Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК 52 ЗОБР ВУ 47 933 счетчика и второгокоторого соединеныцифрового вычитающевторой вход которог вых ч щи входа ст ойства,нен с чето автомасоед вертым выходомта последователвходы - с выховход разрешени правл го типа е ми перво чета ко счетчика,ого соединен с равляющим входом второго Э рого, соединен элемента ИЛИ го соединен с ом третьего люча и вх риггера выходо Э-вход кот четвертого вход котор дом управл перв пятым выхо- последовад - с выхоющего автомат а, второй вх ьног ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ К АВТОРСКОМУ С(71) Московский ордена Ленина иордена Октябрьской Революции энергтический институт(54) (57) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИфРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащийгенератор импульсов, первый счетчикуправляющий автоматпоследовательноготипа,три ключа, информационные входыкоторых соединены соответственно сшиной преобразуемогО напряжения,шиной положительного опорного напряжения, шиной отрицательного опорного напряжения, а выходы - соответственно с первым, вторым и третьимвходами интегросуммирующего усилителя, отличающийся тем,что, с целью повышения линейностипреобразования без снижения разрешающей способности и помехоустойчивости, в него дополнительно введены четыре элемента ИЛИ, инвертор, дваэлемента И, два 85 -триггера, дваЭ-триггера, второй счетчик, цифровое вычитающее устройство и три ком;паратора, первые входы которых объединейы й соединены с выходом интег.росуммирующего усилителя, второйвход первого из которых соединен сшиной первого порогового уровня, авыход - с первым входом первого элемента ИЛИ и 5 -входом первогоЯ 5 - триггера, 8 -вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход " с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, входом инвертора, первым выходом управляющего автомата. последовательного типа, первым входом второго элемента И, а выход - с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом управляющего автомата последовательного типа, а выход - с 3 -входом первогоЭ -триггера, выход которого соединен с управляю щим входом второго ключа и вхопом разрешения счета второго счетчика, а С -вход - с С -входом второго Э - триггера, счетными входами первого и второго счетчиков, выходом генера- Я тора импульсов и первым входом управляющего.автомата последовательного типа, третий выход которого со-. единен с входами установки первого1202056 дом второго элемента И, второй входкоторого соединен с выходом второгоЬ -триггера, 0 - вход которого соединен с выходом первого элементаИЛИ, б -вход - с выходом второго компаратора и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом первого элеИзобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измеритель. ных системах.Целью изобретения является повышение линейности преобразования без снижения разрешающей способности и помехоустойчивости преобразования. На фиг. 1 приведена функциональная схема АЦП на фиг, 2 - временные диаграммы, поясняющие работу АЦП в течение одного цикла преобразования; на фиг3 - пример реализации управляющего автомата последовательного типа. Аналого-цифровой преобразователь содержит ключ 1 входного напряжения, ключи 2 и 3 опорных напряжений, ин- тегросуммирующий усилитель 4, компараторы 5 - 7, генератор импульсов (ГИ) 8, управляющий автомат 9 последовательного типа, первый счетчик 10, четыре элемента ИЛИ 11-14, инвертор 15, два элемента И 16 и 17, два 18 -триггера 18 и 19, два 2 -триггера 20 и 21, второй счетчик 22 и цифровое вычитающее устройство 23.Управляющий автомат последовательного типа содержит первый формирователь 24, инвертор 25, элемент И 26, счетчный триггер 27, элемент И-НЕ 28, элемент И 29, второй формирователь импульсов 30, триггер 31, инвертор 32 с дифференцирующей цепочкой на входе, элемент . И 33 третий формирователь 34,элемент3.