Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

(54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЙМПРИ ПЯТ СССР юл. 1 ф 13политехнический ин 2(57) Изобретение относится к электро" измерительной технике и предназначено для создания высокоточных аналогоцифровых преобразователей постоянного напряжения. Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается тем, что в интегрирующий анало го-цифровой преобразователь, содержащий.преобразователь 11 интервал времени - код, блок 10 управления, блок 9 сравнения, интегратор 5, ключи 1-3, введены аналого-цифровой преобразователь 6, сумматор 7, регистр8, цифроаналоговый преобразователь 12 и ключ 4. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.1640819 да блока 10 заносится в реверсивный 45 счетчик 39 блока 10, где по описанному выше алгоритму Формируется интервал Тч. В момент времени й раз"мывается ключ 2 и замыкается ключ3, соединяя вход интегратора с ши нОй нулевого пОтенциала до Окончания заданного интервала Тф. Начинаяс момента йд процесс работы преобразователя аналогичен процессу, имеющему место между моментами й,и .й,Информационные интервалы фТЬЦТ 1 ВТ, фТ Формируютсяблоком 10 и квантуются импульсами обИзобретение относится к электро- измерительной технике и может быть использовано для построения .высоко- точных средств измерений.Целью изобретения является повышение быстродействия.На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 - Функциональная схема блока управления, на фиг. 3 - Функциональная схема преобразователя интервал времени-кодф на фиг. 4 - временная диаграмма работы преобразователя интервал времени-кодф на фвг. 5 - временная диаграмма, поясняюпая работу блока управления, на фиг. 6 - временная диаграмма работы преобразователя.Преобразователь содержит ключи 1-4, интегратор 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, сумматор 7, регистр 8, блок 9 сравнения, блок 10 управления, преобразователь 1 1 интервал времени-код, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12.Блок управления содерзат генератор 13, триггеры 14-19, элементы И 20-27, элементы ИЛИ 28, 29, одновибраторы 30-35, блок 36 сравнения, счетчики 37-39, делитель 40 частоты.Преобразователь интервал времени.- код содержит элементы И 41-43, реверсизный счетчик 44, элемент 45 задержки е Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь работает следующим ОбрйзОмеВ момент времени с (Фиг,б) на время Те сигналом с первого выхода блока 10 заьаакается ключ 1, подавая на вход интегратора 5 измеряемое напряжение. При этом ключи 2-4 разомкнуты. Выходное напряжение интегратора 5 измеряется АЦП б. В момент времени С размыкается ключ 1 и замыкается ключ 2, в результате чего на вход интегратора подается образцовое напряжение . Б. Одновременно в регистр 8 сигналом с восьмого выхода блока 10 записывается код, представляющий собой увеличенное на.2 единицы значение кода результата преобразования АЦП 6 в момент времени Ф . При этом значения шага кван тования АЦП б и шага квантования вы- ходного напряжения ЦАП 12 выбираются одинаковыми. 10 15 20 25 30 35 40 При достижении накопленным интегралом значения, равного выкодндму напряжению ПАП 12 (момент й), срабатывает блок 9, в результате чего блок 10 Формирует на своем третьем выходе логический уровень, замыкающий ключ 3. При этом ключ 2 размывается и на вход интегратора 5 подается нулевой потенциал и в интервале времени 1 - Т интегрируется только напряжение смещения е. Следует заметить, что напряжение смещения е интегрируется на протяжении всего цикла преобразования.В момент времени С 4. размыкается ключ 3 и замыкается ключ 4, чем достигается подача на вход интегратора 5 эталонного напряжения ЕО на заданное время 1 р, после чего (момент времени йб) вновь интегрируется образцовое напряжение Уь до достижения накопленным интегралом значения выходного напряжения ЦАП 12 (момент й 4), Фиксируется блоком 9, по сигналу срабатывания которого блок 10 на своем четвертом выходе Формирует сигнал "сброс", приводящий интегратор 5 в исходное состояние (интегрирующий конденсатор разряжен). Начиная с моментачерез замкнутый ключ 2 на вход интегратора 5 подается образцовое напряжение УО, которое интегрируется в течение времени Т, пропорци- онального значению накопленного интеграла за время Т при интегрировании измеряемого напряжения. Тк определяется из условия УТО= БТ, Информацию о значении накопленного интеграла при интегрировании 0 за время Т дает АЦП б, код с выходакоторого по сигналу с восьмого выхоразцовой частоты в преобразователе10 интервал времени-код, который форПх То 164 мирует на своем выходе результат преобразования в виде двоичного кода 19 ым С(То + АТ, + . ЬТд) - (Т+ Тд)19 ф являющегося цифровым эквивалентом из" меряемого напряжения Цу.