Способ аналого-цифрового преобразования с контролем выходного кода и аналого-цифровой преобразователь с контролем выходного кода

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИ 4 ЕСКРЕСПУБЛИК 504 Н 03 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ГО ПРЕОБ 1 ОГО КОДАОВАТЕЛЬ е объеди едицинсинфор е и м ах нияеобета-цифровыеское раи ь вых вычиснергия,м,кодас ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Бахтияров Г,Д. Аналогпреобразователи. -М.: Соведио. 1980, с.229-230,Гитис Э,И. Преобразоватмани для электронных цифрлительных устройств. -М,;1975, с.403-405, рис. 8-9.(54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВО РАЗОВАНИЧ С КОНТРОЛЕМ ВЫХОД И АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗ С КОНТРОЛЕМ ВЫХОДНОГО КОДА (57) Изобретение относится мационно-измерительной техн ет быть использовано в си томатического контроля и управл в автономных аналого-цифровых п разователях. Изобретение позвол повысить достоверность результа контроля путем контроля точност ходного кода аналого-цифрового образователя. Это достигается т что контроль точности выходного1292180 осуществляют после сравнения входного напряжения с напряжением допускауравновенивания и при нахождении егов границах допуска уравновешиваниязапоминают компенсирующее напряжение,инвертируют выходной код, осуществляют ,цифроаналоговое преобразованиерезультата инвертирования, суммируютрезультат цифроаналогового преобразования с результатом запоминания,получают контрольное напряжение исравнивают эталонное напряжениезначение которого определяется максимальным значением преобразуемоговходного напряжения, с напряжениемконтрольного допуска, верхнее граничное значение которого равно контрольному напряжению, увеличенному на допуск погрешности, а нижнее - контИзобретение относится к информационно-измерительной технике и можетбыть использовано в системах автоматического контроля и управления, вавтономных аналого-цифровых преобразователях,Цель изобретения - повышение достоверности контроля,На Фиг,1 представлена Функциональная схема устройства для реализации . 10способа; на Фиг,2 - Функциональнаясхема блока контроля.Устройство для реализации способа(фиг,1).содержит ключи 1 и 2, компа. ратор 3, аналоговое запоминающее устройство 4, и триггеров 5, блок б управления; ключ 7, цифроаналоговыйпреобразователь 8, коммутатор 9,блок 10 контроля, резисторы 11 идвухпозиционные ключи 12, сумматор 2013, и элементов И 14,Блок 10 контроля (фиг.2) содержитэлемент НЕ 15, элемент И 1 б, первыйи второй триггеры 17 и 18, элементыИ 19 и 20, элемент И 21, элемент И22, элемент НЕ 23, третий, четвертый, пятый;шестой, седьмой и восьмойтриггеры 24, элемент И 25, элементИЛИ26,30Блок б управления содержит генератор 27 импульсов, элемент И 28,рольному напряжению, увеличенному на допуск погрешности АЦП, и принимают решение - выходной код годен при условии нахождения эталонного напряжения в границах напряжения контрольного допуска или выходной код не годен при условии выхода эталонного напряжения за границы напряжения контрольного допуска, В устройство для е реализации способа, содержащее компаратор З,и триггеров 5, и элементов И 14, цифроаналоговый преобразователь 8, блок 6 управления, блок 10 контроля, введены два резистора 11, два двухпозиционных ключа 12, сумматор 13, три ключа 1,2,7, аналоговое запоминающее устройство2 с.п. ф-лы и 3 з,п. Ф-лы, 2 иле 2регистр 29 сдвига, Цифроаналоговыйпреобразователь 8 содержит резисторы30 и двухпозиционные ключи 31,Контроль выходного кода АЦП согласно предлагаемому способу проводится следующим образом,Аналого-цифровое преобразованиереализуется путем поразрядного уравнавешивания входного напряженияЦ компенсирующим напряжением 1.,изменяющегося ступенями, и заканчивается, когда Цх - Ц 1 с 11, где с 1ступень квантования. Контроль выполнения условия уравновешивания входногонапряжения компенсирующим ПЕ 11 +с 1,Ц - с 11 осуществляется посредствомсравнения входного напряжения П схнапряжением допуска уравновешивания,верхнее граничное значение которогоравно (11 + с 1), а нижнее равно01 - с 1)Причиной нарушения условияПхе 11+с 1, 1 у с 11 может быть как катастроФический отказ, так иперемежающийся отказ Поэтому при возникновении таких отказов принимается решение - выходной код не годен, Однако в АЦП имеют место также и деградационные отказы, характеризуемыеростом во времени инструментальнойпогрешности АЦП и не приводяшие кнарушению условия Пе Г 11 ц+с 1, О -11,В свою очередь причиной инструментальной погрешности АЦП служат несовершенства метрологических свойствкомпаратора 3 и циФроаналоговогопреобразователя 8, В связи с этим 5значение компенсирующего напряженияопРеделЯетсЯ выРажением П=1 хгде ох - погрешность преобразованияАЦП входного напряжения,Контроль точности выходного кода 1 ОМ АЦП осуществляется путем сравнения инструментальной погрешности АЦПс допуском погрешности 3. Для этого инвертируют выходной код АЦП М,преобразуют код М х =2 - 1-Мх (гдеп - количество разрядов АЦ 11) в напРЯжение Ц = 9 Мх-(где 3 в погРешность преобразования кода Мх)Затемсуммируют напряжение П и Г 1, получают контрольное напряжение П = 20= Ч(2"-1)- А+) = Ц-, ( д- .