Способ время-импульсного аналого-цифрового преобразования переменных сигналов и устройство для его осуществления

(1)97 О 686 ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) ПриоритетОпубликовано 30.1082. Бюллетень Ио 40Дата опубликования описания 30.10.82 Р 1 М К з Н 03 К 13/20 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ СИГ 11 АЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1 210 20 30 Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и применяется в системах преобразования и передачи циФровой измерительной информации.Известен способ, заключающийся в том, что в каждом цикле преобразуемый сигнал уравновешивают образцовым линейно-изменяющимся сигналом, начало которого в первом такте синхронизируют тактовым импульсом, выделяют интервал времени от начала Формирования образцового линейно- изменяющегося сигнала до момента его,равенства с преобразуемым сигналом, квантуют импульсами опорной частоты выделенный интервал времени, отсчет относят к моменту появления тактового импульса, в каждом последующем цикле преобразования Формирования образцового линейно- изменяющегося сигнала начинают с опережением очередного тактового импульса на интервал времени, выделенный в предыдущем цикле 1,1). Известно устройство, реализующееданный способ, содержащее генераторобразцового линейно-изменяющегосясигнала, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второйвход которого подключен к входнойклемме, а выход соединен с управляющим входом регистра и первым входомпервого элемента управления ключом,выход которого соединен с первымвходом первого ключа, второй входкоторого соединен с первым входомвторого ключа и с выходом генератора опорной частоты, выход первогоключа соединен со счетным входомпервого реверсивного счетчика, выходы которого подключены к информационным входам регистра и первым входамблока сравнения кодов, вторые входыкоторого соединены с выходами второ"го реверсивного счетчика, счетныйвход которого подключен к выходувторого ключа, второй вход которогосоединен с выходом второго элементауправления ключом, первый вход которого соединен с шиной тактовыхимпульсов, а выход блока сравнениякодов подключен к управляющему входу генератора образцового лннейноиэменяющегося сигнала, с управляющими входами первого и второго реверсивных счетчиков и с вторыми входами первого и второго элемента управления ключом 1.Недостатком данных способа и уст"ройства является наличие динамической погрешности преобразования.Цель изобретения - уменьшениядинамической погрешности преобразования, 5Поставленная цель достигается тем,что в способ время-импульсного аналого-цифрового преобразования пере-менных сигналов, заключающийся втом, что в каждом цикле преобразуемый сигнал уравновешивают образцовым линейно-изменяющимся сигналом,начало которого в первом цикле синхронизируют тактовым импульсом, выделяют интервал времени от начала 15формирования образцового линейноизменяющегося сигнала до момента егоравенства с преобразуемым сигналом,квантуют импульсами опорной частотывыделенный интервал времени, отсчет20относят к моменту появления тактового импульса, во втором цикле формирование образцового линейно-изменяющегося сигнала осуществляют с опережением второго тактового импульса 25на интервал времени, выделенный впервом цикле, введены новые операциив течение каждого цикла, начиная совторого, определяют изменение преобразуемого сигнала, Формируют интервал времени, в течение которого образцовый сигнал достигает значения,равного изменению преобразуемогосигнала в этом цикле, в каждом последующем цикле преобразования, начиная З 5с третьего, формирование образцовоголинейно-изменяющегося сигнала осуществляют с опережением очередноготактового импульса на интервал времени, равный сумме выделенного и сФормированного в предыдущем цикле интервалов, если изменение преобразуемого сигнала в предыдущем циклеположительное, или на интервал времени, равный разности выделенного и сформированного интервалов, если изменение преобразуемого сигнала в предыдущем цикле отрицательное.Причем в устройство, содержащее генератор образцового линейно-изменяющегося сигнала, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединен с входной шиной, а выход - с управляющим входом первого регистра и первым входом первого элемента уп равления ключом, выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с первым входом второго ключа и с выходом генератора опорной частоты, 60 выход первого ключа соединен с первым счетным входом первого счетчика, выход которого соединен с информационными входами первого регистра и с первым входом блока сравнения 65 кодов, вторые входы которого соединены с выходами второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом второго элемента управления ключом, первый вход которого соединен с шиной тактовых импульсов, а выход первого блока сравнения кодов соединен с управляющим входом генератора образцового линейно-изменяющегося сигнала, с управляющими входаии первогои второго счетчиков и со вторымивходами первого и второго элемента управления ключом, введены второй регистр, блок вычитания, инвертор, первый и второй элементы совпадения,второй блок сравнения кодов, третий счетчик, блок управления, третий элемент управления ключом и третий ключ, первый вход которого соединен с выходом генератора опорной частоты,второй вход - с выходом третьего элемента управления ключом,.