Аналого-цифровой преобразователь

(19) О 1) Н 03 0 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ПЮТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР )ф 1277400, кл. Н 03 М 1/60, 1985.Авторское свидетельство СССР В 1451863, кл. Н 03 М 1/60, 1986. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управления и устройствах обработки аналоговой информации, Цель изобретения - повышение точности преобразования в, области малых входных токов путем уменьшения частоты переключения ключей формирователя нормированных импульсов обратной связи, Преобразователь содержит источник 1 входного тока, интегрирующий элемент 2, мостовой ком-. мутатор, выполненный на ключах 3 - 6,источник 7 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор 8,.включающий операционный усилитель 9, резистор 10 и конденсатор 11, компаратор 1212, тактовый генератор 13, триггеры14, 15, элементы И 16, 17. Сококупность перечисленных элементов образует преобразователь ток-частота, Имеется также преобразователь 18 частотыв код, состоящий из счетчика 19 временного интервала, реверсивного счетчика 20 и регистра 21 выходного кода.В аналого-цифровом преобразователепутем изменения логики работы ключеймостового коммутатора достигнутоуменьшение количества электричества,протекающего через интегратор приподключении источника эталонного тока,и частоты импульсов по каждому выходупреобразователя ток-частота без изменения в целом масштабе преобразоваия входного тока в выходной код з,п. ф-лы. 3 ил.Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано вустройствах автоматики и вычислительинои техники для преобразования анал -огового сигнала в цифровой код.Цель изобретения - повышение точности преобразования,На фиг. представлена функциональная схема аналого-цифрового преобра Озователя; на фиг.2 и 3 - временныедиаграммы.Устройство содержит источник 1входного тока, интегрирующий элемент,2 формирователь импульсов биполярно;го эталонного тока, выполненный намостовом коммутаторе, на ключах 3 - 6и источнике 7 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор Я,содержащий операционный усилитель 9, ре Озистор 10 и конденсатор 11, компаратор 12, тактовый генератор 13, первый 14 и второй 15 триггеры, первый16 и второй 17 элементы И, преобразователь 18 частоты в код, состоящий 25из счетчика 19 временного интервала,реверсивного счетчика 20 и регистра21 выходного кода, Совокупность элементов 1 - 17 образует преобразователь ток-частота, ЗОНа фиг.2 и 3 обозначены; 2 а,За -импульсы тактового, генератора 13; 2 б,2 з, Зб, Зк - эпюры выходного напряжения интегрирующего элемента; 2 в,2 и, Зд, Зн - выходные импульсы компаратора 12 2 г, Зе - импульсы на прямом выходе триггера известного устройства; 2 д. 2 м, Зж, Зр - выходные им-,пульсы формирователя импульсов биполярного эталонного тока; 2 е, 2 н, ЗзЗс - импульсы на первом выходе преобразователя ток-частота; 2 ж, 2 о,Зи, Зт - импульсы на втором выходепреобразователя ток-частота; 2 к,Зо - выходные импульсы на прямом выходе первого триггера предлагаемогоустройства; 2 л, Зп - выходные импульсы на прямом выходе второго триггера предлагаемого устройства; Зв,Зл - зпюры выходного напряжения интег 5 Орирующего усилителя-сумматора; Зг, Змнапряжение на выводах конденсатора 11.Временные диаграммы 2 бж раскрывают процесс преобразования входноготока 1=1/9 10 в известном устройстве, где 1 - номинал тока эталонного источнйка 7.Временные диаграммы 2 з - 2 о раскрывают процесс преобразования входного тока 1 = + 1/9 1 в предлагаемомустройстве.Временные диаграммы Зб-Зи раскрывают процесс преобразования входноготока 1= в .5/6 1в известном устройстве.Временные диаграммы Зк-Зт раскрывают процесс преобразования входноготока 1= -5/6 1 О в предлагаемом устройстве,Преобразование входного тока ввыходной код основано на принципесравнения интегралов от входного инормированных импульсов эталонноготока формирователя импульсов обратной связи. Разность частот по двумвыходам преобразователя ток-частотапропорциональна величине и знакувходного тока. Преобразователь 18производит подсчет выходных импульсовпреобразователя ток-частота и преобразование их в код, пропорциональныйвходному току,В устройстве интегрирующий элемент2, интегрирующий усилитель-сумматор 8,компаратор 12, формирователь импульсов биполярного эталонного тока наэлементах 3 - 7, 14 и 15 и тактовыйгенератор 13 образуют следяющую управляющую систему с замкнутой петлейимпульсной обратной связи типа дельтасигма модулятора, в которои происходят автоколебания с частотой, кратной частоте тактового генератора 13,Заряд интегрирующего элемента 2 образуется под действием тока, определяемого алгебраической суммой входноготока и импульсов тока формирователяобратной связи,Первый 14 и второй 15 триггерыобразуют сдвиговый регистр, при этомимпульсы на выходе второго триггерасдвинуты вправо относительно импуль"сов на выходе первого триггера на величину периода Тт тактовой частотыгенератора 13. Управляющие входыключей 3 и 4 подключены к прямому иинверсному выходам первого триггера14, а управляющие входы ключей 5 и6 - к прямому и инверсному выходамвторого триггера 15 соответственно.