Способ аналого-цифрового преобразования с весовым интегрированием и устройство для его реализации

Ленина политехниченского комсомола аянител ОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯНТЕГРИРОВАНИЕИ И УСТРОЙСТВОРЕАЛИЗАЦИИ 54) СПОСОБ АН С ВЕСОВЫИ ДЛЯ ЕГдвуХ токозадающих резисторов, выходЫкоторых соединены с первыми входамипервых двух ключей, выходы которыхсоединены с входом интегратора, входкоторого также соединен через вторые 5два ключа и вторые два токозадающиерезистора с выходом источника образцового сигнала, а выход интеграторасоединен с входом нуль-органа, выходкоторого соединен с отсчетным устройством и блоком управления, причемвторые входы всех ключей соединеныс выходом блока управления 2.Недостатком данных способа и устройства является увеличение погрешности преобразования, обусловленняе, неточностью формирования весовой функции, так как интегрирование в первом и втором тактах осуществляется о по разным каналам.Известен также способ аналогоцифрового преобразования с весовыминтегрированием, в котором в первоьтакте генерируют заданную весовую 1Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и применяется при построении интегрирующих аналого-цифровых преобраэователей,Известен способ аналого-цифрового преобразования с весовым интегри-,рованием, в котором, для обеспечения необходимого подавления сигналапомехи в заданном частотном диапазоне, формируют весовую функцию,в явном или неявном виде, перемножаютее на входной сигнал и интегрируютполученное произведение в течениедлительности первого такта, затемво втором такте интегрируютопорныйсигнал, квантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала второго такта до момента равенства нулю наинтегрированного сигнала 1.Известно устройство, содержащееусилитель входного сигнала, выход которого соединен с входами первых ии институт10 13 23 й 35 45 М 3 95 функцию, воспроизведенную путем поочередного формирования последовательности ступеней различной высоты и одинаковой длительности, одновременно интегрируют входной сигнал с весами, пропорциональными высоте каждой ступени, а во втором такте интегрируют опорный сигнал с весом. пропорциональным сумме всех исход-, ных ступеней, квантуют импульсами образцовой частоты интервал времени от начала второго такта до момента равенства нулю наинтегрированного сигнала .3.Известно также устройство, содержащее источник образцового сигнала, выход которого соединен с первым входом переключателя, второй вход которого связан с шиной преобразуемого сигнала, выход переключателя соединен с входом коммутатора, выходы которого подключены к первым выводам токозадающих резисторов, вторые выводы которых соединены между собой и подключены к входу интегратора, выход которого связан с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с обще шиной выход нуль-органа подсоединен к первому входу ключа, второй вход которого связан с выходом формирователя тактов, третий вход - с выходом генератора образцовой частоты, а выход с входом первого счетчика импульсов, кроме того, выход геНератора образцовой частоты подключен к входу формирователя тактов и через делитель частоты к счетному входу второго счетцика импульсов, информационные выходы которого связаны с информационными входами дешифратора выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, а управляющий вход дешифратора соединен с управляющим входом переключателя и выходом формирователя тактов.Недостатком данных способа и устройства является низкая точность аналого-цифрового преобразователя с весовым интегрированием при реализации сложных кусочно-постоянных и непрерывных весовых функций.Целью изобретения является повышение точности преобразования.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу аналогоцифрового преобразования с весовым интегрированием, заключающемуся в формировании весовой функции на первом такте, умножении ее на значение входного сигнала, интегрировании полученного произведения в течение длительности первого такта, интегрировании опорного сигнала на втором такте и квантовании полученной длительности второго такта импульсами образцовой частоты, на втором такте формируют последовательность примыкающих весовых функций, воспроизведенных путем масштабно- временного сжатия в заданное число раз сформированной в первом такте весовой функции, умножают эту последовательность весовых функций на значение опорного сигнала, интегрируют полученное произведение в течение длительности основного интервала времени от.