Аналого-цифровой преобразователь

"-"о зм:впвтеч нс те;.н.ЧИВ.К Союз Советских Социалистических республик(51)м. Кл.з с присоединением заявки Йо Н 03 К 13/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийОпубликовано 231280, Бюллетень М 47 Дата опубликования описания 21280(72) Авторы изобретения А.А.Яремчук, Д.К.Маков, А.М.Мильман,и И,Г.Жиляева Киевский ордена Ленина политехнический институт им .50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения мгновенных, амплитудных, средних, средневыпрямленных,действующих значений напряжений или 5их отклонений от номинальных значений,Известен цифровой вольтметр действующего значения переменного напряжения, содержащий ключи, интеграторы, 1 иблоки сравнения, триггер, блок извлечения корня и измеритель интервалавремени 1 .Недостатками. устройства .являютсянизкая точность, так как для получения действующего значения входное напряжение три раза интегрируется. включенными последовательно интеграторами, погрешность от несимметричностиформы измеряемого.напряжения, низкое 2 Обыстродействие, так как необходимо.время для многократного разряда первых двух интеграторов в течение периода,Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразования.Поставленная цель достигается тем,тто в аналого-цифровой.преобраэоваель содержащий. первый и второй ключи,1 ервый и второй интеграторы блок .30 сравнения, первый вход которого соединен с общей шиной, а выход . - с блоком управления, источник опорного напряжения, введены третий ключ, инвертор . цифроаналоговый преобразователь, аналоговый запоминающий блок, коммутатор, узел управления, включающий логичес-; кий блок, параллельный и последовательный регистры, причем шина входного сигнала соединена с первым входом и через инвертор со вторым входом коммутатора, к выходу которого подключены поСледовательно соединенные блок сравнения, первый ключ, аналоговый запоминающий блок, второй ключ, цифроаналоговый преобразователь, первый )интегратор, третий ключ, второй интегратор, выход которого соединен с пятым входом коммутатора, четвертый вход которого соединен с первым входом второго, ключа второй вход которого соединен с источником опорного напряжения и с седьмым входом коммутатора, третий вход которого соединен с выходом первого интегратора, а шестой вход - со входом первого интегратора и вторым входом третьего. клю ча, при этом последовательный и параллельный регистры и логический блок последовательно соединены между собой,причем выход логического блока соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя, а управляющие входы коммутатора, первого, второго и третьего ключей, первого и второго интегратора и логического блока соединены соответственно с выходами блока упранления.На фиг. 1 представлена структурНая электрическая схема аналого-цифрового преобразователя, на фиг. 2 временные диаграммы работы. 0Устройство содержит коммутатор 1,иннертор 2, блок 3 сравнения, первый,второй и третий ключи 4, 5 и 6, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 7,первый и второй интеграторы 8 и 9,аналоговый запоминающий блок 10, источник 11 опорного напряжения, узел12 управления, параллельный регистр13, логический блок 14, последователь.ный регистр 15, блок 16 управления, 20входы 1723 кг мутатора, входнуюшину 24.Работа аналого-циФрового преобразователя основана на обработке дискретизиронанных во врзмени мгновенных 5значений и осуществляется в трех режимах;1) подготовительный,2) формирование напряжения, пропорционального сумме квадратов дискретизиронанных во времени мгновенныхзначений,3) извлечение корня.Аналого-цифровой преобразовательработает следующим образом,351 режим1 такт. По команде от блока управления все блоки преобразователя устанавливаются в исходное состояние, ключи 4,5,6 закрыты. Коммутатор открытпо входу 17 и подает входное напряжение О на блок сравнения, выполненный на операционном усилителе.2 такт. Блок сравнения, выделяетпериод Т=1 Д измеряемого напряженияпередает инФормацию о периоде Т в 4блок управления, который осуществляет подстройку частоты Р измерениядискретных во времени мгновенныхзначений измеряемого напряжения Цв соответствии с выражением Хц=2. рргде тх= в , И - чисто измеряемых диск (хкретных мгновенных значений (1 ч-сопМ)1 г режим:а)линейное преобразованиетакт. Блок сравнения определяетполярность напряжения М и управляетчерез блок управления состоянием коммутатора по .входу 18, к которому подключается нходное напряжение черезинвертор с.коэффициентом передачи 40К=-2.4 тактБлок управления управляетвходами 17 и 18 коммутатора таким об-.разом, что напряжение на выходе ком-,мутатора равно 1 Ои 1 , т,е. осущест вляется днухполупериодное ныпрямление. При этом открыты ключ 4 и коммутатор по входу 20, образуя замкнутую аналогоную запоминающую ячейку,состоящую из блока сравн ения и аналогового запоминающего блока 10.В этом такте осуществляется слежение,замкнутой ана- логовой запоминающей ячейкой за напряжением Ох) .