Аналого-цифровой преобразователь

ОП ИСАИ ИЕИЗОБРЕТЕИИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и,947958(23) ПриоритетОпубликовано 30. 07. 82.Бюллетень Мо 28 151) М. Кл.з Н 03 К 13/17 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытийДата опубликования описания 30.07.82(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 10 20 30 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительныхприборах и информационно-измерительных системах,Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий переключатель, сравнивающее устройство, генератор пилообразного напряжения,два триггера, три клапана, линию за-.держки, генератор импульсов, реверсивный счетчик и устройство управления Г 13Недостатками устройства являются необходимость определения кодакоррекции перед каждым преобразованием входного напряжения, что снижает число преобразований в единицувремени, а также невозможность коррекции смещения нуля при преобразовании разнополярного входного напряжения.Известен также аналого"цифровойпреобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которогоподключены к источникам положительного и отрицательного образцовогонапряжений, а также к входам измеряемого напряжения и нулевого потенциала, а входы управления - к выходам дешифратора, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выходкоторого подключен к входу нуль-органа, выход нуль-органа соединен свходами Формирователя и ключа, выходкоторого подключен к неинвертируюв 1 емувходу усилителя интегратора и к рдной обкладке конденсатора, другаж,обкладка которого соединена с шинойнулевого потенциала, выход Формирователя подключен к первому входу дешифратора и к первому входу устройства управления, первый выход которогосоединен с одним входом клапана,другой вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорнойчастоты, а выход - к входу счетчикаимпульсов, выход которого соединенс первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу устройства управления, а выходы - к выхо"ду преобразователя, остальные двавыхода уотройства управления соединены с входами двух триггеров, выходы которых подключены к второмуи третьему входам дешифратора 123,Недостатком устройства являетсянизкое быстродействие.Цель изобретения - повышение быстродействия.Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преббразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены к выходам источников положительного и отрицательного образцового напряжений, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, 10 выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя интегратора, выход формирователя подключен к первому входу 5 блока управления, первый выход которого соединен с первым входом клапаца, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход - к входу счет чика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу блока управления, введены два дополнительных клапана, суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, вентипи переписи кода, Формирователь импульсов и резистор, причем третий выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора, к управляющему входу ключа и к входу предварительной установки вычитаю- щего счетчика, четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом коммутатора, с вхо дом предварительной установки счетчика импульсов и с управляющим входом вентилей переписи кода, входы которых подключены к выходу вычитающего счетчика, а выходы - к входу 40 предварительной установки суммирующего счетчика, выход суммирующего счетчика соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу блока управления, пятый и шестой выходы блока управления соединены с третьим и четвертым управляющими входами коммутатора, седьмой выход блока управления подключен к первому входу первого дополнительного клапана, второй вход которого соединен с вы" ходом генератора импульсов опорной частоты, а выход - с входом вычитающего счетчика, восьмой выход блока,управления подключен к первомуФвходу второго дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход - с входом суммирующего счетчика и третьим входом блока управления, неинвертирующий вход интегратора подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала, 65 На Фиг.1 приведена структурная электрическая схемаустройства;на фиг.2-временная диаграмма его работы.Устройство содержит источник 1 положительного опорного напряжения, источник 2 отрицательного опорного напряжения, коммутатор 3, интегратор 4, нуль-орган 5, Формирователь б, резистор 7, ключ 8, блок 9 управления, клапан 10, суммирующий счетчик 11, формирователь 12 импульсов, вентили 13 переписи кода, клапан 14, вычитающий счетчик 15, генератор 16 импульсов опорной частоты, клапан 17, счетчик 18 импульсов, вентили 19 считывания кода.Устройство работает следующим образом.В течение интервала времени, определяемого блоком 9, осуществляется интегрирование с помощью интегратора 4 измеряемого напряжения, поступающего на вход устройства, Затем происходит преобразование напряжения на выходе интегратора 4 с помощью образцового напряжения во временой интервал и заполнение в течение этого интервала импульсами образцовой частоты счетчика 18, причем подключение соответствующего источника 1 или 2 осуществляется в зависимости от сигнала на выходе формирователя 6, Код на выходе счетчика 18 при этом пропорционален измеряемому напряжению. Автокоррекция нулевого уровняинтегратора осуществляется в преобразователе цифро-аналоговым методом.