начала второго такта до момента времени, равного целому числу длительностей сжатых весовых функций, после равенства нулю проинтегрированного сигнала изменяют полярность опорного сигнала, интегрируют его с постоянным весом в течение дополнительного интервала времени от конца основного до момента равенства нулю .проинтегрированного сигнала, а результат преобразования определяют путем вычитания количества импульсов образцовой частоты, полученных в основном и дополнительном интервалах времени.Устройство аналого-цифрового преобразования с весовым интегрированием, содержащее источник опорного сигнала, вход которого соединен с первым входом дешифратора, а выходс первым входом переключателя, второй вход которого соединен с входной шиной, третий вход - с выходом формирователя тактов и первым входом ключа, а выход - с .первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом дешифратора, а выходы - с первыми выводами токозадающих резисторов, вторые выводы которых соединены с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с общей шиной, генератор образцовой частоты, выход которого соединен с вторым входом ключа и входами формирователя тактов и первого делителя частоты, счетчик импульсов, первый выход которого соединен с вторым входом дешифратора, введены селектор, второй делитель722 бинтегрированным сигналом повторнонулевого уровня. Интервал времениТ квантувтся импульсами об,аэцовой .частоты и определяется числом М .Результат преобразования вычисляется путем вычитания ходов М и Мт.е, Мкк. МкгУстройство (фиг. 2)содержит источник опорного сигнала 1, переключатель 2, коммутатор 3, набортокозадающих резисторов 4, интегратор 5 нуль-орган б, распределитель7 импульсов, дешифратор 8, счетчик9 импульсов, селектор 1 О, первыйделитель 11 частоты, второй делитель12 частоты, ключ 13, реверсивныйсчетчик 14 импульсов, логический блок 15, формирователь 16. тактов,генератор 17 образцовой частоты.На входы переключателя 2 подаетсяпреобразуемый сигнал Ох и выходнойсигнал О источника опорного сигнала 1. Переключатель 2 управляетсявыходным сигналом формирователя 16тактов и подключает на вход коммутатора 3 в первом такте О , а вовтором такте - О . Коммутатор 3 поочередно подключает входной илиопорный сигналы к первым выводам токозадающих резисторов 4 (В, Й,Р). Вторые выводы токозадающих резисторов 4 соединены между собой и подключены к входу интегратора 5. Выход интегратора 5 подключен к первому входу нуль-органа 6, второй вход которого соединен с общей шиной. Нуль-орган б срабатывает при достижении выходным сигналом интегратора 5 нулевого значения. Выход нуль-органа 6 подключен к вха" ду распределителя 7 импульсов. Первый выход распределителя 7 импульсов подключен к второму входу логической блок 15, куда поступает импульс при первом и втором срабатывании нуль-органа 6, а второй выход распределителя 7 импульсов подключен к первому входу ключа 13, куда поступает импульс при втором срабатывании нуль- органа 6. Второй вход ключа 13 соединен с выходом формирователя 16 тактов, а третий вход клюца 13 подсоединен к выходу генератора 17 образцовой частоты, а выход ключа 13 связан со счетным входом реверсивного счетчика 14 импульсов, Счетные импульсы с выхода генератора 17 образцовой частоты поступают на счетный вход реверсивного счетчика 14 импульсов че-,5 953частоты, распределитель импульсов, логический блок, реверсивный счетчик импульсов, первый вход которого соединен с выходом. ключа, второй вход -с первым входом дешифратора и выходом логического блока, первый вход которого соединен с вторым выходом счетчика импульсов, а второй вход - спервым входом распределителя импульсов, второй вход которого соединен 10 с выходом нуль-органа, а выход - стретьим входом ключа, при этом входвторого делителя частоты соединен с входом первого делителя частоты, авыход с выходом первого делителя. 1 Зчастоты и с первым входом селектора,второй вход которого соединен с выходом формирователя тактов, а выходс входом счетчика импульсов.