инструментальная погрешность АЦП),Контроль значения погрешности 3 сдопуском погрешности АЦП 3 осуг:;ествляют посредством сравнения эталоннопго напряжения 3 = с 1(2 -1) с напряжением контрольного допускаЦ 1 конт р +- 3служит критерием нахождения 30погрешности 3 в допуске 3Процедура аналого-циФрового преобразования входного напряжения Г и. контроля результата преобразованияМх описывается следуюшей операторнойФормулой: 40Работа устройства, Функционирующего согласно данной Формуле, производится в два этапа, На первом этапе осуществляется аналого-циФровое пРеобРазование напРЯжениЯ Пх (опеРа тор Ух вФормулы), а на втором этапе - контроль выходного кода АЦП И(все оставшиеся операторы Формулы),Первый этап работы устройства начинается с поступления сигнала Пуск 50 на его вход, При этом первый триггер 5 устанавливается в состояние "1", а все остальные триггеры 5 - в состояние 0, Одновременно сигнал запуска поступает на блок 10 и регистр 55 29, записывая "1" в его старший разряд. Блок 10 вырабатывает управляющие сигналы для ключей 1 и 2 и коммутатора 9, которые соединяют соответственно входное напряжение У с первым входом компаратора 3 и прямые выходы триггеров 5 - с шестыми входами циФроаналогового преобразователя 8, При этом двухпозиционный ключ 31 подсоединит первый резистор 30 к шине положительного опорного напряжения (+ Е) и на выходе сумматора 13 получают эталонное напряжение Ц (Ц старшего разряда, котороеХ Н 1компаратор 3 сравнивает с входным напряжением 11 х, При Ц ) 11 в первом триггере 5 сохраняется "1", а при Цс П выходным сигналом первого эле 81мента И 14 первый триггер 5 устанавливается в состояние "0". Одновременно произойдет сдвиг в регистре 29 и единица перейдет во второй разряд, что обеспечит подачу следующего эталонного напряжения П с выходаг циФроаналогового преобразователя 8. В конце преобразования Цх уравновесится суммойэталонных напряжений, снимаемых с выхода циФроаналоговогоопреобразователя 8 11 = с. а; Ц 1где а - циФры в разрядах выходногокода Мх = 2 а; 2 , записанного в ре 11гистре 5 Ч = . а; 2Второй этап работы начинается сконтроля выполнения условия уравновешивания ПхСУ+сП (оператор Я ),При этом включение и+1 ключа 31(резистор 30 К 2подключен к шинеположительного опорного напряжения+ Е) приводит к появлению на выходесумматора 13 напряжения П + с 1, авключение и+2 ключа 31 (резистор 30К 2" подключен к шине отрицательногоопорного напряжения - Е) - напряжения У - 1,. С помощью компаратора3 выходное напряжение циФроаналогового преобразователя 8 сравниваетсяс напряжением Ц, а результат сравнения поступает на первый вход бло 1ка 10, В блоке 10 Формируется результат сравненияОПх 61.11 и + ЧвПн Ч1 П,Д + Ч Ц - ЧДкоторый поступает на третин выходблока 10,При Я= 1 (условие ложности предиката оператора 1, , прп котором7 1;2921поступает на третий выход блока 10и через элемент 26 - на седьмой выход блока 10, при этом ноль инверсно",го выхода триггера 24 запрещает прохождение сигналов, поступающих черезэлементы 19,20 и 22, и поэтому контроль точности результата аналого-цифрового преобразователя не производится. При достоверном же уравновешивании на прямом выходе третьего 10триггера 24 появляется ноль, а на ин" ,версном выходе - единица, котораяобеспечивает прохождение сигналов,необходимых для осуществления контроля точности,15При контроле точности выходнымсигналом элемента 19 производитсявключение четвертого триггера 24, асигналом, поступающим на третий входблока 1 О, осуществляется его выключение, а также с помощью элемента20 - включение пятого триггера 24,Затем при поступлении сигнала на чет"вертый вход блока 10 с помощью второго элемента 22 осуществляется вклю 25чение восьмого триггера 24, если напервый вход блока 10 поступает единица, или посредством элементов 23и первого элемента 22 включение шестого и седьмого триггеров 24, еслина первый вход блока 1 О поступаетноль. По окончании