Функциональный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 78500 19) (1 5 0 060 7/2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) Е ИЗОБРЕТ И ТЕЛЬСТВ ВТОРСКОМ Бюл, М 48 и политехнический и икой Октябрьской с юцииргеев и Р. В, Шерст ое свидетельство СС кл, С 06 6 7/26, 198 ое свидетельство СС л. Н 03 К 13/20, 197 нститут им. оциалистиЫЙ ПРЕ АЗОВАОНА Изобретение относится к области информационно-измерительной техники, в частйости к функциональным преобразователям, и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем.Известны функциональные преобр ователи, используемые в информационно змерительной технике 1, 2).Наиболее близким по технической сущности к предложенному является функциональный преобразователь (2), функцией преобразования которого является преобразование напряжения в код. Он содержит интегратор, источник образцового напря-. жения, коммутатор, ключ, конденсатор, источник тока, компаратор, триггер, генератор и цифровой измеритель временных интервалов. Важным достоинством этого устройства является довольно высокая точность при относительной его простоте и невысоких требованиях по точности к блокам, входящим в его состав,аз -и(57) Функциональный преобразователь относится к информационно-измерительной технике и может быть использован при построении информационно-измерительных систем, Сущность изобретения: функциональный преобразователь содержит интегратор, ключ, компаратор, конденсатор, источник эталонного напряжения, два коммутатора, генератор эталонной частоты, источник тока, цифровой измеритель временных интервалов, блок формирования временных интервалов, цифроаналоговые преобразователи, дешифратор, блок синхронизации, 4 ил. Однако точность такого устройства ограничена принципиально наличием составляющей погрешности, вызванной абсорбцией конденсатора интегратора. Кроме того, данное устройство обладает сравнительно невысоким быстродействием, поскольку выходной код устройства при фиксированной эталонной частоте генератора квантующих импульсов прямо пропорционален времени преобразования,Целью изобретения является повышение быстродействия, а также точности преобразования за счет снижения погрешности от абсорбции конденсатора интегратора,На фиг, 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - пример построения блока формирования временных интервалов; на фиг, 3 и 4 временные диаграммы, поясняющие работу устройства,Функциональный преобразователь содержит интегратора 1, подключенный первым входом ко входу устройства ключ 2.подключенный к выходу интегратора 1, компаратор 3, подключенный первым входом к ключу 2, конденсатор 4, включенный между первым входом компаратора 3 и точкой постоянного потенциала, например, общей шиной устройства, источник эталонного напряжения 5, коммутатор 6, подключенный к источнику напряжения 5, генератор 7, эталойной частоты, источник тока 8 и цифровойизмеритель 9 временных ийтервалов, подключенный к генератору 7 эталонной часто-. ты и к выходу устройства, блок формирования 10 временных ийтервалов,подключейный к выходам компаратора 3 игенератора 7 эталонной частоты, а также ко 15 входу цифрового измерителя 9 временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь 11; пОдключенный ко второму входу компаратора 3, к источнику образцового на 20 пряжения 5 и к выхбду устройства,коммутатор 12, подклаченный к источникутока 8, к первому входу компаратора 3 и к блоку 10 формирования временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь 13, подключенный ко второму входу интегратора 1 25и к коммутатору 6, дешифратор 14; подклю-ченный к коммутатору 6, к блоку анализа и: емя его отсутств формирования временных интервалов 10 ик цифроаналоговому преобразователю 13, иблок синхронизации 15, подключенный к 30ключу 2, к генератору эталонной частоты 7,к цифровому измерителю временных интер-валов 9, к блоку анализа и формированиявременных интервалов 10 и к цифроанало-говому преобразователю 13,35Работа устройства осуществляется