Результат преобразования считывается с первого выхода преобразователя интервал времени-код по сигналу "готов" с второго выход последнего в момент времениБлок управления работает следующим образом.Заданные интервалы Т и бойормируются счетчиками 37, 38 импульсов соответственно и равным времени от начала заполнения последних импульсами частоты 1 е до момента появления единицы на выходе старшего разряда счетчика.Триггер 14 Аормирует сигналы "Цикл 1" и "Цикл 2", имеющие длительности й - й. и С 7- 1 соответственно. Одновибраторы 30-34 формируют короткие импульсы по Аронту входного сигнала, что необходимо для исключения запрещенных комбинаций на входах, связанных с указанными одновибраторами логических элементов. Одно- вибратор 32 Аормирует заданный интервал Со.Временной интервал ТМ Аормируется посредством реверсивного двоичного счетчика 39 путем вычитания из него кода, пропорционального величине накопления за время Тф в первом цикле преобразования интеграла импульсами частоты Е, значение которой определяется следующим образом. Согласно алгоритму во втором цикле необходимо ,определить такой интервал Т интегрирования образцового напряжения 0 р, . за время действия которого накопленный интеграл был бы равен значению накопленного интеграла за время Т первого цикла преобразования (интегрирование Б). Откуда можно за- писать 0819 откуда Т=Н ц" ОТаким образом, частота поступле 5 ния импульсов навычитающий вход счетчика 39 равен Уо1 О Отсюда коэФФициент деления делителя40 составитБ оЮй 15Код с выхода АЦП 6 переписываетсяв счетчик 39 по сигналу "Перепись"(момент й, фиг.6). На выходе триггера 19 Аормируются инйормативные ин 20 тервалы ЬТ, Д,Т, Т, Ь Т, ЬТ.Блок 36 Аормирует положительный перепад логического уровня в момент равенства нулю кода счетчика 39.На выходах элементов 21, 19, 27,25 32.формируются сигналы управленияключами 1, 2, 3, 4 соответственно,С целью исключения накопления погрешности квантования моменты времени С, , То, О синхронизированы.с импульсами образцовой частоты Й посредством триггера 17.Преобразователь интервал времени - код работает следующим образом.На время первого цикла в течение4информативных интервалов Ь ТО Тэлемент И 41 открывается для прохождения импульсов образцовой частотыйф на суммирующий вход счетчика 44.Во втором цикле в течение инфор 4 мативных интервалов элемент И 41закрывается, а элемент И 42 открывается для прохождения импульсов часто-.ты Кд на вычитающий вход счетчика 44.К моменту временина выходе счет 45 чика 44 будет сФормирован код, пропорциональный величине измеряемогонапряжения, т.е. его цифровой эквивалент.При вычитании большего кода изменьшего (на суммирующий вход счетчика поступило меньше импульсов, чемна вычитающий) результат получаетсяв инверсном коде. Поэтому результатпреобразования берется с инверсноговсода счетчика, где И - результат преобразованияАЦП в момент й(фиг.6);1 к - значение ступени квантоваПо сигналу "сброс" с задержкой на элементе 45 осуществляется сброс счетчика 44. Задержка необходима для раз 1 б 40819деления моментов считывания йнформации с выхода счетчика 44 по сигналу "готов" и сброса счетчика 44.Формула из обретения,1. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь интервал времени - код, блок управления, блок сравнения, интегратор, первый, второй и третий ключи, информационные входы которых являются,соответственно шинами источником измеряемого напряжения, образцового напряжения и нулевого потенциала, а выходы объединены и соединены с инФормационным входом интегратора, выход которого подключен к первомувходу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, четвертый .выход - к входу "сброс" интегратора:, а пятый, шестой и седьмой выходы сае динены соответственно с первым, вторым и третьим входами преобразователя интервал времени - код, первые выходы которого являются выходной информационной шиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены четвертый ключ и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр и цийроаналпговый преобразователь, причем вход аналогоцифрового преобразователя соединен с выходом интегратора, а выход - с вторым входом блока управления, второй вход сумматора является шиной числа "два", выход цифроаналогового преоб-. разователя подключен к второму входу блока сравнения, а второй вход регистра подключен к восьмому выходу блока управления, второй выход которо" го соединен с четвертым входом преоб разователя интервал времени - код, второй выход которого является выход- ной управляющей шиной, а пятый вход соединен с четвертым выходом блока управления, девятый выход которого подключен ко входу управления четвертого ключа инФормационный вход которого является шиной источника эталонного напряжения, а выход сеодинен с входом интегратора.2. Преобразователь по и. 1, о т" л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на шести триггерах, восьми элементах И, двух эле.