Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

(51) 4 Н 03 Г 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТ ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ ТЕНИЯ(57) Изобретение отн ти электроизмеритель может быть использов высокоточных средств лью изобретения явл точности преобразова в известное устрой ключа 7, вход которог входом второго ключа органа 4 и входом у равления,а выход - с дами первого 1 и вто торов, позволило зна сить точность преобр счет устранения нак ности квантования. 2 сится к обласой техники ино для созданиизмерения, ЦеВ 3 литехескии и ется повышение А.ГольппевскийКовалев ия, Введени тво третьег соедин 6, выхо тройств четверт н с м нул 9 уп(6) Патент США кл. Н 03 К 13/О Авторское св У 739731, кл, Н(21) 4051000/24-24 (22) 03.03.86 (46) 15,10.87, Бюл (7 1) Пензенский по ститут)11 Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано для построения высокоточных средств измерения.Цель изобретения - повышение точности.На фиг, 1 приведена функциональная схема устройства;на фиг, 2 - временные диаграммы;на фиг. 3 -схемаустройства управления; на фиг. 4 -временные диаграммы его работы; нафиг. 5 - преобразователь интерваловвремени в код.Устройство содержит интеграторы1 и 2, неинвертирующий усилитель 3,нуль-орган 4, ключи 5,6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, устройство9 управления, преобразователь 10 ин тервалов времени в код, резисторы11-18, конденсатор 19,Устройство управления содержитЭ-триггеры 20 и 21, КЯ-триггеры 2224, формирователи 25-28 импульсов,инвертор 29, счетчик 30 импульсов,элементы И 31-33, выход последнегоявляется четвертым выходом устройства управления, первый вход устройства управления соединен с В-входомР-триггера 20, к второму входу устройства управления подключены С-входР-триггера 20, третий вход устройст-.ва управления соединен с входом инвертора, 29, выходы КБ-триггеров 23и 24 инверт)эра 29 и 0-триггера 21 являются третьим, пятым, первым и вторым выходами устройства управлениясоответственно.Преобразователь 10 интервалов времени в код (фиг. 5) содержит счетчики 34 и 35, дешифратор 36, формирователь 37 и регистр 38 выходного коДа.Работу преобразователя рассмотримначиная с момента с (фиг. 2 и 4 вреоменные диаграммы), учитывая при этомчто преобразуемое Б иопорное Понапряжения положительны. По аналогиис известным преобразователем на интервале 1 ; , заканчивается процесс двухтактного интегрирующего преобразования вольт-секундной площадиимпульса, значение которой пропорционально среднему значению входногонапряжения предыдущего (-1)-го цикла преобразования. В моментвыходное напряжение интегратора 2 переходит нулевой уровень, при этом интервал АТ, = С,-1, представляет собой истинный результат. преобразования. Однако в том случае, когда результаты преобразования должны суммироваться, необходима операция квантования информативных интервалов времени. Поэтому (д)-й информативныйинтервал заканчивается не в момента в момент, соответствующийпоявлению первого после моментаперехода выходным напряжением интегратора 2 нулевого уровня - импульсаквантующей частоты. Интервал времени дТ равныйк)-153 к г АТдТии представляет собой абсолютную погрешность квантования (-1)-го информативного интервала времени.В момент временипо сигналус устройства управления замыкаетсяключ и на вход интегратора 2 наряду с опорным напряжением Б поступает выходное напряжение 0нуль органа 4 отрицательной полярности(фиг. 2, эпюра й), соответственночерез резисторы 11 и 12. Выходноенапряжение интегратора 2 на интервале 1 С 3 изменяется по закоф з30 ну П ит моягде Б - напряжение на выходе ключа7 (за вычетом падения нап"ряжения на сопротивлениизамкнутого ключа, оно равно напряжению насыщениянеинвертирующего усилителя)имеющее место в течениеинтервала временидлительностью зс,45 В момент временинуль-орган 4выходит из насыщения,в результатечего начинает действовать отрицательная обратная связь через открытий ключ 7 и резистор 12, охваты 50 вающая последовательно включенныеинтегратор 2 и неинвертирующий усилитель,По окончании переходного процесса, длящегося короткое время,на55 выходе ключа 7 устанавливается напряжение обратной связи1345345 которое остается неизменным до окончания некоторого интервала времени О начало которого (левая граница) соответствует моменту замыкания5 ключа 7, а длительность задается заранее и кратна целому числу периодов Тквантующей частоты, т.