С пятого по(4+)такты осуществляется поразрядное аналогоцифровое преобразование первого Мгновенного значения 1 О ) в-раэрядный двоичный код.5 такт. Производится сравнение напряжения, соответствующего старшемуразряду цифроаналогового,преобразователя с измеряемым мгновенным значениемО , Первый ключ 4 закрыт, второй ключ 5 открыт по второму входу, соединенному с источником опорного напряжения, Коммутатор открыт по входам 20 и 22. В последовательный регистр 15 узла 12 управления порязрядным аналого-цифровой преобразователем по команде от блока управления через логический блок 14 записывается логическая единица 1 в старший разряд, которая затем переписывается в параллельный регистр 13. Параллельный регистр через логический бгок управляет цифроаналоговым преобразователем. После окончания переходных процессов блок сравнения сравнивает напряжение с выхода аналогового запоминающего блока 10 044 и напряжение с выхода цифроаналогового преобразователя 7, соответствующее напряжению старшего разряда цифроаналогового преобразователя т.е. формируется код О .6 такт, Записывается информация код О) о старшем Я разряде кода измеряемого мгновенного значения 1 04 в параллельный регистр 13, выделяется информация о втором по нели- чине разряде кода измеряемого мгновенного значения ОдПри 044 7,0 Б в старшем разряде параллельного регистра 1.3 записывается логическая единица 1, При 044 (Цу во всех разрядах параллельного регистра 13 сохраняются логические нули., В последовательном регистре 15 в шестом такте осуществляется сдвиг логической единицы в следующий младший разряд. Затем производится запись сдвинутой единицы во второй разряд регистра 13 После окончания переходных процессов блок сравнения сравнивает напряжения с выхода запоминающего блока 10 О 414 и цифроаналогового преобразователя 0 7 такт. Записываетсяинформация о втором по величине разряде .кода измеряемого мгновенного значения Ц 4 в параллельный регистр 13, выделяется информация.о третьем по величине разряде кода измеряемого мгновенного значения О, 790286(4+ ) такт. Записывается информация о предпоследнем,по величине разряде кода измеряемого мгновенного значения0, в параллельный регистр 13, выделяется информация о самом младшем по величине Разряде кода измеряемого мгновенного значения 1 Цу,.Таким образом, в (4+с+1) такте в параллельном регистре 13 будет код, пропорциональный измеряемому мгновенному значениюЦ , а напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя можно представить в виде Х 2 О ООп О 4 ЬО ЬОкЬгде Ц 0 п - напряжение источника опорного напряжения,4; - коэффициенты ь-разрядов,принимающие значения 0 или1,ЬЦ - порог срабатывания блока 20сравнения,ЬО - погрешность от квантования,режим:б) квадрирование иинтегрирование(41) такт. Формируется напряжение, пропорциональное квадрату измеряемого мгновенного значения. Первый ключ 4 закрыт, второй ключ 5 открыт по первому входу, соединенномус выходом аналогового запоминающегоблока 10, Коммутатор закрыт по всемвходам, На выходе цифроаналоговогопреобразователя 7 после окончания переходных процессов напряжение будетпропорционально квадрату напряженияпервого измеряемого мгновенного зна- З 5чения:О .:Ха"- цОи=Е 2 д,0,4/%0=(42) такт. Интегрируется в течение фиксированного промежутка времени унт напряжение Ц, пропорциональное квадрату первого измеряемого мгновенного значения. Второйключ 5 открыт по своему первому входу, третий ключ 6 открыт по второмувходу, соединенному с выходом цифроаналогового преобразователя. Получаем напряжение Ц=ОФ(Тд - постояннаявремени интегратора 9. По окончании 50интегрирования все ключи закрываютсякоммутатор открытпо первому входуаналого-цифровой преобразователь переходит снова в третий такт. Аналогоцифровой преобразователь отслеживает 55измеряет второе измгновенных значенийО 2,формирует напряжение Опропорцйональное квадрату второго измеряемого мгновенного значения ОНапряжение ОЩ, интегрируется инт 1- Огратором 9 в течение интервала времени 1 . Напряжение О после второгоинтегрирования можно записать как где К - коэффициент пропорционально 1сти.После окончания второго интегрирования аналого-цифровой преобразователь снова переходит в третий такт.2+ (2+ а+2) и такт. После преобразованиядискретных мгновенных значений напряжение О на выходе интегратора 9 можно выразйть: 1 н режим;извлечение корня в .неявном виде2+ 2 +2)п+1 такт, По команде от блока 16 управления и узла 12 управления в старший разряд последовательного регистра 15 записывается логичес. кая единица "1", коммутатор открыт по входам 20 и 22. Первый ключ 4 открыт. Второй ключ 5 открыт по второму входу. Замкнутая аналоговая запоминающая ячейка отслеживает напряжениеО 0 старшего разряда цифроаналоового преобразователя 7.2+ (2+ с+2) и +2такт . Формируется напряжение ( К 2 " Ос,п) , пропорциональное квадрату напряжения старшего разряда цифроаналогового преобразователя путем переключения ключа 5 к выходу аналогового запоминающего блока после отключения ключа 4 ( К= О ) Напряжение ( К 2Оо) интегрируется первым интегратором 8 в течение времени иит, Напряжение на выходе первого интегратора 8 после интегрирования можно представить так:О ( 2О )/тгде Т - постоянная времени первогоинтегратора 8.