На фиг; 1 представлена диаграмма, 20 иллюстрирующая способ; на фиг. 2 - блок-схема устройства; на фиг3 - временные диаграммы, поясняющие его работуПреобразуемый сигнал О в первом такте длительностью Т интегрируется с весовой функцией д(1) (фиг. 1). Во втором такте проинтегрированный сигнал Ои (Т) компенсируется путем интегрирования опорного сигналаОо в течение двух промежутков времени - основного и дополнительного- длительностью соответственно Т и Тд . В основном интервале интегрируется опорный сигнал - О с весовой функцией 9(с), представляющей собой последовательность весовых ФункцийЗф 9; (еЙ) длительностью д Т, каждая изкоторых получена путем масштабновременного сжатия в а=ГР 1 раз исходной весовой функции д(й), Приэтом в основном интервале интегри 40рования (Т 1 =Т ъ -Т) помещается целое число сжатых весовых функций, последняя из которых заканчивается . после первого достижения наинтегрированным сигналом во второй такте4 нулевого значения. Интервал времени Т 1 квантуется импульсами образцовой частоты Ео и определяется число импульсов М. После этого в моМентвремени С изменяется полярность опорного сигнала ОО, который интегрируется с постоянной весовой Функцией 9= т,) 9 (СИй, равной среднемуогйзначению весовой функции 9 (т). Длительность интегрирования в дополнительном интервале времени (Т =Т -Т) определяется моментом достижения поо реэ ключ 13 в течение интервала вре-, мени, начало которого определяется .импульсом формирователя 16 тактов, а конец - вторым срабатыванием нуль- органа 6, Выход генератора 17 образцовой частоты подключен также к входу формирователя 16 тактов и к входам первого 11 и второго 12 делителей частоты. Выходы делителей частоты, 11 и 12 подключены .к входам селекто ра 1 О, управляющий вход которого подключен к выходу формирователя 16 тактов. Выход селектора 10 подключен;к счетному входу счетчика 9 импульсов, информационные выходы ко торого подключены к входам дешифратора 8, который управляет своими выходами работой коммутатора 2. В зависимости от того, какой делитель 11 или 12 частоты включен, изменяется рр скорость формирования весовых функций. Выход переполнения счетчика импульсов 9 соединен с первым входом логического блока 15, сигнал на выходе которого появляется после пер,." 2 вого срабатывания нуль-органа 6 и очередного переполнения счетчика 9 импульсов. Выход логического блока 15 подключен к управляющим входам источника опорного сигнала 1, дешифратора 8 и реверсивного счетчика 14 импульсов. При этом на выходе источника опорного сигнала 1 изменяется полярность сигнала, реверсивный счетчик импульсов 14 переводится в режим вычитания, а дешифратор 83 формирует сигнал на подключение коммутатором 3 к входу интегратора 5 токозадающего резистора В. В исходное состояние логический блок 15 приводится импульсом второго срабатывания нуль-органа.3Устройство работает следующим образом..В начальный момент времени й=О (фиг. 3) формирователь 16 тактов4 генерирует управляющий сигнал, в результате чегочерез переключатель 2 на вход коммутатора 3 подключается входной сигнал 0, Одновременно на вход счетчика 9 импульсов с выхо да генератора образцовой частоты 17 через первый делитель 11 частоты и селектор 10 начинают поступать импульсы с частотой Г. Дешифратор 8, в котором заложена программа формиро-вания весовых функций, дешифрирует состояния счетчика 9 и .управляет работой комм "татора 3, Последний 22, 8подключает к входу интегратора 5входной сигнал поочередно через токозадающие резисторы 4 (й,Й), Интегратор 5 интегрирует входной сигнал с весами обратно пропорциональными значениям токозадающихрезисторов 4По окончании первого такта в момент времени Т формирователь 16тактов управляет переключателем 2,селектором 10 и ключом 13 таким образом, что переключатель 2 отключает входной сигнал 0 и подключаетна вход коммутатора 3 опорный сигнал - 00 с выхода источника опорногосигнала 1; селектор 1 О подключаетвход счетчика 9 импульсов к выходугенератора образцовой частоты 17через второй делитель 12 частоты,а ключ 13 открывается,В результате этого счетчик 9 импульсов начинает заполняться импульсами частотой Г =аЕ (где щ - коэффициент масштабно-временного преобразователя), т.е. в в раэ быстрее,чем в первом такте. Дешифратор 8 каки в первом такте, дешифрирует состояния счетчика 9 и управляет работойкоммутатора 3 на подключение к входуинтегратора 5 опорного сигнала черезсоответствующие резисторы 4 (КВ). После переполнения счетчика 9он заполняется снова, и начинает формироваться очередная сжатая весоваяфункция, разряжая при этом интегратор 5, кроме того, каждый раэ формируется импульс переполнения счетчика импульсов 9, который поступаетна первый вход логического блока 15.