При этом напряжение смещения нуляинтегратора 4 периодически преобразуется в промежуточный параметрвременной интервал, который, в своюочередь, преобразуется в дополнительный код с помощью счетчика 15,выполняющего функцию аналого-цифрового преобразователя и запоминающего регистра. Код на выходе счетчика15, соответствующий напряжению смещения интегратора 4, в процессе каждого измерения входного напряженияпреобразуется в соответствующий временной интервал с помощью счетчика11, выполняющего функцию цифро-аналогового преобразователя. Этот временной интервал алгебраически суммируется с временным интервалом, соответствующим напряжению на выходеинтегратора 4. В течение полученногов результате суммирования временногоинтервала происходит заполнениесчетчика 18 импульсами образцовойчастоты при этом на выходе счетчика 18 формируется код преобразуемогонапряжения без погрешности от смещения нуля интегратора,При работе устройства возможныдва варианта соотношения полярностейизмеряемого напряжения и напряжениясмещения интегратора, которым соответствуют два алгоритма работы преобразователя,При первом варианте работы устроиства преобразуемое напряжениеи напряжение смещения интегратораимеют одинаковую полярность.Цикл коррекции нуля начинаетсяс Формирования на третьем выходеблока 9 сигнала, который поступаетна коммутатор 3, на управляющийвход ключа 8 и на вход предварительной установки вычитающего счетчика15, При этом коммутатор 3 подключает вход интегратора 4 к входунулевого потенциала, ключ 8 замыкает цепь обратной связи с выходануль-органа 5 на неинвертирующийвход интегратора 4, который подключен через резистор 7 к нулевому потенциалу, а разряды вычитающегосчетчика 15 устанавливаются в состояние "1". Напряжения на выходах ин тегратора 4 и нуль-органа 5 изменяются при этом в соответствии свременной диаграммой (Фиг.2) . В зависимости от состояния выхода Формирователя б, которое запоминаетсяблоком 9.до очередного цикла коррекции, последний по окончании сигнала на своем третьем выходе формирует сигнал на одном из своихвыходов, При положительной полярности напряжения смещения интегратора4 блок 9 формирует сигнал на своемпятом выходе и подключает с. помощьюкоммутатора 3 вход интегратора 4к источнику 1, при этом конденсатор интегратора 4. разряжается по линейному закону (Фиг,2). Кроме того,блок 9 формирует также сигнал насвоем седьмом выходе, открываяклапан 14 и разрешая тем самым поступление импульсов опорной частотына вход вычитающего счетчика 15.Сигналы с седьмого и пятого выходовблока 9 снимаются при поступлениина его первый вход сигнала (перепада напряжения) с выхода формирователя б. Формирователь б изменяетсостояние своего выхода в моментравенства нулю напрчженич на выходеинтегратора 4, который Фиксируетсянуль-органом 5.Таким образом, длительность сигналов на пятом и седьмом выходахблока 9 пропорциональна напряжениюсмещения интегратора 4, при этомв вычитающем счетчике 15 (емкостькоторого так же, как и емкость суммирующего счетчика 11, определяетсямаксимально возможной величинойнапряжения смещения интегратора изначительно меньше емкости счетчика18) фиксируется дополнительный кодвременного интервала, пропорционального напряжению смещения интегратора 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 4. На этом цикл коррекции заканчива ется. Необходимость в очередном цикле коррекции определяется, в основном. температурным и временным дрейфами напряжения смещения интегратора.Цикл преобразования входного напряжения начинается с Формирования на четвертом выходе блока 9 сигнала определенной длительности, который поступает на коммутатор 3, на вход предварительной установки счетчика 18 импульсов и на управляющий вход вентиля 13. При этом интегратором 4 осуществляется интегрирование преобразуемого напряжения (Фиг.2), разряды счетчика 18 устанавливаются в состояние "0", а в суммирующий счетчик 11 записывается дополнительный код временного интервала коррекции. По окончании сигнала на четвертом выходе блок 9 Формирует сигнал на своем восьмом выходе (Фиг.2), который поступает на управляющий вход клапана 10 и разрешает тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход суммирующего счетчика 11, Кроме того, в зависимости от полярности преобразуемого напряжения и ее соотношения с полярностью напряжения смещения (в зависимости от состояния выхода формирователя б в цикле преобразования и его соотношения с состоянием выхода последнего в цикле коррекции) формируется сигнал либо на первом, либо на одном из выходов, .шестом или пятом, блока 9. В рассматриваемом случае (при первом варианте работы устройства) блок 9 формирует одновременно сигналы на своих первом и восьмом выходах. Сигнал с первого выхода блока 9 поступает на управляющий вход клапана 17, разрешая тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход счетчика 18 (фиг.2) .При переполнении суммирующего счетчика 11 формирователь 12 Формирует на .