е, В,.= = щТк (к нашем случае ш = 2).Начиная с момента, на выходе3 финтегратора 2 устанавливается напря- жение оП = - ", ее"215 С учетом большого значения коэффициента К можно полагать,что П( ) О,20 т.е., приравнивая выражение (1) нулю, найдем 25 дс;),где З 0 При надлежащем выборе сопротивлений К , К, и К можно получитьП 4 . По ( о Функция преобразования устройства, 40 значение суммарного интервала ДТ,равного сумме информативных интервалов г Т;, представляющих собой результаты преобразования в каждом из и частных циклов длительностью 45 Т имеет вид ог (д + д ) 13 В К М о+ Л С.+ дСЛ й где д 1 - погрешность квантова55 ния последнего интервала времени изпредыдущих п суммируемых отдельных результатов преобразования,Анализ выражения показывает,чтопри суммировании и результатов оти кП д,. = - в- - (в,.- момент времени, в которыйнапряжение П д (с) достигает нулевого уровня,Общая площадь сигнала на выходе ключа 7 В момент с 4 размыкается ключ 7 и по прошествии одного периода Т квантующей частоты замыкается ключ 6, который остается замкнутым до момента С, соответствующего началу нового цикла преобразования на интеграторе 2. Таким образом, в моментинтегратор 2 находится в начальном состоянии (нулевое напряжение на выходе).Разнесение по времени управляющих сигналов ключей 6 и 7 необходимо для предотвращения искажения формы импульса на выходе ключа 7, которое вызовет изменение его вольт-секундной площади. За это короткое время когда оба ключа разомкнуты ,происходит интегрирование опорного напряжения Бо, поскольку полученный в результате этого импульс эа короткое время отрабатывается эамкнутым контуром: интегратор 2 - неинвертирующий усилитель - замкнутый ключ 7 резистор 13.Вольт-секундная площадь импульса, полученного на выходе ключа 7,пропорциональна погрешности квантования и может быть использована для коррекции последней путем передачи этого импульса через резистор 14 на выход интегратора 1.Процесс преобразования, происходящий в устройстве с учетом влияния полученного на выходе ключа 7 импульса, идентичен процессу преобразования, имеющему место в известном устройстве, .е. выражение для 1-го результата преобразования УхВ 1В По ьти 7 Т К К2 К Кц хг (,д) + дк;5 1345345 б вания имеет вид иО 16 77 иТц 4К 7 КЗ К К ц 473 7 дельных преобразований за время иТ общая погрешность квантования определяется лишь погрешностью квантования последних и-х информативных интервалов времени, т.е. в отличие от известного устройства в предлагаемом не происходит накопления погрешности квантования, максимальные значения которой составляет 2 Т и иТк для предлагаемого и известного устройств соответственно. Таким образом снижают влияние данной погрешности на результат преобразования (при суммировании и отдельных результатов) в и/г разПри определении погрешности квантования не учитывалась постоянная добавка и 8, к суммарному результату преобразования, поскольку в случае необходимости она может быть просто исключена введением поправки.Данную поправку наиболее целесообразно ввести на этапе преобразования суммы информативных интервалов времени в код. Устройством,осуществляющим такое преобразование, является двоичный счетчик с предустановкой (фиг. 5). На входы предустановкиП 7 Рсчетчика 34 заранее подается код, соответствующий числу И - и 8 = М - и ш, где и 8 - число импульсов квантующей частоты, которое определяет размерпостоянной добавки, возникающей при суммировании и отдельных результатов промежуточного преобразования, Б - емкость счетчика.Счетчик 35 определяет количество и суммируемых отдельных результатов преобразования, которое задается подключением входа формирователя 37 к соответствующему и-му выходу дешифратора 36. Выходной сигнал формирователя обнуляет счетчик 34 и регистр 38 и предустанавливает счетчик 34 в состояние, соответствующеекоду Ис - ит на его выходе,Суммарный результат преобразования хранится в регистре 38. Устройство обладает способностью преобразовывать напряжение Б обеих полярностей. Для этого необходимо выбирать значения резисторов из соот- ношения В этом случае функция преобразоиТц4 К 7 с 10 и в зависимости от знака Г 7 суммарный интервал уменьшается или увеличивается относительно своего начального значения, равного15 Формула изобретения 201, Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый и второй интеграторы, усилитель,нуль-орган, первый и второй ключи, 25 генератор тактовых импульсов, устройство управления, первый и второйвыходы которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, первый вход первоЗ 0 го интегратора является входной шиной, второй вход первого и первыйвход второго интеграторов объединены и являются шиной опорного напряжения, выход первого интегратора соединен с неинвертирующим входом усилителя,выход которого через первыйключ соединен с третьим входом первого и вторым входом второго интеграторов, выход второго интеграторасоединен с первым входом нуль-органа,выход которого подключен к первомувходу устройства управления и черезвторой ключ соединен с третьим входом второго интегратора, выход гене ратора тактовых импульсов соединенс вторым входом устройства управления, второй вход нуль-органа и инвертирующий вход усилителя подключены к общей шине, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что, с целью повышения точности,в него введены преобразователь временных интервалов в код итретьей ключ, информационный входкоторого соединен с выходом нульоргана,а выход - с четвертыми входами первого и второго интеграторов,второй выход генератора тактовых импульсов соединен с третьим входомустройства управления, третий выход13453 которого соединен с управляющим входом третьего ключа, входы преобразователя .интервалов времени в код соединен с четвертым и пятым выхода 5 ми устройства управления соответственно, а выходы являются выходной шиной.2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что устройство управления выполнено на первом и второмй-триггерах,инверторе,первом втором и третьем элементах И, первом, втором, третьем и четвертом формирователях импульсов, счетчике импульсов и первом, втором и третьем КБ- триггерах, причем 0-вход первого В- триггера является первым входом устройства управления, С-вход - третьим . входом устройства управления и 20 объединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И соответственно, а инверсный выход - с вторым входом первого элемента И и входом первого формирователя импуль сов, выход которого соединен с Б- входом первого КБ-триггера и К-вхо-дом второго КБ-триггера, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и является пятым выхо- д дом устройства управления, выход первого элемента И подключен к счетному входу счетчика импульсов, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с К-входом3 первого КБ-триггера, прямой выход которого через третий формирователь импульсов соединен с К-входом третьего КБ-триггера и является третьим выходом устройства управления,а ин п версный выход соединен с П-входом 45 8второго В-триггера, С-вход которого соединен с выходом второго элемента И, а К-вход объединен с Б-входом второго КБ-триггера и подключен к выходу четвертого формирователя импульсов, вход которого объединен с Б-входом третьего КБ-триггера, является первым выходом устройства управления и подключен к выходу инвертора,вход которого является вторым входом устройства управления,инверсный выход третьего КБ-триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход второго П-триггера является вторым выходом устройства управления, выход третьего элемента И является четвертым выходом устроиства управления.3. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем,что преобразователь интервалов времени в.код выполнен на двух счетчиках,дешифраторе, формирователе и регистре, выходы которого являются выходом блока,информационные входы соединены с выходами первого счетчика соответственно, вход сброса объединен с синхронизирующим входом и входом сброса первого счетчика, входом сброса второго счетчика и через формирователь подключен к выходу дешифратора, входы которого подключены к выходам второго счетчика соответственно, счетный вход которого является вторым входом блока, первым входом которого является счетный вход первого счетчика, информационные входы которого соединены с шинами начальной установки кода.1345345 Йггуль фи Рт Составитель В.МахнаРедактор М.Недолуженко Техред И.Попович.Чер оррек исное аказ Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 932/55 Тираж 899 ВНИИПИ Государственного кпо делам изобретений и 13035,Москва, Ж, Рауш митета СССРоткрытийкая наб., д.