циклически, Для начала рассмотрим работу устройства, считая, что на втором входекомпаратора 3 уровень 0 фиксированныйи равным нулю (полагаем, что выход устройства 11 отключен от компаратора 3, а навторой вход компаратора 3 подан нулевойпотенциал), С. выхода устройства 17 на уп." равляющий вход кл оча 2 поступает импульс(фиг, 3, а), ключ 2 замыкается и на конденсаторе 4 (фиг, 3, б) запоминается выходноенапряжение интегратора 1 (фиг. 3, в) в этотмомент, одновременно в единичное состояние устанавливается триггер 18, что соответствует началу временного интервала Ть 50поступающего науправляющие входы блоков 14, 12, 9 и вход синхронной установкитриггера 19. Импульс, длительностью Т уп- .равляет блоком 14, так что во, время егодействия на вход блока 13 с выхода коммутатора 6 поступает напряжение+Е, на входинтегратора 1 - ток - (1 + --- ), а воЕ 1 1В, Я ,г,вр ия-напряжение Е на вход1блока 13, где й - основание системы счисления, Ве, - номинальное сопротивление матрицы резисторов ЦАП 13. Этот же импульс подключает к конденсатору 4 источник тока 1 блока 8 через коммутатор 12, который начинает разряжать этот конденсатор, В момент достижения уровня сравнения Оо 1 (в данном случае считаем равным его О) на выходе компаратора 3 появляется нулевой уровень, который поступает на вход синхронного сброса триггера 18 и синхронной установки триггера 19, С приходом ближайшего тактового импульса заканчивается временной интервал Ть завершается разряд конденсатора 4 и начинается временной интервал Т Т = =Китй(11где О - остаточное напряжение на ксаторе 4 после разряда током - ,1Импульс длительностью Т упрдешифратором 14 так, что на вход интора 1 во время его действия поступаЕ 1 1-- (1 -- - - ), Этотже импульс иВе й г.чает к конденсатору 4 источник токаВ момент достижения уровня сравневыходе компаратора 3 появляется нуровень. При поступлении ближайшетового импульса заканчивается времинтервал Тн ен авляет теграет ток дклю ния на левой о так- енной Т = = К(0 - О), (1)С 1 О - 01:1.где О - напряжение на выходе интеграторав момент Запоминания;0 - остаточное напряжение на конденсаторе 4 после разряда током - 1С 1 - значение емкости конденсатора 4;Кит - коэффициент преобразования напряжения во временной интервал,Импульс длительностью Т управляетдешифратором 14 так, что на вход интегратора 1 во время его действия поступает токЕ 1 1-- (1+ - + - ), Этот же импульс подр И гключает к конденсатору 4 источник тока+ - ,1йкоторый начинает заряжать этот конденса-тор. В момент достижения уровня сравнения компаратор.3 изменяет свое состояниена единичное, При поступлении ближайше-го тактового импульса заканчивается временной интервал Т, завершается зарядконденсатора 4 и начинается временной интервал Т(4) где Ях - резистор, через кОторый к интегратору 1 подключается напряжение Ох,С - номинал конденсатора интегратора 12.й Т х о 5й 1 Т 1 х 1 оИ ИМатематические операции сложения, вычитания и деления, необходимые для вычисления (10), легко реализуются при примейении микропроцессора. 5Из выражения (10 следует, что дискретность выходнбго кода увеличилась (в данном случае в 100 раз). Это означает, что для достижения заданной дискретности кода в 1 й й(3) где% - остаточное напряжение на конден саторе - после разряда токов -- ,.й 2 После завершения импульса Т 1 и доИ начала интервала Т 1+1 на вход интегратора 1Е 1 1 поступает ток -- (1 -- + ) . Запишемяе й йг уравнение баланса зарядов на конденсаторе интегратора 1 в течение цикла Т, --- (1+ --- )+ ОхТ ЕТ 1 1 1 я С яеС й йг Е Т - Т 1 - Т 1 - Т 1 1 11 И + (1 -- + - ) =О,вс й йг Из (4) получаем, считая й=10;Т ТИ предложенном устройстве требуется меньшее время (в данном случае в 100 раз).При использованиив качестве уровнясравнения Оо 1 фиксированного потенциала5 выходное напряжение интегратора 1 имеетпостоянную составляющую, которая изменяется в зависимости от знака и уровня выходного сигнала (фиг, Зб).