Аналого-цифровой преобразователь

3 1495993 1 на аналоговом коммутаторе 8 и масштабных резисторах 9, 1-9.К, регистр 10 сдвига, вспомогательный преобразователь 11 код - ток регистр 12 послеР 5 довательных приближений, блок 13 сравнения токов, выполненный на преобразователе 14 ток - напряжение и компараторе 15 напряжений, основной преобразователь 16 код - ток, выгголнен,ный на преобразователе 17 код - ток ,старших разрядов, преобразователе 18 ,код - ток младших разрядов и резистивном делителе 19 тока, триггер 20,Изобретение относится к цифровой,нике и может быть использовано дляпреобразования аналоговых величин вцифровые.Цель изобретения - повышение точности преобразования в широком температурном диапазоне,На фиг, 1 приведена функциональнаясхема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - функциональная схема вычислифгельно-управляющего блока. 30Аналого-циФровой преобразователь(фиг. 1) содержит аналоговую входнуюшину 1, преобразователь 2 температурыв напряжение, источник 3 опорного напряжения, блок 4 резистивных делителей напряжения, аналоговый коммутатор 5, повторитель 6 напряжения, управляемый масштабный преобразователь7 напряжение - ток, выполненный нааналоговом коммутаторе 8 и масштабных 40резисторах 9.1-9.К, регистр 10 сдвига, вспомогательный преобразователь 11 код - ток, регистр 12 последовательных приближений, блок 13 сравнения токов, выполненный на преобразователе 14 ток - напряжение и компараторе 15 напряжений, основной преобразователь 16 код - ток, выполненный на преобразователе 17 код - токстарших разрядов, преобразователе 1850код - ток младших разрядов и резистивном делителе 19 тока, триггер 20,выходной регистр 21, вычислительноуправляющий блок 22 и информационнуювыходную нину 23.55Вычислительно-управляющий блок 22(фиг, 2) выполнен на центральном процессоре 24, блоке 25 постоянной памяти, блоке 26 оперативной памяти, бловыходной регистр 21, вычислительво-управляющий блок 22, информационную выходную нину 23. Особенностью устройства является исключение из результата преобразования температурной составляющей погреыности нелинейностиосновного преобразователя 16 кодток, аддитивных и мультипликативныхпогреыностей аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, управляемого масштабного преобразователя 7напряжение - ток и блока 13 сравнениятоков. 3 з.п. Ф-лы, 2 ил. ке 27 дешифрации, устройстве 28 ввода и блоке 29 остановки-запуска, выполненном на О-триггере.Основной преобразователь 16 код - ток выполнен на основе избыточного измерительного кода,В предлагаемом преобразователе вблок 25 постоянной памяти заносятсятолько веса некорректируемых разрядов,временным дрейфом которых можно пренебречь. Коды, им соответствующие,занимают небольшой объем памяти, Приизготовлении преобразователя потребуется проводить измерения только втрех температурных точках (при нормальной температуре, максимальной иминимальной). При функционированиипреобразователя при температурах, отличных от измеренных, в вычислительно-управляющем блоке вычисляются значения интересуемых параметров с использованием методов интерполяции.Данный подход позволяет применять не термостатированный источник 3опорного напряжения и блок 4 резистивных делителей напряжения, выходныезначения напряжений которых в трехтемпературных точках замеряются впроцессе изготовления, заносятся вблок 25 постоянной памяти и используются при вычислении в процессе непосредственного преобразования.Особенностью преобразователя является исключение из результата преобразования температурной составляющейпогрешности нелинейности основногопреобразователя 16 код - ток, аддитивных и мультипликативных погреыностей аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, управляемогомасштабного преобразователя 7 напря1495993 ключаются погреыности аналоговогокоммутатора 5, повторителя 6 напряжения, преобразователя 7 ток - напряжение и блока 13 сравнения токов ввиду .того, что перечисленные блокиохвачены контуром цифровой коррекции,Абсолютные и относительные температурные погрешности масштабных резисторов 9 корректируются при помощиисточника 3 опорного напряжения иблока 4 резистивных делителей напряжения.При этом резисторы блока 4 резистивных делителей напряжения выполняются в микроэлектронном исполне.