Аналого-цифровой преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 836794 Союз СоветсиикСоциалистичесиикРеслублии(23) Приоритет РкударстввниыИ кеиитет СССР. аа двлан кзабретекнй н аткрытвк(53) УДК 681.325088.8 Вата опубликования описания 09. 06. 81 1 В.Н. Науменко, В.С, Малов, Б,А. Солдатов и М.А. 72) Авторы изобретени(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕ первому ента И,к импульс- испольэова- аналоговой Изобретеной технике ходу триггера, а выхвходу интегратора,первые входы которыответственно к прям относится а ожет быт бработки ены истема версному выходу и ыходы с 1 ЧИ о счет тель поэвополярностей, о высокую точ в и естныи змерят ь ток обеих ет недостаточ азования, т интегрируюствляется т нако имее ак компени ность сация сатор го фо его конденком биполярно заряд осущ мировалонного сигнала,нтегрирования осуравнения выходноратора с двумями биполярного комтеля э кл нение яется а изм т твл н н г апряжениВследств е этого в известсуществует ошибка пара ате обра зова м я, обусловленная неточтва положительного и п остью раве информации.Известны аналого-цифровые преобразователи, содержащие генератор так-5 товых импульсов и двухвходовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой - с выходом двухпоэиционного1 О ключа, входы которого подключены к выходам источника образцовых напряжений, а управляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу триггера 11 один вход которого соединен с выходом компаратора 1 .Известные преобразователи позволяют измерять ток обеих полярностей, однако имеют сложную схему.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий биполярный формирователь эталонного сигнала, вход которого подключен к прямому вывходам триггера, вторыетактового генератора, аответственно к суммирующтающему входам реверсивка 21 .3 83 отрицательного токов биполярного формирователя эталонного сигнала и опорных напрйжений биполярного компаратора.Целью изобретения является повышение точности преобразования, .Указанная цель достигается тем, что в известный аналого-цифровой преобразователь, содержащий формирователь биполярного эталонного сигнала, вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход - к первому входу интегратора, два элемента И, первые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам, триггера, вторые - к выходу тактового генератора, а выходы - соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, введены трансформатор, два ключа, два вентиля и интегрирующая цепь, подключенная параллельно интегратор, причем первый вывод конденсатора интегрирующей цепи через первый и второй ключи подключен соответственно к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, управляющие входы ключей соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, второй вывод конденсатора интегрирующей цепи подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого включен первый вентиль, первый вывод вторичной обмотки трансформатора через второй вентиль, включенный в противоположном первому направлению, подключен к счетному входу триггера, инверсный выход которого подключен ко второму входу интегратора, а формирователь биполярного эталонного сигнала выполнен в виде кольцевого диодного модулятора, первая диагональ которого подключена к стабилизатору тока, а вторая - к выходным шинам формирователя биполярного эталонного сигнала.На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого аналого-цифрового преобразователя.Схема содержит интегратор 1, к входам которого подключен источник входного тока 2, интегрирующую цепь, состоящую из резистора 3 и конденсатора 4, ключи 5,6, импульсный трансформатор 7, вентили 8, 9, резисторы 10 и 11, григгер со счетным входом 1, ф(1 рмирователь биполярного эталон 6794 фного сигнала 13, состоящий из кольцевого диодного модулятора 14 и однополярного стабилизатора тока 15, элементыИ 6-7, тактовый генератор 18 и реверсивный счетчик 19.На фиг. 2 приведены временные диаграммы устройства, иллюстрирующиеего работу, где:1 - напряжение на выводах интегО ратора 1;11 - напряжение на выводах конденсатора 4 интегрирующей цепи;11- импульсы во вторичной обмотке трансформатора 7;5 1 Ч - импульсы на входе счетноготриггера 12;Ч в . напряжение между прямым иинверсным выходами триггера 12;Ч - импульсы по суммирующему вхо 20 ду реверсивного счетчика 19;Ч 11- импульсы по вычитающейу входуреверсивного счетчика 19.