Аналого-цифровой преобразователь савтоматической коррекцией нуля

Союз Советснни Соцналнстнческнк РеспублнкОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОИУ СВ ЕТИЛЬСТВУ о 1805490(22) Заявлено 28.03.79 (2) 2742746/18-21 (51)М. Кл,с прмсовдмненмем эаявкм йо Н 03 К 13/17 Государственвмя аонвтет СССР яо аелам нзобретеняв я отармтяяДата опублмкованмя опнсанмя 17,0231(72) Авторы нэобретен ысоев, В.И. Григорович, А.Г. Волков н В. 71) 4) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЯ лючи выхИзобретение относится к цифровой ,электроиэмерительной технике и может быть применено в цифровых измерительных приборах, устройствах автоматики и вычислительной техники.Известен преобразователь напряжения в код с системой самоконтроля и автокоррекцией нуля, содержащий иульорган, блок управления, преобразователь код-напряжение, регистр, ключи, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ. Устройство позволяет, переключая бло,ком управления входы нуль-органа и анализируя сигнал на выходе нульоргана за К дополнительных тактов, произвести коррекцию полученного кода Г 11.Однако аналого-цифровой преобразователь имеет низкое быстродействие иэ-за того, что каждый цикл преобразования заканчивается коррекцией йолученного кода, требующей К дополни" тельных тактов.Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, счетчик, триггер интервала, селектор, триггер памяти, элементы совпадения, триггер коррекции, сравнивающий блок, инверторы, к ,источник дополнительных образцо напряжений, реверсивный счетчик коррекции, цифроаналоговый преобразователь коррекции 21Недостаток устройства заключаетсяв том, что при работе аналого-.цифрового преобразователя напряжение смещения нуля суммируется с напряжением поразрядного уравновешивания и возникает несоответствие между кодом и напряжением поразрядного уравновешивания. Схема коррекции охватывает только сравнивающий блок и не позволяет учесть напряжение смещения нуля цифроаналогового преобразователя, 15 что приводит к снижению точностипреобразования напряжения в код.Цель изобретения - повыаение точности преобразования напряжения в код.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с автоматической коррекцией нуля, содержащий блок коррекции, включающий первый элемент И, первый элемент НЕ, первый н второй ключи, выходы которых объединены, а первые входы соединены соответственно с общей шиной н с шиной "Вход", прн этом вторые входы соединены соответственно с единичным выходом триггеракоррекции и с выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, кроме того, первый вход блока сравнения через цифроаналоговый преобразователь соединен с первыми выходами блока управления, первый вход которого соединен с первым входом счетчика, введеныблок регулирующих резисторов, аналоговый мультиплексор, первый и второй элементы ИЛИ, блок установки кода нуля, генератор тактовых импульсов, третий, четвертый и пятый элементы И и аналоговый запоминающий блок, при чем первый вход его соединен с выходом первого ключа, второй с выходом первого элемента ИЛИ, третий с выходом аналогового мультиплексора, первый выход соединен со вторым входом 2 О блока сравнения, а второй выход через блок регулирующих резисторов соединен с первыми входами аналогового мультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции, с первым входом первого .элемента И, через блок установки кода нуля с первыми входами блока управления и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, со вторым входом первого элемента И и через первый элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, второй вход соединен с выходом второго элемента НЕ и с пер О вым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и со вторым входом четвертого элемента И, а выхОд СОединен с первым вхОдОм счет 45 чика, второй вход которой соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с шиной "Пуск", а выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом триггера коррекции, нулевой вход которого соединен с выходом первого элемента И, при этом выход четвертого лемента И соединен со вторым входоь 4 второго элемента И.На фиг. 1 представлена структурная55 схема аналого-цифрового преобразователя с автоматической коррекцией нуля на Фиг. 2 - аналоговый запоминающий блок, вариант выполнения; на фиг. 3 - временная диаграмма, поясня ющая работу блока коррекции, где М - максимально возможная величина суммарного дрейфа нуля аналогового запоминающего блока, блока сравнения и циФроаналогового преобразователя; 65 ц- минимально возможная величина суммарного дрейфа нуля аналогового запоминающего блока, блока сравнения и цифроаналогового преобразователя; ЬО - диапазон суммарного дрейфа нуля аналогового запоминающего блока, блока сравнения и цифроаналогового преобразователя.