контроля сигналом,поступаюшим на пятый вход блока 1 О,включается шестой триггер 24 иливосьмой триггер 24, а также с помощью элемента 25 обеспечивается прохождение сигнала, поступающего напервый вход блока 10, на третий входседьмого триггера 24, При достоверном преобразовании на выходе. седьмо-фго триггера 24 получают ноль, а принедостоверном - единицу, которые через элемент 26 поступают на седьмойвыход блока 1 О,Осуществление контроля выходного ф 5кода АЦП предлагаемым способом позволяет при незначительном аппаратурном и временном расходе контролировать все возможные виды отказов АЦП,Формула изобретения 1, Способ аналого-цифрового преобразования с контролем выходного кода, заключающийся в том, что формируют выходной код аналого-цифрового преобразователя путем уравновешивания входного напряжения компен 80 8сационным ддапряжеддддем, формируютопорное напряжение с верхней границей, соответстдгувщей сумме компенсационного напряжения и напряжения,равного величине кванта, и нижнейграницей, соответствующей разностиэтих напряжений, сравнивают входноенапряжение с опорным напряжением ипо результатам сравнения судят о годности выходного кода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, послеопределения годности выходного кодазапоминают сформированное компенсационное напряжение, ннвертируют выходной код, формируют напряжение,пропорциональное проишгертированному коду, полученное напряжение суммируют с результатом загдогдинангдя иполучают контрольное напряжение, образуют эталонное напряжение, величина которого определяется максимальным значением компенсацнонддого напряжения, сравнивают эталонное напряжение с контрольным напряжениемформируют опорное контрольное напряжение путем суммирования напряженийпогрешности и контрольного напряжения, еслдд эталонное напряжение больше контрольного, или вычитания напряжения погрешности из контрольногонапряжения, если эталонное напряжение меньше контрольного, сравниваютэталонное напряжение с опорным контрольным напряжением и по результатамсудят о достоверности выходного кода 2, Аналого-цифровой-преобразователь с контролем выходного кода, содержащий компаратор, выход которого соединен с первыми входами и элементов Р 1 и первым входом блока контроля, где и-число разрядов устройства, первый и второй выходы блока контроля соединены соответственно с первым, вторым входами цифроаналогового пре обраэователя, блок управления, первая группа выходов которого соедине" на с вторыми входами соответствующих элементов И, выходы которых соединены с первыми входами соответствующих.п триггеров, вторые входы кото-. рых, кроме первого и второго тригге-, ров, соединены с соответствующими выходами второй группы выходов бло" ка управления, третий выход блока контроля является первой выходной шиной, второй, третий, четвертыйпятый входы которого соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока управления, третий, четвертый и пятый входы цифроаналогового преобразователя являются соответственно общей шиной, шинами положительного и отрицательного напряжений, о т л и ч а ю щ и й. с я тем, что, с целью повышения достоверности контроля, введены три ключа, коммутатор, аналоговое запо"минающее устройство, два токоограни,чивающих элемента, выполненных на резисторах, два двухпозиционных клюна, сумматор, первый вход которого объединен с первыми выводами первого и второго резисторов и соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, второй вход сумматора соединен с выходом первого ключа, а выход - с первыми входами компаратора и аналогового запоминающего устройства, выход которого соединен с первым входом первого ключа, а второй вход аналогового запоминающего устройства соединен с четвертым выходом блока контроля, второй вход первого ключа объединен с первыми входами второго ключа и коммутатора и соединен с пятым выходом блока контроля, второй вход второго ключа является шиной эталонного напряжения, а выход объединен с выходом третьего ключа и соединен с вторым входом компаратора, первый вход третьего ключа является шиной входного напряжения, а второй вход соединен с шестым выходом блока контроля, седьмой выход которого является .