нии, абсолютный дрейф которых на 11,5, порядка выше относительного. Поэтому их относительным температурнымдрейфом можно пренебречь.Преобразователь функционирует вдвух режимах: самоповеркии непосредственного преобразования,Режим самоповерки состоит из четырех циклов.В первом цикле определяется код,соответствуюций температуре окружающей среды, Для этого при помощи аналогового коммутатора 5 к входу повторителя 6 напряжения подключается выход преобразователя 2 температуранапряжение и происходит кодирование,При этом результат кодирования представляет код искомой температуры,который и записывается в блок памяти.Во втором цикле самоповерки происходит исключение погрешности нелинейности; Для этого определяются кодыотклонений весов разрядов преобразователя 17 код - ток старших разрядовот требуемых значений беэ учета наклона кодируюцей характеристики,Также определяются коды отклонений весов разрядов с учетом температуры окружающей среды и использованием метода интерполяции по Лагранжу. где с, 0(С) - текущая температура исоответствующее ей напряжение;Б - значения температуры и1напряжения в-м узлеинтерполяции; 20Е - число узлов интерполяции.На этапе изготовления преобразователя в блок 25 памяти вычислительноуправляющего блока 22 заносятся коды, соответствующие весам "точных разрядов, измеренных образцовым средством при различных температурах (например, при нормальной, минимальной и максимальной температурах) а также кк9оды Коду Коо фр оо у соот ветствующие опорным напряжениям А.,к опт ф Аоо Ао источника 3 опорногооп 1напряжения и блока 4 резистивных делителей напряжения. При определении те-". кущего значения кодов, соответствую 35 щих весам "точных" разрядов или кодов, соответствуюцим опорным напряжениям, преобразователь кодирует выходное напряжение преобразователя 2 температура - напряжение и в соответствии с (1) организует вычислительный алгоритм. В дальнейшем полученные таким образом кодыиспользуются для коррекции линейности основного преобразования кодток и коррекции мультипликативной составляющей преобразования.При этом дополнительной погрешности за счет неточного определения кода, соответствуюцего выходному напряжению преобразователя 2 температура - напряжение, не возникает, так как его требуемая температурная чувствительность невысока.Предлагаемый преобразователь позволяет проводить кодирование как высоких, так и низких уровней входного сигнала с высокой точностью. При этом из результата преобразования исжение - ток и блока 13 сравнениятоков. Причем коррекция температурныхзависимостей реальных весов для группы точных разрядов и величин опорныхнапряжений производится с использованием метода интерполяции. Так, практически целесообразным является интерполяция значений функции по некоторому числу экспериментально снятыхточек (узлов интерполяции), При этом,воспользовавшись, например, методоминтерполяции функций по Лагранжу, искомую функцию Б, с любой заданнойточностью, можно представить в видемногочленаПри помощи аналогового коммутатора 5 к входу повторителя 6 напряжения подХлючается шина нулевого потенциала. Вспомогательный преобразователь 11 1 од - ток формирует вспомогательную аналоговую величину Аа, Кащое значеие аналоговой величины А , дважды равновешивается методом поразрядноо кодирования разрядами основного реобраэователя 16 код - ток, один аэ с запретом включения поверяемого аэряда, другой раэ без запрета. При том результаты каждого из двух коирований К и К 1-го разряда Форми уются в регистре 12 последовательноо приближения. По мере формирования ода К производится формирование его воичного эквивалента К рг при помощи-де а, - цифра -го разряда кода К(первого результата уравновешивания;М; - двоичный эквивалент 1-горазряда,Для кода К также формируется его двоичный эквивалент по формулее 30К=К-Еа; И (2)( где а. - цифра х-го разряда кода К ..Так как в выражении (2) коды И; фавны нулю при д ъ и-ш+1 (содержимое блока памяти нулевое), то код К раЭен коду реального веса 1-го разряда (Кр=К,( ) и записывается в блок 26 памяти.Аналогичным образом производится определение кодов реальных весов ос О тальных "неточных разрядов с учетом ранее определенных кодов КВторой цикл заканчивается определением кодовреальных весов всех ш"неточных" разрядов.