оИ-НЕ 35, счетчик 36 импульсов, триггер 37, логический элемент 38, триггер 39, триггер 40, элемент 2 И-ИЛИ 41, триггер 42, элементы задержки 43 и 44,элемент 2 И-ИЛИ 45 5 1 О 15 20 25 30 М 5 40 мента ИЛИ и выходом инвертора, приэтом второй вход второго компаратора соединен с шиной второго порогового уровня, причем второй вход третьего компаратора соединен с общейшиной, а выход - с вторым входомуправляющего автомата последовательного типа,устройство 46 гальванического разделения.Устройство работает следующим образом.Элементы 24-28 вырабатывают пуско вой сигнал на инверсном выходе триггера 37, который, проходя устройство 46 гальванического разделения, формирует на выходе автомата 9, задающем фиксированный интервал времени интегрирования преобразуемого напряжения, уровень "1". Одновременно коротким импульсом с выхода элемента 28 через элемент 35 сбрасывается в нулевое состояние счетчик 36. Выход элемента 28 является выходом автомата 9, на котором вырабатывается сигнал установки в начальное состояние счетчиков 10 и 22. После сброса счетчика 36 начинается его заполнение импульсами с выхода элемента 45. После переполнения счетчика 36 на выходе элемента 33 вырабатывает" ся короткий импульс, который сбрасывает триггер 37, В результате этого на выходе автомата 9, задающем фиксированный интервал времени интегрирования преобразуемого напряжения, устанавливается уровень "0". Таким образом, время, необходимое для заполнения счетчика 36 импульсами ГИ, определяет длительность фиксированного интервала Т (фиг. 2), Короткий импульс с выхода элемента 33, пройдя формирователь 34, поступает на входы триггеров 40 и 42. При этом в триггере 40 фиксируется информация о знаке выходного напряжения ин тегратора в момент окончания интервала Т (фиг. 2). Информация о знаке в триггер 40 поступает из триггера 39. Сигнал с инверсного выхода триггера 42 через элемент задержки 43 дает разрешение на включение опорного напряжения, полярность которого определяется состоянием триггера 40. Под действиемвыходных сигналов триггеров 40 и42 на одном из двух выходов устройства 46 гальванического разделения,являющихся выходами автомата 9, разрешающими интегрирование опорногонапряжения после окончания интервала Т (фиг. 2), формируется уровень 1". Выбор знака опорногонапряжения определяется состояниемкомпаратора 5, которое через устройство 46 гальванического разделенияи элемент 38 фиксируется в триггере 39. Линия связи выхода компаратора 5 и устройства 46 гальванического разделения является входной шиной автомата 9. В момент окончательного разряда интегратора компаратор5 изменяет свое состояние, что передается через устройство 46 гальванического разделения, элементы 38 и 39и приводит к появлению на выходеэлемента 41 сигнала, который сбрасы.вает триггер 42. Этим осуществляется запрет на интегрирование напряжения опорного источника. Выход элемента 29 является выходом автомата9 и по сигналу на этом выходе вычи"тающим устройством определяется цифровой эквивалент преобразуемого напряжения,В начале цикла преобразования через ключ 1 на вход интегросуммиру ющего усилителя 4 подается преобразуемое напряжение 1 . При отрицательном знаке Ц выходное напряжение интегратора НЦ линейно возрастает. После достижения этим напряжением порогового уровня 5, (фиг. 2), выбираемого в линейной области выходной характеристики интегратора, срабатывает компаратор 7. Его выходным сигналом кв -триггер 18 устанавливается в состояние "1" (фиг. 2), а 16-триггер 19 - в состояние "0" (фиг. 2). Выходной сигнал к 5 -триггера 18 проходит через элемент И 16, поскольку в течение фиксированного интервалавремени Т на первом входе элемента И 16 действует сигнал "1", поступающий из управляющего автомата 9 последовательного типа. С выхода элемента И 16 сигнал "1" через элемент ИЛИ 13 поступает на П-вход Э-триггера 20. По положитель ному фронту ближайшего импульса генератора 83-триггер 20 переходит всостояние "1". Выходным сигналом1)-триггера 20 осуществляется подключение к входу интегросуммирующегоусилителя 4 через ключ 2 положительного опорного напряжения 0 , одновременно дается разрешение на счетимпульсов генератора 8 счетчику 22.10 Создаваемый опорным напряжениемразрядный ток должен превышать зна чение зарядного тока, обусловленноепреобразуемым напряжением. В этом фслучае выходное напряжение интегра тора начинаетлинейно уменьшаться и вмомент, когда онодостигнет порогового уровня Од (фиг. 2), срабатывает компаратор 6. Его выходнымсигналом устанавливается в состо 2 о яние "1" й 5 -триггер 19 (фиг. 2),а 18 -триггер 18 возвращается в состояние "0" (фиг. 2). Выходной сигнал Я -триггера 19 проходит черезэлемент И 17, так как в течение фиксированного интервала Т на егопервом входе поддерживается сигнал"1", поступающий из управляющего автомата 9. С выхода элемента 17 сигнал "1" через элемент ИЛИ 14 поступает на О -вход Р -триггера 21, По положительному фронту ближайшего импульса генератора 8 1);триггер 21 переФходит в состояние "1", а Э -триггер20 - в состояние "0". Выходным сигналом Э-триггера 21 осуществляетсяподключение к входу интегросуммирую.щего усилителя 4 через ключ 3 отрицательного опорного напряжения -Ц , одновременно дается разрешениена счет импульсов генератора 8 счет чику 10 и т.д.3В момент окончания интегратораТ (фиг. 2) управляющий автомат 9на выходе, задающем длительностьэтого интервала, устанавливает сиг"нал "0". По этому сигналу отключается от входов интегросуммирующегоусилителя 4 как преобразуемое, таки опорное напряжение и дается запрет на подсчет импульсов обоим счетчикам 10 и 22. Затем на небольшомвспомогательном интервале времени(фиг. 2) по состоянию компаратора 5управляюпдй автомат 9 определяетзнак остаточного напряжения интегра тора. В соответствии с состояниемкомпаратора 5 управляющий автомат9 включает опорный источник разряжающий интеграт 9 Р до нуля, и дает12020 разрешение на счет импульсов одномуиз счетчиков путем задания сигнала "1" на второй вход одного из элементов ИЛИ 13 или 14. Момент достижения выходным напряжением интегратора нулевого уровня фиксируется компаратором 5. Цифровой эквивалент преобразуемого напряжения определяется цифровым вычитающим устройством 23 посредством вычитания содержимого счетчика 22 иэ содержимого счетчика 10. На этом цикл преобразования заканчивается.Из условия баланса заряда и разряда емкости интегросуммирующего усилителя 4 можно составить следующее уравнение: 10 15 где Е д,суммарный интервал времени включения опорного источникаФ 0 она интервале .Т,;суммарный интервал времени включения опорного источника -Ц на интеровале Тинтервал включения опорного источника, разряжающего интегратор по окончании Т до нуля. 25 30 ОТ О Еь 1 О 2 д 1 О д 1 + +616 НЕТ,Я д С1) 2 О 56 6Полагая 1 =1, уравнение (1) можно представить в следующем виде:Учитывая, что 1-й Т Й = й Т1 о 1 1,1 о И =мтгде То - период ГИ;- число импульсов ГИ, подсчитанных на интервале йУ- число импульсов, подсчитанных на интервале й;1 У- число импульсов, подсчитанных на интервале д 1, а также то, что интервал Т задается подсчетом некоторого числа импульсов ГИ Т, =8 Т , получим51 СМЕ(Т,Я Н-ЕМ;-Ей, =й,ио(2)Выражение (2) показывает, что преобразуемое напряжение прямо про,порционально алгебраической сумме чисел, являющихся результатом кодирования интервалов интегрирования опорных напряжений на интервале преобразования. Знак 0 определяется по знаку разностиказ 8327 Тираж 871 Поднисно ИИП иал ПП атент 1202056 Ужгород Проектная,