При наличии нэ конденсаторе посто 10 янной составляющей возникает эффектабсорбции (после кратковременного эакорачивания выводов конденсатора на немвосстанавливается остаточное напряжение), который снижает точность преобразо 15 вания. Поэтому для точных измеренийнеобходимо принимать меры по уменьше-,нию этого эффекта. Один иэ способов значительного уменьшения этого эффекта -уменьшение постояйной составляющей на20 конденсаторе Интегратора путем введенияизменяемого уровня компарирования. Вданных целях можно использовать ЦАП(блок 11). Постоянная составляющая наконденсаторе интегратора изменяется по5 известной зависимости от входного напряжения, поэтому по выходному. коду можноточно установить такой уровень компэрирования, что.постоянная составляющая будетравна (либо близка к нулю),0 Работа устройства, изображенного нафйг, 1. от описанного выше алгоритма отличается тем, что при изменении входногонапряжения изменяется уровень компарирования так, что выходной сигнал35интегратора не содержит постоянной составляющей. Временные диаграммы работы устройства изображены на фиг. 4,Введенйе в состав функциональногопреобразователя блока анализа и формиро 0 вания временных интервалов; двух цифроаналоговых преобразователей, второйкоммутатора, дешифратора и блока формирования управляющих импульсов с соответствующими связями выгодно отличает45 предлагаемое устройство от известного, поскольку это позволяет повысить быстродействие и точность преобразования, чтоявляется очень важнйм. особенно если функциональный преобразователь использует 0 ся в составе автомэтйзированны 1 йинформационно-измерительной системы.Повышение быстродействия и точностифункционального преобразования повышает производительность и эффективность си 5 стемы,Формула изобретенияФункциональный преобразователь, содержащий интегратор, подключенный первым входом к входу преобразователя, авыходом через ключ, подключенный к первому входу компаратора, запоминающий конденсатор, включенный между первым входом компаратора и общей шиной преобразователя, источник эталонного напряжения; выходы которого соединены с 5 информационными входами первого коммутатора, цифровой измеритель временных интервалов, тактовый вход которого подключен к выходу генератора эталонной частоты, а выход является выходом 10 преобразователя, источник тока, о т л и ч аю щ и й с я тем, что с целью повышениябыстродействия и точности преобразования за счет снижения погрешности от абсорбции конденсатора интегратора, в него 15 введены блок формирования временных интервалов, второй коммутатор, дешифратор, блок синхронизации, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, выход компаратора через блок формирования 20 временных интермлов соединен с информационным входом цифрового измерителя временных интервалов, выход блока формирования временных интервалов соединен с управляющим входом второго коммутатора и через дешифратор с управляющим входом первого коммутатора, и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразовате- . ля, аналоговый вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с вторым входом интегратора, выходы источника тока через второй коммутатор соединены с первым входом компаратора, соответствующие выходы блока синхронизации соединены с управляющим входам ключа, с входом сброса формирователя временных интервалов и входом начала отсчета цифрового измерителя временных интервалов, выход генератора эталонной частоты соединен с тактовыми входами формирователя временных интервалов и цифрового измерителя временных интервалов, аналоговый вход второго цифроаналогового преобразователя соединен с источником эталонного напряжейия, а цифровой вход подключен к выходу преобразователя и к блоку синхронизации, а выход соединен с вторым входом компаратора.1785009 Составитель И.Сергееведэктор Т.Орлова Техред М.Моргентал Корректор нц Заказ 4367 Тираж ПодписноеВНИИПО Государственного комитета по изобретениям и открыт113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 и ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 дР 11 1