Аналого-цифровой преобразователь

(м)5 Н 03 М 1/10, 1 ИЯ ЕИЗ ЕТ К АВТОРСК С ВИДЕТЕЛ ЬСТ Й- коррекц го меньш го-цифр помехи практич сации не ии произвоую погрешового превозникающески не влилинейн ю изобретения, ости и помехозарового преобраель достигается о-цифровой преости. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР(56) Прянишников В.А, Интегрирующиецифровые вольтметры постоянного тока. Л:Энергия, 1976, с. 54, рис, 1 - 22.Икуро Х, и др, Быстродействующие идешевые аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи. "Денси дзайре",982, т. 21. М 12, с. 64 - 71, 33,(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ(57) Изобретение относится к цифровойэлектроизмерительной технике и можетбыть использовано в цифровых измерительных приборах и информационно-измерительных системах, Цельявляется повышение точнщищенности аналого-цифэователя, Поставленная цтем, что в известный анало 695499 А 1 образователь интегрирующего типа с высокой разрешающей способностью (16 бит и более), работающий по трехтактному принципу с переменной крутизной интегрирования, вводятся аналоговый коммутатор 1. источник 2 вспомогательного напряжения, компаратор кода 7, управляемый источник 13 постоянного тока, третий элемент И 21 и счетчик 24 коррекции, предназначенные для компенсации нелинейности. вызванной погрешностью соотношения токов источников постоянного тока старших и младших разрядов, обеспечивающих разряд конденсатора интегратора на втором и третьем тактах работы аналого-цифрового преобразователя, что .повышает точность аналого-цифрового преобразователя, Повышение помехозащищенности аналого-циф- рового преобразователя происходит вследствие того, что компенсация нелинейности на этапе коррекции в каждом цикле дится на величину, мноости линейности анелю. бразователя, поэтому е на этапе коррекции. ют на процесс компен з,п. ф-лы,7 ил,Изобретение относится к цифровой электронно-измерительной технике и может быть использовано вцифровых измерительн ых системах.Целью изобретения является повышение точности и помехозащищенности преобразователя.На фиг,1 представлено устройство, блок-схема; на фиг.2 - управляемый источник постоянного тока, вариант схемы; на фиг,З - временные диаграммы работы предлагаемого АЦП; на фиг,4 - то же выходного напряжения интегратора, где а - в режиме первого этапа коррекции, б - в режиме второго этапа коррекции, на фиг.5 - пример использования в качестве блока управления - микроЭВМ; на фиг.б и 7 - алгоритм, блоксхема.Аналого-цифровой преобразовател ь (АЦП) содержит(фиг.1) аналоговый коммутатор 1, источник 2 вспомогательного напряжения, первый резистор 3, первый и второй ключи 4 и 5, первый источник 6 постоянного тока, компаратор кода 7, второй резистор 8, третий ключ 9, второй источник 10 постоянного тока, конденсатор 11 и операционный усилитель 12, образующие интегратор, управляемый источник 13 постоянного тока, блок 14 управления, источник 15 опорного напряжения, первый и второй компараторы 16 и 17, генератор импульсое 18, первый 19, второй 20 и третий 21 элементы И, счетчик 22 старших разрядов, счетчик 23 младших разрядов, счетчик 24 коррекции.Вариант схемы (фиг.2) управляемого источника 13 постоянного тока содержит элементы И 25 и 26, источник 27 дополнительного напряжения, реверсивный счетчик 28, операционный усилитель 29, преобразователь кода в сопротивление 30, транзистор 31,АЦП работает следующим образом.По команде "Пуск" (диаграмма Б, фиг,З) происходит обнуление счетчиков 22,23 и 24, и аналоговый коммутатор 1 подключает Ох на вход АЦГ (диаграмма И, фиг.З), После этого замыкается первый ключ 4(диаграмма В, фиг.З) и происходит запоминание на конденсаторе 11 интегратора измеряемого напряжения Ох (при равенстве сопротивлений резисторов З.и 8).Затем по команде блока управления 14 (диаграммы Г и Д, фиг,З) замыкается второй 5 и третий 9 ключи, и начинается разряд конденсатора 11(фиг,4 а) первым б и вторым 10 источниками постоянного тока до срабатывания первого компаратора 16. После срабатывания первого компаратора 16 по истечении текущего периода тактовой час тоты происходит размыкание второго ключа 5.Остаточное напряжение О,ст на конденсаторе 11 равно ОостС130 ется соотношение токов первого и второгоисточников постоянного тока как (2 - 1): 1или 1 т /1 г = 511, В этом случае счетчик 22 .35 вырабатывает 7 старших разрядов, а счетчик 23 - 9 младших разрядов выходногокода АЦП (М).При переполнении счетчика 23 происходит перенос в счетчик 22 и погрешность не40 возникает. Точность отношения токов должна быть не хуже величины 2( ф 0,1 о ) с тем,чтобы погрешность линейности, вызваннаяэтим, не превышала половины единицымладшего значащего разряда АЦП. Обеспе 45 чить такую точность соотношения токов для16 разрядных АЦП на практике затруднительно, а для 17 и более разрядных на современном уровне развития технологииневозможно,50 В данном устройстве для достижениятребуемой точности соотношения токов и1 г используется коррекция функции преобразования, состоящая из двух этапов.