Аналого-цифровой преобразователь

Изобретение относится к импульсно й технике, в частности преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов, и является дополнительным к авт. св, СССР 1 486473,Цель изобретения - повышение точности,На фиг. 1 изображена блок-схема 10 АДП; на фиг. 2 - временная диаграмма работы АЦП,Устройство содержит входную шину 1, шину 2 эталонного 1, напряжения и ш ну 3 сигнала пуска в работу, вы ходные шины 4 кода результата преоб 4 разования, счетчик 5 формирования временного интервала, реверсивный счетчИк 6, генератор 7 эталонной частот, управляемый генератор (УГ) 8, 20 делитель 9 тока, регис,тр 10, двухпозиционный аналоговый ключ 11, триггер 12 такта, триггер 13 цикла, дополнительный триггер 14, одновибратор 15 гашения, одновибратор 16 вре менной задержки, дополнительные одновибраторы 17 и 18, формирователи 19 и 20 импульсов, элементы И 21-26, элементы ИЛИ 2, группу элементов ИЙИ 28, элементы ИЛИ 29 и 30 и дешиф ратор 31 нулевого кода.При этом реверсивный счетчик 6 еет и двоичных разрядов с емкостьюВ счетчике 5 число двоичных разрядов увеличено на с 1,(Я=2 ) и его емок кость равна И=2 1=11 Ц он имеет Р офР ьладших разрядов с емкостью Р =2 а в старших (пс 1-Р) разрядах й в саМом младшем разряде входы дпя записи кода "1", Регистр 10 имеет Р+1 двоичный разряд.Делитель 9 тока осуществляет преобразование 11, в ток 1 /Е с цифро 9 Г р вым управлением, наибольшая величина11 о 1 составляет частоту тока -о , т,е, 45 РР ОоВ э 1 =-. Этот делитель может быть Р И В выполнен, например, на основе В-разрядной резистивной матрицы типа 2 В - В - 2 В. В этой матрице резистор 2 В каждого разряда подсоединяется к выходу или к нулевому напряжению с помощью разрядных переключателей при подаче на их входы соответственносигналов 1 или 0 , Если оконечный резистор 2 В младшего разряда не подсоединен к нулевому напряжению и имеет дополнительный выход , этот выход необходимо подсоединить к дополнительному персключателю (Р+1) разряда, аналогично переключателям разрядов матрицы, а вход матрицы соединить с входом делителя через резистор с величиной В- . Так какРвход делителя 9 соединен с 11, то на его выходе в зависимости от входного кода формируется ток от 0 до 1, соответственно для кодов "0" и 1 во всех разрядах, включая Р+1. Изменение 1 происходит с величиной кванта= в - при изменении входногоВ Икода на единицу.В двухпозиционном аналоговом ключе 11 величина резистора увеличена и"Иравна В(- в -). При отсутствии сигналаБ-РРна управляющем входе этот резистор подключен к Б и на вход УГ 8 посту 11, Рпает ток 1 = (1- -), а при наличиио В Дуправляющего сигнала резистор подключен к П и обеспечивает ток 1 =Генератор 7 имеет частоту 1, которая по сравнению с прототипом уве" личена в ч, раз. Так как счетчик 5 имеет емкость И=Ц, И , то формируемая длительность первого такта равнаМТ = - , В генераторе 7 имеется два овхода, первый для остановки генерации, второй - для запуска, и он может быть выполнен, например, в виде последовательно соединенных в кольцо двух одновибраторов с элементом ИЛИ в цепи обратной связи на входе первого одновибратора, через который осуществляется запуск генератора 7 от внешнего импульса, а его останов может быть выполнен путем подачи на одновибратор 16 временной задержки импульса сброса с длительностью, большей 1/1.На временной диаграмме (фиг. 2) обозначены: 32 - сигнал на выходе "1" одновибратора 15; 33, 34 и 35 - сигналы на выходах "1" триггеров 12, 13 и 14; 36 и 37 - сигналы на выходах "1" одновибраторов 16 и 17;38 - сигнал окончания преобразования на выходе дешифратора нулевого кода 31,Устройство работает следующим образом.