Преобразование тока в цифровойкод основано на принципе сравнения25 интегралов от входного и эталонноготоковПредложенный аналого-циФровой преобразователь работает следующим образом,30 Под действием тока, определяемогоалгебраической суммой 9 источникатока 2 и 5 стабилизатора тока 15,протекающего через кольцевой диодный модулятор 14, прямой и инверсный35 выходы триггера 12, происходит зарядРемкости интегратора 1 см.фиг.21). Вкачестве интегратора применяется высококачественный конденсатор.Если на прямом выходе триггера 1211 1140 высокий потенциал ло гиче ск ая 1 ) ,на инверсном - низкий ( "О" ) , то токстабилизатора 1 5 протекает через дваоткрытых диода кольцевого модулятора1 4 , интегрирующий конденсатор 1 , ин 45 версный выход триггера 1 2 , его источник питания и прямой выход три ггера 1 2 , При этом время заряда конде нсато ра 1 Ос С1,1(ф Вой, З -3 (1)50где С - емкость конденсатора 1.Импульсный трансформатор 7, ключи5,6, вентили 8,9, резисторы 10,11 иинтегрирующая цепь 3,4 образуют логическое устройство сравнения. Выво 55ды интегрирующей цели 3,4 образуютее аналоговый вход. Напряжение с интегрирующего конденсатора подаетсяна аналоговый вход 1. Управляющиерыт. 5 83679 входы ключей 5 и 6 образуют импульсные входы 1 и 11 логического устройства сравнения, на них поступают импульсы с выходов элементов И 16 и 17 (см. фиг. 2 М 1,М 11)5Логическое устройство сравнения производит проверку знака и величины заряда интегрирующего конденсатора 1.Выходом 1 логического устройства сравнения является резистор 11,выходом 1 - резистор 10Если на прямом выходе триггера 12 "1", на инверсном "0", то импульсы тактовой частоты проходят на выход элемента И 16 и управляющий, вход 1 ключа 5, При этом на выходе элемента И 17 и управляющем входе ключа 6 тактовых импульсов нет.4Реверсивный счетчик 19 производит подсчет числа импульсов и (г.) тактовой частоты.Г по суммирующему входу в течение времени й ,С). Число импульсовп(С) = С,р/Ттгде Тт - период тактовой частоты.Конденсатор 4 интегрирующей цепи подзаряжается от интегрирующего конденсатора 1 через резистор 3 в тече.ние Тт и разряжается с тактовой частотой Г- через ключ 5, который откры- з вается по входу П в течение времени Т равного длительности тактового импульса, и первичную обмотку импульсного трансформатора 7 (см.фиг.2 11). При этом ключ 6 закрыт,При положительном заряде конденсаторе 4 ("1" по входу 1) импульсный сигнал во вторичной обмотке (фиг.2 111) проходит через вентиль 8 и нагрузку в виде резистора 11. Импульс в нагрузке 11 (вых.1) положителен.При отрицательном заряде на кон- денсаторе 4 ("0" по входу 1) импульс во вторичной обмотке замыкается через вентиль 9 и нагрузку в виде резисто ра 10. Импульс в нагрузке 10 (выход 11) отрицателен.Амплитуда импульсного сигнала на выходах и 11 логического устройства сравнения линейно зависит от величины о заряда на конденсаторе 1 (вход 1).При достижении величины заряда интегрирующего конденсатора 1 Ц(1) и соответственно амплитуды импульса по счетному входу порогового значениясрабатывает триггер 2, положительная входная характеристика которого выполняет функцию порогового устройства. 4 ЬПри срабатывании триггера 12 инвертируются потенциалы выходов триггера: на прямом выходе устанавлнва/ 111 ется низкий потенциал ( 0 ) , и а и иверском - высокий ( "" ) . При этом ток стабилизатора5 протекает чер е э дн а других открытых диода модулятора4 прямой выход триггера 1 2 , его и сточник питания , инверсный выход триггера и интегрирующий конденсатор 1 .Конденсатор 1 начинает раз ряжать- ся , время разряда ц . срозрЭМ,+вх,(ЧПри этом импульсы тактовой частоты 1 проходят на выход элемента И 17,гна выходе элемента И 16 тактовых им" пульсов нет.Реверсивный счетчик 19 производит подсчет числа импульсов п(С) тактовой частоты Г по вычитающему входутв течение времени й р (С)Конденсатор 4 интегрирующей цепи подзаряжается от конденсатора 1 через резистор 3 в течение Т- и разряжается с тактовой частотой 1. через ключ 6, который открывается по входу 111 в течение времени и,4, и первичную обмотку 1 При этом ключ 5 закПри положительном заряде на конденсаторе 4 "1" по входу 1 отрицательные импульсы во вторичной обмотке замыкаются через вентиль 9 .