Ключи 3 - 6 мостового коммутаторавключаются при наличии на соответствующем управляющем входе лог."0", авыключаются лог."1". При таком включении входов ключей мостового коммутатора формирователь импульсов бипо35 В области малых входных токов в каждой точке изменения состояния формирователя одновременно могут переключаться только два ключа мостового коммутатора, так как моменты переключения первого и второго триггеров разнесены во времени. В известном устройстве в каждой точке изменения состояния формирователя одновременно 50 переключаются все четыре ключа мостового коммутатора. При этом диапазон изменения амплитуды импульсов эталонного тока в каждой точке переключения формирователя уменьшается до значения 1 в предлагаемом устройстве против 2 1 в известном преобразователе.Описанное построение формирователя уменьшает потери переключения ключей 515 р 763 лярного эталонного тока приобретает три возможных состояния, В первом состоянии первый и второй триггеры имеют на выходе сигналы, соответствующие лог,"1", при этом ключи 4 и 6 включены, а ключи 3 и 5 выключены и формирователь обеспечивает импупьс тока положительной полярности. В ситуации, когда первый триггер имеет на выходе лог."О", а второй триггер лог,"1", формирователь находится в состоянии паузы или нулевого тока, так как при этом ключи 4 и 5 оказываются выключенными, а источник 7 15 эталонного тока замыкается через включенные ключи 3 и 6, В третьем состоянии первый и второй триггеры имеют на выходе лог."О", при этом ключи 3 и 5 включены, а ключи 4 и 6 выклю О чены и формирователь обеспечивает импульс тока отрицательной полярности. В ситуации, когда первый триггер имеет на выходе лог."1", а второй триггер лог,"О", формирователь также находится в состоянии паузы, так как при этом ключи 3 и 6 оказываются выключенными, а источник 7 эталонного тока замыкается через включенные ключи 4 и 5 (фиг.2 и 3), 30В предлагаемом устройстве формирователь нормированных импульсов обратной связи может изменить полярность импульсов эталонного тока последовательно во времени только через состояние паузы или нулевого тока, длительность которой определяется задержкой сигнала управления ключами 3 - 6 в регистрах 14, 15 и в данном случае равна Тг. 40 46мостового коммутатора, что в целомпозволяет уменьшить нулевой выходнойкод и "зону нечувствительности преобразователя в области малых входныхтоков,Наличие состояние паузы формирователя определяет трапецевидную формувыходного напряжения интегратора длявходных токов в области 11 и ( 0,5 хх 1 (фиг.2 з). Для входных токов вобласти 0,5 1 ( 110 выходноенапряжение интегратора имеет пилообразную форму (фиг.Зк),.В последнемслучае измеряемый входной ток уравновешивается импульсами эталонного токатолько одной противоположной полярности (фиг.Зр),Частота автоколебаний напряженияинтегратора максимальна в областималых токов и минимальна на краяхдиапазона входных токов для 11 пх(,близких к 1 . Преобразователь токичастота работает так, что входнойток непрерывно проследивается припомощи квантованного сигнала в цепиобратной связи. Двоичная последовательность на входе триггеров модулируется по закону дельта-сигма модуляции и однозначно отображает величину и знак входного тока. Среднее;значение входного тока с высокой точностью равно среднему значению импульсов эталонного тока за много периодов тактовой частоты.Интегрирующий усилитель-сумматор 8имеет передаточную характеристикуЫ(р) = 1+1/р С Б Работа компаратора 12 по сумме нап-. ряжения Бс интегратора 2 и напряжения Бс, пропорционального интегралу от Ос и выделяемого на выводах конденсатора 11,позволяет непрерывно чувствовать постоянную составляющуюФзаряда интегратора 2 и автоматически сводить ее к нулю во всем диапазоне входных токов (фиг.Зк-м),Автоматическое уравновешивание заряда интегратора 2 от входного тока и импульсов эталонного тока формирователя повьппает линейность преобразования, зависящую от величины и знака входного тока, и дополнительно уменьшает зону нечувствительности преобразователя в области малых входных токов, определяемую сопротивлением утечки интегратора, и параллельно подключенных к нему элементов.