По внешнему сигналу пуска запускаетсяодновибратор 15, который сигналом с его выхода "0" устанавливает коды "0" в счетчике 5 и реверсив 5 ном счетчике 6. Отрицательный перепад сигнала 32 с выхода "1" одновибратора 15 записывает "1" в триггерах 12 и 13 и "0" в триггере 1.4 (через элементы ИЛИ 29)При переключении 10 триггера 12 элемент ИЛИ 27 запускает одновибратор 16, который сигналом с выхода "0" запрещает прохождение импульсов через элементы И 21, 22 и 23 и выключает генератор 7. Дли тельность импульса 36 одновибратора 16 больше времени переходного процесса в УГ 8 при подключении к нему 11, которое осуществляет ключ 11 по игналу 33 с выхода 1 триггер 12. Сигнал 33, проходя через группу элемент ИЛИ 28, в делителе 9 включает ток 1а поступая в счетчик 6, включает режим суммирования. 25 40 На вход УГ 8 поступает ток 1 =:1 +1 : (11 Л)+ " .о Р В Г ВГЕсли Ц, =13 о, то максимальный ток11 о1 = - , и УГ 8 формирует импульсыс частотой Р , число которых за Тобудет равно Бо. В этом случае припреобразовании частоты УГ 8 вкодбудет наименьший временной квант,равный 1,=Я/Г.35При Б=О входной ток УГ 8 равен1 и соответствующая ему частота Рюс выхода УГ 8 будет наименьшей Р =Р1 о=Р -а временной квант 1 прио д оее преобразовании в код будет наибольшим,БЦф о +рРПодсчет импульсов счетчиков 5 иреверсивйым счетчиком 6 соответст-45венно от генератора 7 и от УГ 8 начнется только после окончания сигнала36 и по появлению первого импульсаот УГ 8, который пройдет через элемент И 23 и отрицательным перепадом 50установит "1" в триггере 14. Его выходной единичный сигнал 35 вместес сигналом 34 с выхода триггера 13 исигналом с выхода одновибратора 16разрешает работу элементов И 21 и 22. 55Отрицательный перепад сигнала свыхода триггера 14 запускает форми".рователь 19, выходной импульс которого включает в работу генератор 7.Это обеспечивает синхронизацию начала первого такта с импульсами Г и Р что исключает ошибки при формировании То и С, при подсчете импульсов от УГ 8.Длительность первого такта Т, формируется, начиная с момента запус" ка генератора 7 до переполнения счетчика 5. В течение Т, с каждым импульсом УГ 8 осуществляется запись в регистр 1 О кода из Р младших разря" цов и старшего разряда счетчика 5.При этом для исключения возможной записи неправильного кода в моменты переходных процессов при подсчете импульсов счетчиком 5 эта запись осуществляется с помощью элементов И 24 и 26 (работа которых разрешена сигналом 33), элемента ИЛИ 30, формирователя 20 и одновибратора 18. Запись неправильного кода может произойти в моменты времени, когда импульсыи Р, совпадают, поэтому элемент И 24 в эти моменты времени на выходе будет иметь сигнал, запускающий положительным перепадом одновибратор 18.Длительность импульса одновибратора 18 устанавливается большей длительности, импульсов сигналов Р, и Г, но не превышающей 1/Р,. Этот импульс объединяется с импульсами УГ 8, прошедшими через элемент И 26, в элементе ИЛИ 30, выходные сигналы которого запускают по отрицательному перепаду формирователь 20, осуществляющий запись кода в регистр 10. При совпадении импульсов Р, и Г элемент ИЛИ 30 сдвигает во времени запуск формирователя 20 и тем самым обеспечивает запись кода в регистр 10 после окончания переходных процессов в счетчике 5 при подсчете импульсов .В конце Т, первого такта последний импульс Р, от УГ 8 может совпасть с последним импульсом У, вызывающим переполнение счетчика 5 и установку в нем кода "0". В этом случае во все разряды регистра 10 записывается код "О", включая "0" в старший Р+1 разряд.Если последний импульс Р, от УГ 8 приходит до окончания Т то в разрядах счетчика 5 находится код (М-Р +.Р +Р, ), где Р, - код в его Р младших разрядах.