и нагрузку 10. Сигнал в нагрузке 1 О (выход 11)отрицателен.При отрицательном заряде на конденсаторе 4 "О" по входу 1 положительные импульсы во вторичной обмотке проходят через вентиль 8 и нагрузку 11. Импульс в нагрузке 11 (выход 1) положителен. В этом случае инверсия импульсного сигнала на выходе 1 осуществляется за счет противофазного подключения первичной обмотки импульсного трансформатора 7.В логическом устройстве сравнения опрос конденсатора 4 интегрирующей цепи производится непрерывно- независимо от состояний сигналов по входам. При этом постоянная составляющая напряжения на конденсаторе 4 интегрирующей цепи равна нулю. Для уменьшения ошибки преобразования за счет утечки заряда с интегрирующего конденсатора 1 через резистор 3 во время опроса конденсатора 4 необходимо, чтобы нагрузки 11 и 1 О вентилей 8 и 9 были равны. При этом утеч7 8367 ки положительного и отрицательного зарядов с интегрирующего конденсаторасиммегричны и взаимно компенсируются, т.к. нагрузки 11 и 10 будут симметрично шунтировать вторичную обмотку трансформатора 7. Симметрирование нагрузок 11 и 10 вентилей 8 и 9 повьппает стабильность коэффициента передачи преобразователя и уменьшает постоянную составляющую напряжения на интегрирующем конденсаторе 1.Перезаряд конденсатора 4 продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое значение заряда противоположного знака. В системе про исходят автоколебания с частотой Га. кратной тактовой ГПериод автоколебаний Тс, =1равен:ость числаимпульсов течение Т,-г(й) опр иемто прямо про ку Зр,ивного счетета Ф провходногои характеризуется тем, порциональна входному тКод на выходе реверс чика 19 М(й) за время с порционален интегралу о ,тока сч Я(С) = -т.1 ХМ а эт,Предложенный аналого-цифровой пре Ообразователь измеряет входной ток любой полярности. Знак входного. тока определяется соотношением числа импульсов по суммирующему и вычитающемувходам реверсивного счетчика 19,Погрешность коэффициента передачипреобразователя определяется толькокачеством стабилизации тока Зэт истабильностью тактовой частотыФормула изобретения1. Аналого-цифровой преобразовательсодержащий формирователь биполярногоЗ.Преобразователь по п, 1., о т л и ч аю щ и й с я тем,что формирователь биполярного эталонного сигнала выполнен в виде кольцевого диодного модулятора, первая диагональ которого подключена к стабилизатору тока, а вторая - к выходным шинам формирователя бицолярного эталонного сигнала. сточники информации,о внимание при экспертиз принятые1. АвтИ2, Бал СССР0.07.7граль 1978,рексе свидетельствокл. Н 03 К 13/20,кай В.Г. и др. ИнтеАЦП и ЦАП.Энергия",-23 (прототип) . ные схемьс. 72, р 94 8эталонного сигнала, вход которого подключен к прямому выходу триггера, а выход - к первому входу интегратора, первый и второй элементы И, пер-. вые входы которых подключены соответственно к прямому и инверсному выходам триггера, вторые - к выходу тактового генератора, а выходы - соответственно к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены трансформатор, два ключа, два вентиля и интегрирующая цепь, подключенная параллельно интегратору, причем первый вывод конденсатора интегрирующей цепи через первый и второй ключи подключен соответственно к крайним выводам первичной обмотки трансформатора, управляющие входы ключей соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, второй вывод конденсатора интегрирующей цепи подключен к средней точке первичной обмотки трансформатора, параллельно вторичной обмотке которого включен первый вентиль, первый вывод вторичной обмотки трансформатора через второй вентиль, включенный в противоположном первому направлении, подключен к счетному входу триггера, инверсный выход которого подключен ко второму входу интегратора.836794 Составитель В. МахнановБ. Федотов ТехредМ. Голинка Корректор М. Шадоши е Тираж 988ИИПИ Государственнопо делам изобретени3035, Москва, Ж,Заказ 3206/4 Подписноего комитета СССРй и открытийРаушская наб., дПатент , г. Ужгород, ул.