Выходные элементы И 16 и 17 преобразователя ток-частота фиксируют Моменты времени, в которые формирова" тель выдает импульсы эталонного тока5 соответственно положительной и отрицательной полярности.По сравнению с известным устройстцом количество эталонного электричества, перекачиваемого через интегра-. тор в области малых токов, и частота мпульсов по каждому выходу Е и Г преобразователя ток-частота уменьшактся в два раза. Однако это не приводит к изменению коэффициента передачи предлагаемого аналого-цифрового, преобразователя, так как выходная инормация, пропорциональная величинезнаку входного тока, заключена в разности числа импульсов по двум выодам 1, и Гпреобразователя токчастота исходя из соотношения 1,/т, = дои,=И, - е )И25Преобразователь 18 производитподсчет разности числа импульсов повум выходам Г, и Г за интервалобремени, определяемый счетчиком 19утем отсчета заданного числа тактовых импульсов, Число, полученное в реверсивном счетчике 20 за это время,Пропорционально среднему значениювходного тока и может быть использовано в качестве выходного кода, определяемого из отношения 35ь вйфгде 11 - значение выходното кодахреверсивного счетчика 20;М - объем счетчика 19 времен,о40ного интервала.В предлагаемом устройстве можетбыть применен сдвиговый регистр,состоящий из двух и более триггеров.В этом случае управляющие входы клю 45чей 5 и 6 и соответствующие входыэлементов И 16 и 17.должны быть подключены к соответствующим выходампоследнего триггера сдвигового регистра. Такое построение увеличит длительность пауз или нулевого тока форми 50рователя и уменьшит количество эталонного электричества, проходящего через интегратор.Формула изобретен1,Аналого-цифровой преобразователь содержащий источник входного тока, вы коды которого объединены с соответствующими выводами интегрирующего элемента, выполненного на конденсаторе, с соответствующими выходами формирователя импульсов биполярного эталонного тока, выполненного на мостовом коммутаторе и источнике эталлонного тока, включенном в первую диагональ мостового коммутатора, выводы второй диагонали которого является соответствующими выходами формирова - теля импульсов биполярного эталонного тока, к которым подключены соответ - ственно первый и второй входы интегрирующего усилителя-сумматора, второй вход которого объединен с первым входом компаратора, а выход соединен с вторым входом компаратора выход которого соединен с 0-входом первого Р-триггера, С-вход которого подключен к выходу тактового генератора, прямой выход соединен с первым управляющим входом мостового коммутатора и первым входом первого элемента И, инверсный выход соединен с вторым управляющим входом мостового коммутатора и первым входом второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов И объединены и подключены к выходу . тактового генератора, а выходы элементов И являются первым и вторым частотным выходами преобразователя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй 0-триггер и преобразователь частоты в код, при этом 0-вход второго 0-триггера подключен к прямому выходу первого 0-триггера, С-вход - к выходу тактового генератора, прямой выход - к.третьему управляющему входу мостового коммутатора и третьему входу первого элемента И, инверсный выход - к четвертому управляющему входу мостового коммутатора и третьему входу второго элемента И,причем выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к первому,и второму счетным входам преобразователя частоты в код, тактовый вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход является цифровой выходной шиной,2, Преобразователь по п.1, о т л ич а ю щ и й с я тем, что преобразователь частоты .в код выполнен на счетчике временного интервала, реверсивном счетчике и регистре выходного кода при этом первый и второй счетные входы преобразователя частоты в код являются соответственно входамипрямого и обратного счета реверсивного счетчика, вход установки нуля которого подключен к выходу счетчикавременного интервала и объединен свходом синхронизации регистра выходного кода, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, а выходы являются выходами преобразователя частоты в код, тактовый вход которого является тактовым входом счетчике временного интервала.1587634 л.й. Составитель В.МахнановПекарь Техред П.Сердюкова еряв рректор И. дакт 6 27 Тиражосударственного113035,акаНИИПИ КНТ СССР омитета псМосква, Жо-издатсльский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 роизводстве тОуь Подписное изобретениям и открытиям и Раушская наб., д. 4/5