первый вход которого соединен с первым выходом первого элемента управления ключом и с управляющим входом второго регистра, а второй вход - с управляющим входом третьего счетчика и с выходом второго блока сравнения кодов, первый вход которого соединен. с выходом блока вычитания, а второй - с выходом третьего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом третьего ключа и с первыми входами первого и второго элемента совпадения, выходы которых соединены соответственно со вторым и третьим счетными входами первого счетчика, при этом второй вход первого элемента совпадения соединен с выходом инвертора, вход которого соединен со вторым входом второго элемента совпадения и со знаковым выходом блока вычитания, первый вход которого соединен с выходом первого регистра и с информационным входом второго регистра, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания, а третий вход первого элемента.совпа- . дения соединен с третьим входом второго элемента совпадения и с выходом блока управления, вход которого соединен с шиной тактовых импульсов.На фиг.1 представлена диаграмма, иллюстрирующая способ; на фиг.2 блок-схема предлагаемого устройства; на Фиг.З - временные диаграмма, поясняющие его работу.Преобразуемюй сигнал О уравновешивают образцовым линейно-изменяющимся сигналом П (фиг.1), формирование которого начинают с.приходом тактового импульса в момент времени Т, выделяют интервал времени 1 от йачала формирования Ио до его равенст50 При поступлении первого тактового импульса (Т ) на выходе второго элемента 11 управления ключом появля ва. с преобразуемым сигналом, квантуют его импульсами опорной частоты,отсчет относят к моменту Т приходатактового импульса. Во втором цик-.ле преобразования формирование сигнала По начинают с опережением очередного тактового импульса, появляющегося в момент времени Т 2, на интервал времени 1 . После уравновешивания П образцовым линейно-изменяющимся сигналом ио определяют 10изменение преобразуемого сигналад(2) - П(") где П(2)и П(")- значение сигх х х хнала Пхо в момент уравновешиванияв первом и втором цикле и формируютинтервал времени с 2, в течение которого П изменяется на значение Ь-П,(ПЯ- Я)т.е. 7 = В, где Б - крутизнасигнала ПО, Далее ВО Всех послеДУюЩихциклах преобразования, начиная с третьего (ЪЗ), начало формирования Поначинают с опережением очередного момента поступления тактовых и)лпульсоВ Т 1 на интервал Времени+ - (ПП), если И-ПО,или на интервал времени1 (1-1) (1-2 ) (1- 1-2)-- (Пх -Их ), если П) П х О.Все остальные приемы производят аналогично первым двум циклам.Устройство (фиг. 2) содержит блок1 сравнения, генератор 2 образцовоголинейно-изменяющегося сигнала, первый регистр 3, первый элемент 4управления ключом, первый ключ 5,первый счетчик б, генератор 7 опорной частоты, первый блок 8 сравнениякодов, второй счетчик 9, второй ключ10, второй элемент 11 управления 40ключом, второй региетр 12, блок 13вычитания, инвертор 14, первый 15и второй 16 элементы совпадения,третий элемент 17 управления ключом, третий ключ 18, второй блок 19 45сравнения кодов, третий счетчик 20,блок 21 управленияПри включении устройства в первом счетчике б устанавливается произвольное значение Б, во второмо)счетчике 9 - значение И 2,мбкс=ЕОВ =оСьстеас тле т - частота слеЯГ одования импульсов генератора 7 опорПх мсцсс 55ной частоты,6 = --- время до-стижения образцовы)л сигналом По максимального значения Ппреобра 1зуемого сигнала, Я - крутизна образцового сигнала П , а третий счетчик 20 устанавливается в нулевоесостояние,ется напряжение, соответствующее 11, второй ключ 10 открывается и импульсы опорной частоты начинают поступать на вычитающий вход второго счетчика 9. В момент времени Т, когда значения, зафиксированные счетчиками б и 9 становятся равными, т.е. Б = И , срабатывает блок 8 сравнения кодов, и импульс с его выхода сбрасывает состояние счетчика б в нуль, устанавливает в счетчике 91значение Н 2,)лакс, изменяет состояние элементов 4 и 11 таким образом, что на выходе элемента 4 появляется напряжение, соответствующее 11, на выходе элемента 11 - 01, запускает генератор 2. Следовательно, с момента времени Т ключ 10 закрывается, а ключ 5 открывается, и на первый (суммирующий) вход счетчика б начинают поступать импульсы опор/ ной частоты. В момент времени Т когда (1 = По, срабатывает блок 1 сравнения, и импульс с его выхода устаналивает на выходе элемента 4 состояние 0 , а на выходе элемента 17 - состояние 1, в результате чего ключ 5 закрывается, а ключ 18 открывается. Кроме того, импульсом с выхода блока 1 сравнения производится перезапись в регистр 3 информации с выходов счетчика б и В регистр 12 с выходов регистра 3Значение, записываемое в регистр 3, пропорционально значению преобразу- емого сигнала),)( -(Т 1 Тф)Пк о лоВПолученный отсчет относят к моменту времени Т+8. С момента времени Т на суммирующий вход счетчика20 поступают импульсы от генератора 7 через ключ 18. В момент Т +7,когда состояние счетчика 20 сравнивается с выходным кодовым значением блока 13 вычитания, т.