Однако последний не срабатывает таккак не подготовлен импульсом с выхода нуль-органа 6.С открыванием ключа 13 на счетныйвход реверсивного счетчика 14 импульсов с выхода генератора 17 образцовой частоты поступают счетные импульсы.При достижении выходным сигналоминтегратора 5 нулевого уровня (в мо-.мент времени Т ) обрабатываетсянуль-орган 6, выходной сигнал которого через распределитель 7 импульсовподготавливают к срабатыванию логический блок 15, При очередном переполнении счетчика 9 сигнал переполненияпоступает на вход логического блока15, в результате чего на его выходе11 , 95 но при этом преобразование осуще,- ствляется с погрешностью 3: :. 3 обусловленной отклонением С. Т ) от 1 ном Т 1 )1 г-Тг ЬТТак кактто Ос, "отп ц -5 ыбрав необходимое значение коэффициента с масштабно-.временного преобразования в в заданное число раз уменьшается погрешность из-за неточности формирования весовой функции, не ухудшая при этом другие параметры преобразования.формула изобретения1. Способ аналого-цифрового преобразования с весовым интегрированием,заключающийся в формировании весовой Функции на первом такте, умноженииее на значение входного сигнала, интегрировании полученного произведения в течение длительности первого такта, интегрировании опорного сигнала на втором такте и квантованииполученной длительности второго такта импульсами образцовой частоты,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности преобразования, на втором такте Формируют последовательность примыкающих весовых функций, воспроизведенных путем масштабно-временного сжатия в заданное число раз сформированной на первом такте весовой функции, умножает эту последовательность весовых функций на значение опорного сигнала, интегрируют полученное про-. изведение в течение основногоинтервала времени от начала второго такта до момента времени, равного целому числу длительностей сжатых весовых функций, после равенства нулю проинтегрированного сигнала изменяют полярность опорного сигнала, интегрируют его с постоянным весом в течение дополнительного интервала времени от конца основного до момента равенства нулю проинтегрированного сигнала, а результат преобразования .определяют путем вычитания количества импульсов образцовой частоты, , полученных в основном и дополнительном интервалах времени.3722 12 362. "Приборы и системы управления" иГ 1979, Иф 2, с. 20-22.3. Тезисы докладов областного семинара. Пенза, ПДНТП, 1980, с. 5253 (прототип). 5 26 25 36 3 46 4 2. Устройство аналого-цифровогопреобразования с весовым интегрированием, содержащее источник опорногосигнала, вход которого соединен спервым входом дешифратора, а выход -с первым входом переключателя, второй вход которого соединен с входнойшиной, третий вход - с выходом формирователя тактов и первым входомключа, а выход - с первым входомкоммутатора, второй вход которогосоединен с выходом дешифратора, авыход - с первыми выводами токозадающих резисторов, вторые выводы которыхсоединены с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом нуль-органа, второй вход которого соединен с общей шиной, генераторобразцовой частоты, выход которогосоединен с вторым входом ключа и входами формирователя тактов и первогоделителя частоты, счетчик импульсов,первый выход которого соединен с вто.рым входом дешифратора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения точности преобразования,в него введены селектор, второй делитель частоты, распределитель импульсов, логический блок, реверсивный счетчик импульсов, первый входкоторого соединен с выходом ключа,второй вход - с первым входом дешифратора и выходом логического блока,первый вход которого соединен с вторым выходом счетчика импульсов, авторой вход - с первым входом распределителя импульсов, второй входкоторого соединен с выходом нуль-органа, а выход - с третьим входом ключа, при этом вход второго делителячастоты соединен с входом первогоделителя частоты, а выход с выходомпервого делителя частоты и с первымвходом селектора, второй вход которого соединен с выходом формирователя тактов, а выход - с входом счетчика импульсов.,Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1, "Измерение контроля автоматизации", 1980, Мф 3-Й, с. 17-22.Составитель А. Кузнецовицика Техред К.йыцьо Корректор И. Муск959 актор ПодписР. илиал ППППатент, г. Ужгород, ул. Проектная аказ 293/ 1ВНИИПИ Госудапо делам и113035, Москф Тираж ственного обретений а, Жкомитет и откры аушская