своем выходе импульсный сигнал (фиг.2), и тем самым заканчивается Формирование временного интервала коррекции. По окончании этого интервала снимается сигнал с восьмого выхода блока 9 и формируется сигнал на его шестом выходе, который поступает на коммутатор 3 и подключает вход интегратора 4 к источнику 2, при этом осуществляется преобразование путем линейного разряда конденсатора напряжения на выходе интегратора 4 в пропорциональный ему временной интервал (фиг,2), окончание которого фиксируется нуль-органом 5. Изменение состояния выхода нуль-органа 5 вызывает перепад напряжения на выходе Формирователяб, который поступает на первый вход блока9. При э 7 ом снимаются сигналы с первого и шестого выходов блока 9, и Формируется сигнал на его втором выходе. На этом цикл преобразования заканчивается: вход интегратора 4 отключается от источника 2, пре кращаетсй поступление импульсов образцовой частоты на вход счетчика 18, и осуществляется выдача результата преобразования на выход через вентили 19, на управляющие входы 10 которых поступает разрешающий сигнал со второго выхода блока 9. При этом код напряжения на выходе интегратора 4 оказывается скорректированным в счетчике 18 на величину напряжения смещения интегратора 4 (фиг.21.При втором варианте работы устройства преобразуемое напряжение д напряжение смещения интегратора имеют разную полярность ( преобразуе: мое напряжение - отрицательную, напряжение .смещения - положительную полярность). Цикл преобразования входного напряжения в рассматриваемом варианте отличается от описанного выше тем, что по окончании интегрирования преобразуемого напряжения блок 9 формирует сигнал на своем пятом выходе вместо шестогоФиг;2 ), осуществляя тем самым подключение к входу интегратора 4 источника 1. При этом сигнал на пятом выходе формируется одновременно с сигналом на восьмом выходе блока 9, а сигнал на первом выходе по отношению к указанным выше сигналам - с З задержкой Т р, равной длительности временного интервала коррекции, что обеспечивает коррекцию кода напряжения на выходе интегратора 4 на величину напряжения смещения последне го фиг.2.Работа устройства при отрицательной полярности напряжения смещения интегратора осуществляется в соответствии с двумя вариантами, рассмотренными выше.Таким образом, устройство обеспечивает достаточно длительное время хранения величины сигнала коррекции, которое определяется дрейфом частоты генератора импульсов опорной частоты, Дрейф частоты кварцевого резонатора, входящего в состав генератора импульсов опорной частоты, на несколько порядков меньше дрейфа напряжения смеения, входящего в состав интеграторасилителя. Следовательно, период цикла определения сигнала коррекции нулевого уровня устройства определяется дрейфом напряжения смещения усилителя и значительно больше, чем у,про-, о тотипа (у которого определение сигнала коррекции осуществляется перед каждым преобразованием), что обеспечивает повышение быстродействия аналого-цифрового преобразователя. 65 Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены к выходам источников положительного и отрицательного образцового напряжений, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, выходнуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя интегратора, выход Формирователя подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с первым входом клапана, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу блока управления, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены два дополнительных клапана, суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, вентили переписи кода, формирователь импульсов и резистор, причем третий выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора, к управляющему входу ключа и к входу предваритель,ной установки вычитающего счетчика, четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом коммутатора, с входом предварительной установки счетчика импульсов и с управляющим входом вентилей переписи кода, входы. которых подключены к выходу вычитающего счетчика, а выходы - к входу предварительной установки суммирующего счетчика, выход суммирующего счетчика соединен с входом Формирователя. импульсов, выход которого подключен к второму входу блока управления, пятыйи шестой выходы блока управления соединены с третьим и четвертым управляющими входами коммутатора, седьмой выход блока управления подключен к первому входу первого дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выходс входом вычитающего счетчика, восьмой выход блока управления подключенк первому входу второго дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импуль"сов опорной частоты,а выход - с входом суммирующего счетчика и третьим входом блока управления, Неинвертирующий вход интегратора подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Шляндин В,М. Цифровые измерительные преобразователи и приборы. М "Высшая школа", 1973, с.184. 2. Гутников В.С., Дьяченко Ю.Н., Михненков В.А. Время-импульсный преобразователь цифрового прибора двух тактного интегрирования. - Труды ЛПИ вып.355, 1976, с.б 8 (прототип).947958 ЯЪ/Ху Ь/х Жг ЯЮМ Состави Огар Техред Ледакт дписноеСССР б. дФилиал ППП Патент , г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 5 бб 8 78 ВНИИПИ Го по дела 113035, Мо