При дальнейшей работе в режиме Самоповерки происходит определение аддитивной (погрешность нуля) и муль(ипликативной (погрешность масштаба) погрешностей преобразования.В третьем цикле самоповерки происходит определение смещения нуля всего преобразователя. При этом шина нулевого потенциала подключена к входу повторителя 6 напряжения и происХодит кодирование, в процессе которого формируется двоичный эквивалентйода К(, по формулеК ,о, огде а, - цифра 1-го разряда кода реэупы ата уравновешиванияпри кодировании при сигнале А Эх=О,Цикл заканчивается записью кодасмецения нуля Кв блок памяти.В четвертом цикле самоповерки определяется и исключается мультипликативная (погрешность масштаба) погрешность преобразования,При Функционировании преобразователя в этом цикле переключаются аналоговые коммутаторы 5 и 8, подключаяпоочередно через повторитель 6 напряжения опорные напряжения Л .,Л,к,А, к масытабным резисторам 9.1 -ап9.К. Далее происходит кодированиекаждого иэ опорных напряжений. По мере Формирования кода результата уравновешивания в регистре 12 последовательного, приближения в вычислительно-управляюцем блоке 22 формируетсякод масштаба К,по формулеРи:где а, - цифра 1-го разряда кодарезультата уравновешивания,р=1,2 К,Затем в вычислительно-управляюцемблоке 22 вычисляется код К (Т) с использованием соотношения ( 1) . Послеполучения кода К,(С) происходит де(ление кода К, на код К , В результате деления формируется код масштабного коэффициента К , на коРторый перемножаются все коды реальных весов неточных разрядов, определенных во втором цикле и храняцихся в блоке 26 памяти вычислительноуправляющего. блока.Таким образом, коды реальных весов неточных разрядов Определяются с учетом наклона кодируюцей характеристики по Формуле Цикл заканчивается записью в блок паМмяти всех кодов К р, где они хранятся до проведения следующего цикла поверки.Б режиме непосредственного преОбразования входной аналоговый сигнал в зависимости от уровня через аналоговые коммутаторы 5 и 8 посту 1495993 3 Опает на вывод одного из масштабных резисторов 9 и преобразуется в рабочий код Кметодом поразрядного кодирования. Параллельно формирова. нию кода К б в вычислительно-управляющем блоке 22 происходит формирование выходного двоичного кода с учетом кодов реальных весов, скорректированных по масштабу, и кода смецения нуля, полученных в режиме само- поверки. Скорректированный выходной код вычисляется по формулеоК 8 ьх =1 1 Ко1-,15 Затем код Кв,переписывается в выходной регистр 21 и по управляющему сигналу "Окончание преобразования" его можно считывать с выходной шины 23. На этом непосредственное пре образование заканчивается.Формула изобретения1. Аналого-цифровой преобразова тель, содержаций аналоговый коммутатор, первый информационный вход которого является входной аналоговой шиной, первый управляющий вход подключен к первому выходу вычислитель но-управляющего блока, первый и второй входы которого являются соответвенно входными нинами Пуск и"Сброс", второй выход подключен к первому управляюцему входу регистра сдвига, информационные выходы которого подключены к соответствуюцим входам вспомогательного преобразователя код - ток, второй управляющий вход подключен к третьему выходу вы числительно-управляющего блока, четвертый выход которого подключен к уп-, равляюцему входу регистра последовательчых приближений, пятые выходы подключены к соответствующим информа ционным входам выходного регистра, выходь 1 которого являются выходной информационной ниной, управляюций вход подключен к шестому выходу вычислительио-управляющего блока, третий вход которого объединен с информационным входом регистра последовательных приближений, и выходов которого подключены к соответствуюцим входам и-разрядного основного преоб 55 разователя код - ток, выполненного на основе избыточного измерительного кода, выход которого подключен к первому входу блока сравнения токов,о т л и ч а ю ц и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования в широком температурном диапазоне, введены преобразователь температуры в напряжение, источник опорного напряжения, повторитель напряжения, управляемый масштабный преобразователь напряжение - ток, триггер, блок резистивных делителей