В конце такта осуществляется сравнение блоком сравнения напряжений Ои И Ц соответственно с выходов первого 8 и второго 9 интеграторов, поступающих через входы 19 и 21 коммутатора, и блоком сравнения формируется код Ь; о старшемразрядедействующего значения. При этом первый ключ 4 закрыт, второй ключ 5 открыт по первому входу, коммутатор открыт по входам 19 и 21.) 2+ (2+с+2)й+3 такт. Записывается код о старшем разряде измеряемого действующего значения. в парал-.лельный регистр 13. При Ми 7 Ои в старшийразряд параллельного регистра 13 записывается логический нуль "0", при обратном неравенстве логическая единица "1" т.е. формируется код , В последовательном регистре 15 логическая единица"1 фсдвигается во второй разряд,и переписывается в регистр 3Формируется напряжение 00 я(ЪР +Я) . Коммутатороткрыт по входам 20 и 22, первыйключ 4 открыт. Замкнутая аналоговаяФормула изобретения 5 т,е.код, гистре 1 значениюАнало позвфляе тудные, и действ прядения значенчй Устройст метролог О 5 нформации, е при экспертизе детельство СССР 19/26, 10.06.70. Источники и принятые во вниманиак какгновейн квадрато ется.оди запоминающая ячейка отслеживает напряжение Ооп 1 Ь,2" "+2 ).2(2 с 2 п 4 та. Фаруиууется напряжение К Мой;Ж" + Х )которое интегрируется первым интегратором 8 в течение времени Ф . Нагряжение на выходе первого интегратора 8 после интегрирования можно предста- вить О;-ц,к Ь а" а)й/тВ конце такта осуществляется сравнение блоком 3 напряжений О ц 0с выходов соответственно первого 8 ивторого 9 интеграторов. Первый ключ 4закрыт, второй ключ 5 открыт по перво му входу, коммутатор открыт по входам 19 и 21.Блоком сравнения формируется информация Ъ. о втором по величине разряде када действующего значения.2+ 2+ +2) И+2+ 1 /,тактФормируется напряжение ясп Л фс +)л 2которое интегрируется первым инте-а-,тором 8 в течение времени , Напряжение на выходе первого интегратора. 8 после интегрирования можно предста-вить в видец,=ц (Х Ъ; 2"+ао)я,И 4 ОО .30В конце такта осуществляется срав-нение блоком 3 напряжений ОИ И 0 иИс выходов соотвественно первого и вто-,рого интеграторов. Первый ключ 4 закрыт,второй ключ 5 открыт по первому входу, коммутатор открыт по входам 19 и21. Блоком сравнения формируется информация о младшем по величине разряде кода действующего значения. Таким образом получаем4 Оц,( ъ" 1/;мргИ у ь-ц тполученный в параллельном ре- З,пропорционален действующемунапряжения. го-цифровой преобразователь т измерять мгновенные, ампли" средние, средневыпрямленные ующие значения переменного наотклонение. перечисленныхот номийального значения. во обладает более высокими ическими .характеристиками, при измерении суммы в ых значений .использу н интегратор вместо трех, что уменьшаетпогрешность из-эа дрейфа, устраняетсяапертурная погрешность, отсутствуетпогрешность от нессиметричности фор-.мы измеряемого напряжения. Кроме того, заявляемое .устройство обладаетбольшим быстродействием, т.к. в немустраняется интервал времени, необходимый на разынтегрирование, чтопозволяет повысить частоту дискретизации. Требования к долговременнойстабильности генератора невысоки. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый и второй ключи, первый и второй интеграторы, блок сравнения, первый вход которого соединен с общей шиной, а выход - с блоком управления, источник. опорного напряжения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия введены третий ключ инвертор, цифроаналоговый преобразо ватель, аналоговый запоминающий блок коммутатор, узел управления, включа- ющий логический блок, параллельный и последовательный регистры,.причем шина входного сигнала соединена с.первым входом и через инвертор со вторым входом коммутатора,к выходу которого подключены последовательно соединенные блок сравнения, первый ключ, аналоговый запоминающий блок, второй ключ, цифроаналоговый пре- образователь, первый интегратор, третий ключ, второй интегратор, выход которого соединен с пятым входом коммутатора, четвертый вход которого соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с источником опорного напряжения и с седьмым входом коммутатора, третий вход которого, соединен с выходом первого интегратора, а шестой вход - со входом первого интегратора и вторым входом третьего ключа, при этом последо. вательный и параллельный регистры и ,логический блок последовательно соединены между собой, причем выход логического блока соединен с управляющим входом цифроаналогового преобразователя, а управляющие входы коммутатора первого, втоРого и третьего ключей, первого,и второго интегратора и логического блока соединены соответственно с выходами блока управления.//аХ-юе лижМмиреЫразоЮафи Составитель Л. БеляеваРедактор В, Парасюн ТехредМ,Табакович Корректор В. Синицка каз 9073/65 Тираж 995 ВНИИПИ Государственного к по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раушсно митета СССР ткрытий я наб. д