е. И= И,И(1 срабатывает блок 19 сравнения кодов, устанавливая на выходе элемента 17 напряжение, соответствующее 10 и ключ 18 закрывается.Во втором цикле работа устройства аналогична первому циклу, за исключением того, что начало запуска генератора 2 происходит в момент вреП(1 )мени Т +В-+ = Т +8- - а на выходеяблока 21 управления устанавливается состояние 1, в результате чего импульсы с выхода ключа 18 проходят на второй (суммирующий) вход счетчика б через первый элемент 15 совпадения или на третий (вычитающий) вход счетчика б через второй элемент 16 совпадения в зависимости от напряжения на знаковом выходе блока 13, 970686Таким образом, в момент времениТ+Т 1 в счетчике б будет зафиксировано значение И - О +(О -1Е1 8 х- .к ка во всех остальных циклах, начиная с третьего (133), начало запуска генератора 2 осуцествляется в моментыТ зТ.+ - М н л Т, макс км )(ф)Тмакс 1 )= ++Г- о Т а-. +т1-лт.е. с опережением момента отнесения отсчета на интервал времени, ффФормула изобретения1. Способ время-импульсного ана,лого-цифрового преобразования переменных сигналов, заключающийся втом, что в каждом цикле преобразуемый сигнал уравновешивают образцовым линейно-изменяющимся сигналомРначало которого в первом цикле синхронизируют тактовым импульсом,; выделяют интервал времени от началаФормирования образцового линейноизменяющегося сигнала до момента.его равенства с преобразуемым сигналол, квантуют импульсами опорнойчастоты выделенный интервал времени,отсчет относят к моменту появлениятактового импульса, во втором циклЕ Формирование образцового линейно-изменяюцегося сигнала осуществляют с опережением второго тактового импульса на интервал времени,выделенный в первом цикле, о т л,ич а ю щ,и й с я тем, что, с цельюуменьшения динамической погрешности преобразования, в течение каждогоцикла, начиная с второго, определяют изменение греобразуемого сигнала, Формируют интервал времени, втечение которого образцовый сигналдостигает значения,.равного изменениюпреобразуемого сигнала в этом цикле, в каждом последующем цикле преобразования, начиная с третьего,формирование образцового линейноиэменяющегося сигнала осуществляютс опережением очередного тактовогоимпульса на интервал времени, равныйсумме выделенного и сформированногов предыдущем цикле интервалов, еслиизменение преобразуемого сигнала впредыдущем цикле положительное,илина интервал времени, равный разностивыделенного и сформированного интервалов, если изменение преобразуемого сигнала в,предыдущем цикле отрицательное. 2. устройство для реализацииспособа по п.1 содержащее генераторобразцового линейно-изменяющегося сигнала, выход которого соединен с первымвходом блока сравнения, второй входкоторого соединен с входной шиной,а выход - с управляющим входом первого регистра и первым входом перво- .го элемента управления ключом, выходкоторого соединен с первым входомпервого ключа, второй вход которого соединен с первым входом второгоключа и с выходом генератора опорной частоты, выход первого ключасоединен с первым счетным входом15первого счетчика, выход которогосоединен с информационным входом .первого регистра и с первым входомблока сравнения кодов, вторые входыкоторого соединены с выходом второ 20 го счетчика, счетный вход которогосоединен с выходом второго ключа,второй вход которого соединен свыходом второго элемента управления25ключом, первый вход которого соединен с шиной тактовых импульсов, авыход первого блока сравнения кодов,соединен с управляющим входом генератора образцового линейно-изменяющегося сигнала, с управляющимивходами первого и второго счетчиков и со вторыми входами первогои второго элементов управления ключом, о т л и ч а ю щ е е с я тем.,что в него введены второй регистр,блок вычитания, .инвертор, первый ивторой элементы совпадения, второйблок сравнения кодов., третий счетчик, блок управления, третий элемент управления ключом и третийключ, первый вход которого соединен.с выходом генератора опорной частоты, второй вход - с выходом третьего элемента управления ключом, первый вход которого соединен с первымвходом первого элемента управленияключом и с управляющим входом второго регистра, а второй вход - с управляюцим входом третьего счетчикаи с выходом второго блока сравнения 5 О кодов, первый вход которого соеди-нен с выходом блока вычитания, авторой - с выходом третьего счетчика, счетный вход которого соединен с выходом третьего ключа и с 55 первыми входами первого и второгоэлемента совпадения, выходы которых соединены соответственно совторым и третьим счетными входамипервого счетчика, при этом второй бО вход первого злелента совпадениясоединен с выходом инвертора, входкоторого соединен со вторым входомвторого элемента совпадения и со.знаковым выходом блока вЫчитания,первый вход которого соединен с выходом первого регистра и с информационным входом второго регистра, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания, а третий вход первого элемента совпадения соединен с третьим входом второго элемента совпадения и с выходом блока управления, вход которого соединен с шиной тактовых импульсов,Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2745529/21,кл. Е 1 03 К 13/20, 28.04.80 .(прототип) .