напряжения, выполненный на К последовательно соединенных резисторах, вторые выводы первого и К-го резисторов иэ которых подключены соответственно к выходу источника опорного напряжения и к шине нулевого потенциала, второй вывод первого резистора и первые выводы остальных Крезисторов подключены к соответствующим входам с первого по К-й группы информационных входов аналогового коммутатора, второй информационный вход которого подключен к выходу преобразователя температуры в напряжение, третий информационный вход подключен к нине нулевого потенциала, второй управляющий вход объе- динен с первым управляющим входом управляемого масштабного преобразователя напряжение - ток и подключен к второму выходу вычислительно-управляющего блока, выход аналогового коммутатора через повторитель напряжения подключен к информационному входу управляемого масштабного преобразователя напряжение - ток, второй управляющий вход которого подключенного к седьмому выходу вычислительно-управляющего блока, выход подключен к второму входу блока сравнения токов, третий вход которого подключен к выходу вспомогательного преобразователя код - ток, выход - к информационному входу триггера, первый и второй управляюцие входы которого подключены соответственно к четвертому и восьмому выходам вычислительно-управляюцего блока, третий вход которого подключен к выходу триггера, девятый выход является ниной "Окончание преобразования а четвертый вход подключен к (и+1)-му выходу регистра последовательных приближений.2Преобразователь ио п. 1, о тл и ч а ю ц и й с я тем, что управляемый масштабный преобразователь напряжение - ток выполнен на аналоговом коммутаторе и К масштабных резисторах, первые выводы которых объеди-, нены и являются выходом управляемого30 масштабного преобразователя напряжение - ток, вторые выводы подключенык соответствующим выходам аналоговогокоммутатора, первый и второй управляющие входы и информационный входкоторого являются соответственно первым ивторым управляющими входами иинформационным входом управляемогомасштабного преобразователя напряжение, - ток.3. Преобразователь по п. 1, о т,л и ч а ю щ и й с я тем, что блоксравнения токов выполнен на компарато,ре напряжений и преобразователе ток - 15напряжение, вход суммирования токовкоторого является первым, вторым итретьим входами блока, выход подключен к первому входу компаратора напряжений, второй вход которого под,ключен к шине нулевого потенциала,выход является выходом блока,4. Преобразователь по п. 1, о ти ч а ю щ и й с я тем, что вычисительно-управляющий блок выполнен 25на центральном процессореэ блоке постоянной памяти, блоке оперативнойпамяти, блоке дешифрации, устройстве ввода, блоке остановки-запуска,выполненном на П-триггере, 8-входкоторого является первым входомблока, 0-вход подключен к шине нулевого потенциала, выход является девятым выходом блока и подключен к входу "Готовность" центрального процессора, вход "Сброс" которого являетсявторым входом блока, адресные выходыподключены к соответствующим адресным входам блока постоянной памятии блока оперативной памяти и к .входамблока деыифрации, информационные входы-выходы подключены к соответствующим информационным выходам блока постоянной памяти, информационным входам-выходам блока оперативной памяти,выходам устройства ввода и являютсяпятыми выходами блока, выход "Выдача"подключен к входу записи-считыванияблока оперативной памяти, вход разрешения работы которого подключен кпервому выходу блока дешифрации, второй выход которого подключен к входуразрешения работы блока постояннойпамяти, выходы с третьего по девятыйявляются .выходами блока соответственно с первого по четвертый и с шестого по восьмой, десятый выход под-ключен к входу разрешения работыустройства ввода, одиннадцатый выходподключен к тактовому входу Р-триггера, при этом информационный входустройства ввода является третьимвходом блока, а управляющий входустройства ввода - четвертым входомблока.1495993 иг. ков Корректор М Ыа Редактор И.Шмаков ыи ГКНТ СССР изводственно-издательский комбинат "Патент", г Ужгород Гагарина, 101 ЗаказВНИИПИ Составитель В,ПТехред Л.Олийнык 286/56 Тираж 884 ПодписноеГосударственного комитета порытиям пр113035, Москва, Ж4/5 изобретениям и отк Раушская наб., д