второй выходной шиной, восьмой и девятый выходы соединены соответственно с первыми входами первого и второго двухпозиционных ключей, вторые ,входы которых объединены с третьим входом цифроаналогового преобразователя, третьи входы первого и второго двухпозиционных ключей соединены соответственно с четвертым и пятым входами цифроаналогового преобразователя, а выходы соединены соответственно с вторыми выводами первого и второго резисторов, при этом выходы коммутатора соединены с соответствующими шестыми входами цифроаналогового преобразователя, первая и вторая группы входов коммутатора соединены соответственно с прямыми и инверсными выходами соответствующих триггеров, выход п-го элемента 5 1 О 5 20 25 30 35 40 45 50 55 И соединен с шестым входом блока контроля, седьмой вход которого объединен с вторым входом п-го элемента И, восьмой вход объединен с входом блока управления, вторым входом первого триггера и является шиной Пуск", второй вход первого элемента И объединен с вторым входом второго триггера.113, Преобразователь по п,2, о т. - и и ч а ю щ и й с я тем, что блок контроля выполнен на элементе ИЛИ, семи элементах И, восьми триггерах и двух элементах НЕ, входы которых соединены с первыми входами первого, второго, третьего элементов И и являются первым входом блока контроля, шестым входом которого является первый вход первого триггера, второй вход которого объединен с первыми входами второго триггера, четвертого элемента И, вторым входом первого элемента И и .является вторым входом блока контроля, седьмым входом которого является первый вход пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента НЕ, а выход - с вторым входом второго и первым входом третьего триггеров, второй вход последнего из которых соединен с выходом первого элемента И, прямой выход - с первым входом элемента ИЛИ и является третьим выходом блока контроля, а инверсный выход - с первыми входами шестого и седьмого и вторыми входами второго и четвертого элементов И, выход последнего из которых соединен с первым входом четвертого триггера, второй вход которого объединен с вторым входом шестого элемента И и является третьим входом блока контроля, выход шестого элемента И соединен с первым входом пятого триггера, прямой и инверсный выходы которого являются соответственно пятым и шестым выходами блока контроля, четвертым входом которого является третий вход второго элемента И и второй вход седьмого элемента И, третий вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, а выход - с первыми входами шестого и седьмого триггеров, второй вход последнего из которых объединен с вторым входом пятого триггера, третьим входом третьего триггера и является восьмым входом блока контроля, третий вход12921 Соста ель А. Тито КорректорС. Шекмар ктор С. Пекар е опович 8 Тираж 902ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д,4/ Подпис Заказ 28 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная,седьмого триггера соединен с выходомтретьего элемента И, второй вход которого объединен с вторым входом шестого и первым входом восьмого триггеров и является пятым входом блокаконтроля, восьмой, девятый, первый,второй, четвертый и седьмой выходыкоторого являются соответственно выходами шестого, восьмого, второго,первого, четвертого триггеров и элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом седьмого триггера,а второй вход восьмого триггера соединен с выходом второго элемента И,4, Преобразователь по п,2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления выполнен на генератореимпульсов, элементе И, регистре сдвига, первый вход которого соединен свыходом элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератораимпульсов инверсный вход - с первымвыходом регистра сдвига, второй,третий, четвертый и пятый, шестые иседьмые выходы которого являются со 25ответственно четвертым, третьим,вторым, первым выходами, второй ипервой группой выходов блока управ 80 12ления, первый вход которого являетсявторым входом регистра сдвига,5, Преобразователь по п,2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что цийроаналоговый преобразователь выполненна и+2 двухпозиционных ключах, и+2резисторах, первые выводы которыхобъединены и являются выходом цифро"аналогового преобразователя, второй,вывод 1.-го резистора соединен с выходом х-го двухпозиционного ключа,первые входы которых объединены иявляются третьим входом цифроаналогового преобразователя, вторые входып+1 двухпозиционных ключей объединены и являются четвертым входомцифроаналогового преобразователя,второй вход (и+2)-го двухпозийионного ключа является пятым входом цифроаналогового преобразователя, управляющие входы и двухпозиционныхключей являются соответственно шестыми входами цифроаналогового преоб.разователя, а управляющие входы (и+1)и (и+2)-го двухпозиционных ключейявляются соответственно первым ивторым входами цифроаналогового преобразователя,