Аналого-цифровой преобразователь содержит аналоговый запоминающий блок 1, блок 2 сравнения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, блок 4 управления, блок 5 коррекции, содержащий первый и второй ключи 6 и 7, первый и второй элементы ИЛИ 8 и 9, блок 10 регулирующих резисторов, первый и второй элементы НЕ 11 и 12, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И 13, 14, 15, 16 и 17, реверсивный счетчик 18, генератор 19 тактовых импульсов, аналоговый мультиплексор 20, счетчик 21, триггер 22 коррекции, блок 23 установки кода нуля, шина фВход" 24, шина "Пуск" 25. Аналоговый запоминающий блок 1 содержит ключ 26, буферный усилитель 27 с регулируемым смещением нуля, конденсатор 28 хранения.Аналого-цифровой преобразователь- работает следующим образом.При подаче сигнала "Пуск" счетчик устанавливается в исходное состояние. Этим сигналом триггер 22 коррекции через элемент ИЛИ 9 устанавливается в единичное состояние. Сигналом с выхода триггера коррекций 22 через элемент НЕ 12 выключается ключ 7, через который на аналоговый запоминающий блок подается сигнал, открывается ключ 6, подключающий информационный вход аналогового запоминающего блока к общей шине, через элемент ИЛИ 8 замыкается ключ 26 аналогового запоминающего блока (Фиг.2), с помощью блока 23 установки кода нуля через блок управления на выходе цифроаналогового преобразователя 3 устанавливается нулевое напряжение, через элемент НЕ 12 подается сигнал запрета на элементы И 15 и 17, а по переднему фронту сигнала с выхода триггера коррекции производится установка реверсивного счетчика в исходное состояние и подается разрешение на элементы И 13 и 14.Наличие сигнала запрета на входе элементов И позволяет во время цикла коррекции отключить блок 4 управления от генератора 19 тактовых импульсов и блока 2 сравнения, такимобразом, на выходе блока управления во время цикла коррекции сохраняется неизменно код нуля.Сигналом с, выхода блока 2 сравнения через элемент НЕ 11 подается разрешение на элемент И 16 для прохождения тактовых импульсов от генератора 19 тактовых импульсов через элемент И 14 к реверсивному счетчикУ 18,через элеМент И 13 дается команданаокончание цикла коррекции, через элемент И 15 производится управлениепроцессом поразрядного уравновешива .)ния.Элементы блока 10 регулирующих резисторов настраиваются так, что в исходном состоянии реверсивного счетчика 18, т.е. в начале каждого циклакоррекции, на информационном выходебуферного усилителя с регулируемымсмещением нуля 27 (Фиг.2) будет присутствовать отрицательное смещениенуля, равное или большее по абсолютной величинеОИд (фиг.З) . Таким образом, в начале каждого цикла коррекции на выходе блока 2 сравнения будетуровень логического нуля, так как напряжение аналогового запоминающегоблока меньше напряжения ЦАП, и наэлемент совпадения через элемент НЕ 1от блока сравнения в начале каждогоцикла коррекции подается разрешениена прохождение тактовых импульсов отгенератора 19 тактовых импульсов коткрытому сигналом с триггера коррекции 22 элементу И 16 С выхода этогоэлемента тактовые импульсы подаютсяна счетный вход реверсивного счетчика 18, в котором последовательностьтактовых импульсов превращается вК-разрядный двоичный код, подаваемыйна адресные входы аналогового мультиплексора. Адрес, представляющий К"разрядный двоичный код, позволяет осу"ществлять обращение к 2 К каналаманалогового мультиплексора 20, который обеспечивает переключение 2 К резисторов блока 10 регулирующих ре"зисторов. При этом на информационномвыходе буферного усилителя 27 с регулируемым смещением нуля (фиг.2) напряжение коррекции нарастает ступеньками с равными приращениями отМИин доПр(фиг.З), причем величина ступенькиберется равной половине веса младшегозначащего разряда цифроаналоговогопреобразователя. Количество необходимых резисторов в блоке 10 регулирующих резисторов, а следовательно,и количество ступенек определяетсяиз соотношениягде и, - вес младшего значащего разряда цифроаналогового преобразователя 3,1Максимальное время коррекции 2 опрЕделжтся выражением С:(И) Т,где Т - период следования импульсовгенератора тактовых импульсов.Признаком конца коррекции нуляявляется появление уровня логическойединицы на выходе блока 2 сравнения,который появляется, как только напряжение коррекции на выходе аналоговогозапоминающего блока 1 превысит напряжение, соответствующее нулю на выходецифроаналогового преобразователя 3.При этом на элемент И 16 через эле" мент НЕ 11 дается запрет на прохожде,ние тактовых импульсов к реверсивномусчетчику 18, таким образом, даетсязапрет на дальнейшее увеличение напряжения компенсации дрейфа нуля.