После подачи сигнала "Коррекция"(ди 55 аграмма М, фиг,З) на первом этапе по команде от блока управления 14 аналоговыйкоммутатор 1 подает на вход АЦП вместо Охвыходное напряжение Оо источника 2 вспомогательного напряжения, причем ОоОою. 10 15 20 25 Оост =Ох С (1+1 г)Йсто причем ОостОоп,где 1 и 1 г - токи первого и второго источников постоянного тока 6 и 10 (обычно выбираютг);йст - код старших разрядов - число импульсов, прошедших на счетчик 22 (диаграмма Е, фиг.З);то - период тактовой частоты (диаграмма А, фиг,З);С - емкость конденсатора 11;Ооп - выходное напряжение источника 15 опорного напряжения,Дальнейший разряд конденсатора происходит только с помощью второго источника 10 тока,при этом число импульсов й, прошедших на счетчик 23, равно(диаграмма Ж, фиг.З); Вариант реализации 16 разрядногоАЦП на основе данного принципа. Выбира 1695499Далее происходит преобразование Оо в выходной код М аналогично преобразованию Ох, описанному выше,На втором этапе по команде от блока управления 14 вторично происходит запоминание Оо на конденсаторе 11 интегратора. В отличие от первого этапа второй ключ 5 постоянно разомкнут и разряд конденсатора 11 происходит только током 2 (фиг.4,б). При этом заполняется счетчик 24 коррекции (диаграмма 3, фиг.З) до момента срабатывания компаратора 17. Получившиеся на выходах счетчиков 22,23 и 24 коды поступают на входы компаратора кода 7, который вырабатывает сигналы "Больше", "Меньше" или "Равно".Если вырабатывается сигнал "Равно", то коррекция прекращается и вырабатывается сигнал готовности АЦП к работе (диаграмма К, фиг.,З), если. же вырабатываются сигналы "Больше" или "Меньше" (диаграмма Н, фиг.З), то происходит соответственно, уменьшение ("декремент") или увеличение ("инкремент") содержимого в счетчике 28 (диаграмма Л, фиг.З). В соответствии с выходным кодом счетчика 28 происходит уменьшение или увеличение выходного тока управляемого источника 13 постоянного тока,Циклы коррекции повторяются до тех пор, пока не будет получен сигнал "Равно" от компаратора кода 7 (уровень логической "1" - диаграмма Н, фиг.З).Наклон характеристики в идеальном случае (сплошная линия на фиг,4 а) равен наклону характеристики в идеальном случае (сплошная линия на фиг.4 б) при формировании й мл Аналогично для характеристик в реальном случае (штриховая линия на фиг.4 аи б).Источники напряжения 2 и 27 могут быть реализованы на основе обычного источника образцового сигнала, состоящего из параметрического стабилизатора и операционного усилителя (например, К 140 УД 7).В качестве блока управления используется микроЭВМ К 1816 ВЕ 48, подключение которой к устройству представлено на фиг,5, а алгоритм коррекции, осуществляемый в микроЭВМ, представлено на фиг.6 и 7, причем входом АЦП "Пуск" является шина О В 2 первого порта, сигналами обнуления или сброса счетчиков 22,23 и 24- соответственно сигналы на шинах Р 13 и Р 14 второго порта, сигналом управления блоком 1 - сигнал на шине Р 24 третьего порта.В режиме "Коррекция" после запуска системы оператором или команды "Сброс", блок 14 выполняет обращение к ПЗУ по на 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чальному адресу программы. Программа начинается с процедуры инициализации, которая содержит команды загрузки внутренних регистров микропроцессора и содержит команды начальной установки блоков АЦП, При этом блок 1 обязательно подключает к первому резистору (блок 3) выход блока 2.В определенный момент времени(пункт 23 пояснений, фиг.7) блок.1 подключает к первому резистору (блок 3) "Вход" и АЦП переходит в режим слежения за напряжением Ох и при подаче сигнала (пункт 24 пояснений, фиг.7) "Пуск" АЦП переходит в режим "Измерение", алгоритм которого соответствует последовательности операций на фиг,6 и 7,Для повторной процедуры коррекции необходимо опять подать команду "Сброс" (пункт 1 пояснений, фиг,6) и сигнал "Коррекция" (пункт 17 пояснений, фиг.7). В режиме измерения сигналы выдаются не только на выходах 1,3 и 9 блока 14, но и на 2,11,4,10 и 8, Сигналы на выходах 3,1 и 9 блока 14 соответствуют сигналам сброса счетчиков 22 и 23, разрешение или блокировка блока 19 и замыкание или размыкание ключа 5, Они вырабатываются блоком 14 не только в режиме "Измерение" (фиг.6 и 7, но и в режиме "Коррекция". В последнем случае на втором этапе работы АЦП (фиг.З) сигнал сброса на выходе 3 блока 14 отсутствует, блок 14 заблокирован сигналом с выхода 1 блока 14, и сигнал с выхода 9 блока 14 соответствует разомкнутому ключу 5 (пункты 16 - 23, фиг,7).Шина обнуления счетчиков 22 и 23 не связана с шиной обнуления счетчика 24, Это необходимо потому, что по желанию оператора для повышения быстродействия режима "Коррекция" счетчики 22,23 и 24 могут обнуляться не одновременно.