ментах ИЛИ; шести одновибраторах,блоке сравнения, трех счетчиках, делителе частоты и генераторе импульсов, выход которого соединен с первымн входами первого, второго .итретьего элементов И, синхронизи Рующим входом первого триггера иявляется седьмым выходом блока,второй вход первого. элемента И объединен с первым входом четвертогоэлементаИ, входом установки первого триггера и соединен с выходомвторого триггера, а выход первогоэлемента И соединен с синхронизирующим входом первого счетчика, входустановки которого объединен с вхо О дом установки второго триггера, первыми входами первого элемента ИЛИ ипятого элемента И и соединен с выходом первого одновибратора, входкоторого объединен с синхронизирую щим входом третьего триггера и соединен с выходом первого счетчика,вход установки третьего триггераобъединен с входом установки второго счетчика, входом второго одно вибратора и соединен е выходом третьего одновибратора, который являетсядевятым выходом блока, вход третьегоодновибратора соединен с выходомвторого счетчика, выход второго одновибратора соединен с вторым входомпервого элемента ИЛИ, третий входкоторого через четвертый одновибратор соединен с выходом шестого элемента И, первый вход которого объ 40 единен с вторыми входами четвертогои пятого элементов И и соединен спрямым выходом четвертого триггера,который является пятым выходом блока, инверсный выход является шестымвыходом блока, а синхронизирующийвход объединен с вторым входом шестого элемента И, синхронизирующимвходом второго триггера и соединенс выходом седьмого элемента И, который является четвертым выходом блока, первый вход седьмого. элемента Исоединен с инверсным выходом третьего триггера, прямой выход которогосоединен с вторым входом второго элемента И, выход которого соединен ссинхронизирующим входом второго счетчика, второй вход седьмого элементаИ объединен с первым входом второгоэлемента ИЛИ и через пятый одновиб 1640819 1 Оратор соединен с выходом первого триггера, информационный вход которого является первым входом блока, вто" рой вход третьего элемента И соединен с выходом пятого триггера, а выход через делитель частоты соединен . с вычитаюшим входом третьего счетчика, первый установочный вход пятого триггера соединен с выходом четвертого одновибратора, второй установочный вход объединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и через шестой одновибратор соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй вход является шиной нулевого кода, синхронизирую. щий вход третьего счетчика соединен с выходом пятого элемента И, который 2 О является восьмым выходом блока, инФормационный вход третьего счетчика является вторым входом блока, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первым и вто" 25 рым установочными входами .шестого триггера, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И и является вторым выходом блока, второй вход восьмого элемента И соединен с 30 выходом третьего одновибратора, третий вход соединен с выходом четвертого элемента И, который является первым выходом блока, а выход восьмого элемента И является третьим выходом блока.3, Преобразователь по и. 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что преобразователь интервал времени - код выполнен на трех элементах И, элементе задержки и реверсивном счетчике,. выходы которого являются соответственно первыми выходами преобразователя, входы сложения и вычитания соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, вход установки через элемент задержки соединен с выходом третьего элемента И, который является вторым выходом преобразователя, первые входы первого, второго и третьего элементов И объединены и являются первым входом преобразователя, вторые входы первого и второго элементов И объединены и являются третьим входом преобразователя, третьи входы первого и второго элементов И являются соответственно четвертым и вторым входами преобразователя, второй вход третьего элемента И является пятым входом преобразователя.