятогоП-триггера и подключен к его инверсному выходу, который является седьмымвыходом блока управления, первый входблока управления через третий инвер" тор подключен к П-входу пятого. Птриггера, прямой выход которого соединен с первь 1 м входом второго элемента И-НЕ, а С-вход соединен с инверсным выходом генератора тактовых импульсов, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элементаИ и является восьмым выходом блокауправления, вшорой вход блока управления соединен с 8-входом пятого П" триггера, со счетным входом счетчика периода коррекции, через четвертый инвертор - с вторым входом второго элемента И-НЕ, а через пятый инвертор - с первым входом первого элемента И и с С-входом второго П-тригге 3. Преобразователь по п,1, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что блок ра, выход которого соединен с вторымвходом первого элемента И, Я-вход объединен с 8-входом первого П-триггераи подключен к,шине нулевого потенциа- БОла, а П-вход соединен с выходом первого П-триггера, П-вход которого подключен к шине единичного потенциала,а С-вход - к выходу счетчика периодакоррекции, выход второго элементаИ-НЕ является шестым выходом блока 55управления, выходвторого элементаИ является третьимвыходом блокауправления7 1334372 8согласования уровней напряжения вы- ственно, первый вывод второго резисполнен на стабилитроне и двух резис- тора подключен к отрицательной клем- торах причем катод стабилитрона и ме источника питания, анод стабилит)первый вывод первого резистора явля- рона и вторые выводы резисторов объе 5ются входом и выходом блока соответ- динены,1334372 О Дог. 3Составитель З,МоисеенкоТехр ед В. Кадар Корректор Л.Бес Редакт Касард аказ 3980/5 В