Формула изобретения 1, Аналого-цифровой преобразователь, содержащий токоограничивающие элементы, выполненные на первом и втором резисторах, первый и второй источники постоянного тока, первый, второй и третий ключи, первый и второй компараторы, источник опорного сигнала, первый и второй элементы И, счетчики старших и младших разрядов, блок управления, генератор импульсов и интегратор, вход которого подключен через первый ключ к точке соединения первых выводов первого и второго резисторов, а через второй и третий ключи - к выходам первого и второго источников постоянного тока соответственно, входы которых являются общей шиной, выход интегратора подключен к первым входам первого и второго компараторов и второму выводу второго резистора, вторыевходы первого и второго компараторов подключены соответственно к выходу источника опорного напряжения и общей шине, выход первого компараторэ подключен к первому входу первого элемента И, выход второго компаратора - к первому входу второго элемента И, вторые входы элементов И соединены с выходом генератора импульсов, третьим входы - с первым и вторым выходами блока управления, соответственно, выход переноса счетчика младших разрядов соединен с первым входом счетчика старших разрядов, выход первого элемента И подключен к второму входу счетчика старших разрядов, выход второго элемента И подключен к первому входу счетчика младших разрядов, третий выход блока управления подключен к третьему входу счетчика старших разрядов и второму входу счетчика младших разрядов, соответственно, а четвертый выход - к входууправления первого ключа, а выходы счетчиков старших и младших разрядов являются выходной шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразователя, в него введены источник вспомогательного напряжения, третий элемент И, счетчик коррекции, компаратор кода, управляемый источник постоянного тока и аналоговый коммутатор, первый информационный вход которого является входной шиной, а выход - подключен к второму выводу первого резистора, второй информационный вход аналогового коммутатора подключен к выходу источника вспомогательного напряжения, выход генератора импульсов соединен с первым входом третьего элемента И, выход второго компаратора соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого соединен с первым входом счетчика коррекции, выходы которого подключены к . соответствующим первым входам компарэтора кода, вторые входы которого являются выходной шиной, а первый и второй выходы компаратора кода подключены соответственно к первому и второму входам управля емого источника постоянного тока, выходкоторого соединен с выходом второго источника постоянного тока, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый и десятый выходы5 блока управления соединены соответственно с третьим входом третьего элемента И, с вторым входом счетчика коррекции, с треть- им входом управления источника постоян 1020 25 30 354045 ного тока, с входом управления аналоговым коммутатором, свходами управления второго и третьего ключей, одиннадцатый выход является шиной готовности кода, а первый, второй и третий входы блока управления соединены соответственно с выходом первого компаратора, третьим выходом компаратора кода и выходом генератора импульсов, четвертый и пятый входы являются соответственно шиной пуска и коррекции.2, Преобразователь по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности преобразователя, управляемый источник постоянного тока выполнен на источнике дополнительного напряжения, реверсивном счетчике, операционном усилителе, преобразователе кода в сопротивление, транзисторе и первом и втором элементах И, первые входы которых являются соответственно первым и вторым входами блока, вторые входы - объединены и являются третьим входом блока, выход первого элемента И подключен к входу "Декремент", а выход второго элемента И - к входу "Ин кре мент" реве рси в ного счетчика, выход источника дополнительного напряжения соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя,инвертирующий вход которого объединен с первым входом преобразователя кода в сопротивление, второй вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика,выход операционного усилителя соединен с базой транзистора, эмиттер которого подключен к третьему входу преобрэзователя кода в сопротивление, а выходом блока является коллектор транзистора.еиеыыые дяагромци роботы устройства-ид ный иод результата д результата пре образовшшн У;результата преобриэопшряованйп ТУ, Оавд, разряды)ик разрядов результата +ванин Туо у Це ИДЕаЛЬННЙ КО Ц -реапьнпй код евль фМВИЫй К щеобраво нод отврш преобразо Фив. 25бдаК 1 Ф Ьаод йоко Ф СЬг Йаа 7 длащ В 11 ЮмюУдлом 7 Ф вход Яцп.пжК т Вход Ацп. кар. 16 АФ иачиьтуюжя 1 6 локир. длока 1 У2 Влокир, длока О3 6 локцрЯлоко Оо Ярос длокод гг,г,УХ Сдрос длапт МЕ,Голод1695499 Ю /юг Составитель В. МахнаноРедактор А. Калениченко Техред М.Моргентал Корректор О, Кравцова,изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 каз 4172 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113 ОЗ 5, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4