Этот же сигнал с блока 2 сравненияустанавливает через элемент И 13триггер 22 коррекции в нулевое со стояние, тем самым полностью кончается цикл коррекции, и устройствоподготавливается к преобразованиюнапряжения в код: информационныйвход аналогового запоминающего блока 1 отключается с помощью ключа 6от общей шины, через элемент НЕ 12подается разрешение на элементы И 15 15 и 17 и включается ключ 7, черезкоторый на аналоговый запоминающийблок 1 подается входной сигнал.Так как на элементсовпадения подан разрешающий сигнал, тактовые им пульсы от генератора 19 тактовых импульсов через этот элемент совпаде"ния подаются на тактовый вход блока 4 управления.Первый цикл аналого-цифрового 25 преобразования начинается с приходомпервого тактового импульса на блок 4управления, который на первом тактечерез элемент ИЛИ 8 дает команду назамыкание ключа 26 аналогового за"поминающего блока (фиг,2), т.е. аналоговый запоминающий блок устанавливается в режим запоминания мгибвен"ного значения входного сигнала. Процесс запоминания длится на протяжении первого такта, остальное времяаналоговый запоминающий блок 1 находится в режиме хранения, т.е. ключ 26(ь +1) тактах, где и - соответствуетразрядности выходного кода, происхо дит процесс поразрядного уравновешивания. По окончании (Ь +1) -такта блокуправления выдает результат аналогоцифрового преобразования.Одновременно.с подачей тактовых 45 импульсов через элемент И 17 на блок 4управления, эти импульсы подаются насчетный вход счетчика 21, модуль коэффициента счета которого выбранъ(и +1), т.е. после окончания И циклов аналого-циФрового преобразования,счетчик 21 через элемент ИЛИ 9 устанавливает триггер коррекции 22 в единичное состояние, таким образом, циклкоррекции автоматически повторяется.Аналого-циФровой преобразователь 55 позволяет получить более точное представление значения аналогового сигнала в цифровом коде за счет того, чтов нем цепь коррекции компенсируетдрейф сигналов блока сравнения, анащ логового запоминающего блока и циф. роаналогового преобразователя.Формула изобретенияАналого-циФровой преобразователь 65. с автоматической коррекцией нуля,содержащий блок коррекции, включающий первый.элемент И, первый элементНЕ, первый и второй ключи, выходы которых объединены, а первые входы соединены соответственно с общей шинойи с шиной "Вход", прн этом вторыевходы соединены соответственно с единичным выходом триггера коррекции ис выходом второго элемента НЕ, входкоторого соединен с единичным выходом триггера коррекции и с первымвходом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, кроме того, первЫй вход блока сравнения через цифроаналоговый преобразователь соединен с первыми выходами блока управления, первый вход которого соединенс первым входом счетчика, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности преобразованиянапряжения в код, введены блок регу Олирующих резисторов, аналоговый мультиплексор, первый и второй элементыИЛИ, блок установки кода нуля, генератор тактовых импульсов, третий,четвертый и пятый элементы И и аналоговый запоминающий блок, первыйвход которого соединен с выходом первого ключа, второй с выходом пер.вого элемента ИЛИ, третий с выходоманалогового мультиплексора, первыйвыход соединен со вторым входом бло- ЗОка сравнения, а второй выход черезблок регулирующих резисторов соединен с первыми входами аналоговогомультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами реверсивного 35 счетчика, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции, с первым входом первого элемента И, через блок установки кодануля с первыми входами блока управления и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй входкоторого соединен со вторым выходом блока управления, третий вход которого соединенс выходом третьего элемента И, первыйвход которого соединен с выходом блокасравнения, со вторым входом первого элемента И и через первый элемент НЕ с первым входом четвертогоэлемента И, а второй вход соединен свыходом второго элемента НЕ,к с первью входом пятого элемента Й, второйвход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и со вторым входом четвертого элемента И, авыход соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен,.спервым входом второго элемента ИЛИ ис шиной "Пускф, а выход соединен совторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входомтриггера коррекции,.нулевой вход которого соединен с выходом первогоэлемента И, при этом выход четвертогоэлемента И соединен со вторым входомвторого элемента И. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР У 379979, кл. Н 03 К 13/17, 20.04.71. 2. Авторское свидетельство СССР 9 349100, кл. Н 03 К 13/17, 11.01,71.805490 гтм Беляеваа Ко екто М.Виг тель Л. М,Кошту кто И ол енк ПодписноСР 4 5 ППП "Патентф, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Ип Закаэ. 10931/80 ВНИИПИ Государств по делам иэобр 113035 Москва ЖСоста Техре Тираж ного к ений и Ра ск 999 митетаоткрытя наб.