Величина Р, при наибольших значениях временного интервала от последне. го импульса Р, до окончания Т наименьшая и равна нулю (кроме описанного случая при переполнении счетчиКа) при появлении последнего импульсат 51за время С =Р , до окончания То рГофПри этом во всех старших разрядах начетчика 5 будет код "1". Если приНять, что С, соответствует наибольше иу временному кванту Р получаемому фри преобразовании УГ 8 сигнала 1 Могда 11=0, то для этого случая 4 аЯИет соотношение С, = -- , которое поо Р ф 15 эволяет определить величину РИ г -Р-- =1 Ц И20Сформированный в счетчике 5 код Соответствует временному интервалу Т,(ТТ) от начала Т до последнеГо импульса Р, . Получение этого кода СВязано с временной ошибкой Сиз-за 25 Временного квантования с помощью 1 мпульсов. Поэтому величина Т,может быть представлена какТп,=(Б-Р +Р, ) - +С,.130За время Т в счетчик 6 от УГ 81 оступает целое число импульсов РИ записывается кодРТх35По окончании Т импульс переполнения счетчика 5 устанавливает в "0" триггер 12, снятие "1" выходного сигнала 33 которого в двухпозиционном аналоговом ключе 11 подключает к УГ 40 8 ток 1 и разрешает прохождение через элементы 28 сигналов "0" и "1" с выхода регистра 10 (вместо сигналов "1" в первом такте), сигнал с Выхода "0" триггера 12 в счетчике 6 45 включает режим вычитания и запускает одновибратор 16. Выходной сигнал последнего останавливает генератор 7 и запрещает прохождение импульсов на входы счетчиков 5 и 6. 50Сигналы с выхода регистра 10 через элементы ИЛИ 28 в делителе 9 устанавливают ток 1 , величина которого при коде "1" в (Р+1) разряде регистра 10 равна 1 =Р, х , а при кодеф0 в этом разряде - 1., так как сиг 1,нал с его выхода 0 поступает на входы всех элементов 28 аналогично их работе в первом такте. На входУГ 8 поступает ток2 по2 Щ"-1 оЭтот ток с помощью УГ 8 преобразуется в частоту Р =К 1 г 1При токе делителя 9, равном 1т 1 = в ., т.е. равен току 1 второгоГ 1 о2 щ Вб такта работы прототипа.Начало второго такта происходит аналогично первому такту с приходом первого импульса Р от УГ 8, При этом импульс переполнения счетчика 5 по окончании Т запускает одновибратор 17, его выходной сигнал 37 проходит через элемент И 25, работа которого разрешена сигналом 36, на входы записи кода "1" в самый младший и в (п+с 1-Р) старшие разряды счетчика 5, устанавливая в нем код (И-Р +1), и на элемент ИЛИ 29, через который в триггере 14 записывает код "0". После окончания сигнала 36 первый импульс Р устанавливает в "1" триггер 14, этим обеспечивается синхронизацияи Р , а также работа счетчиков 5 и б.В течение второго такта импульсы Р вычитаются иэ Хв счетчике 6, а импульсыподсчитываются счетчиком 5, Этот процесс продолжается дотех пор, пока в счетчике 6 не установится код "0", по которому дешифратор 31 нулевого кода формирует сигнал 38. Отрицательный перепад этого сигнала устанавливает в "0" триг" гер 13, его "1" сигнал 34 снимается и запрещается прохождение импульсов на входы счетчиков 5 и 6, преобразование заканчивается. ДлительностьХвторого такта равна Т = -г РВремя Т преобразуется в код Х с помощью счетчика 5, подсчитывающего имйульсы Г. При этом в Хг может возникнуть от квантования ошибка12т,е. Т =Х - +С . Отсюда можно опрегцделить величину ХХ,=Т Г= - " (И-Р )+ Р + 28 - Гвход которого соединен с выходом второго дополнительного одновибратора третий вход четвертого элемента И соединен с выходом генератора эталонной частоты, первый вход которого подключен к выходу одновибратора вре меной задержки и к второму входу третьего элемента И, второй вход - к Выходу первого формирователя импульсов, вход которого объединен с третьим входом третьего элемента И и подключен к нулевому выходу дополнительного триггера, единичный выход 1388989 1 Окоторого подключен к дополнительнымвходам первого и второго элементовИ, выходы элементов ИЛИ группы соединены с соответствующими входамиделителя тока, выход третьего элемента И подключен к первому входудополнительного триггера, второй входкоторого соединен с выходом второгоэлемента ИЛИ, вход второго формирователя импульсов подключен к выходутретьего элемента ИЛИ, а выход четвертого элемента И соединен с входомдополнительного одновибратора,