ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ Российский патент 2005 года по МПК G01R19/255 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в телеметрических системах.

Известен преобразователь мгновенного значения измеряемого напряжения в длительность импульсов (см. Тутевич В.Н. Телемеханика. М.: Высшая школа, 1985 г., стр.312, рис 13.9 и стр.313), содержащий источник преобразуемого напряжения, генератор пилообразного (линейного) напряжения, схему сравнения и соответствующие связи, образующие в целом времяимпульсную систему с фазоимпульсной модуляцией.

Приемником времяимпульсной системы является измеритель среднего тока импульса либо измеритель отношения длительности импульса к периоду, что предполагает усредняющее устройство в составе системы. Приемником может являться и измеритель серии временных интервалов.

Одним из недостатков известного преобразователя является одноканальность, обусловленная наличием усредняющего устройства в составе приемника и отсутствием алгоритма управления многоканальным опросом.

Другим недостатком является отсутствие сжатия информации по времени, а именно большая длительность временных посылок:

1) длительность периода пилообразного напряжения велика и постоянна, вне зависимости от величины измеряемого напряжения. Это предполагает измерение большого количества протяженных периодических интервалов времени, усложняет приемник времяимпульсного кода, в качестве которого используется измеритель серии временных интервалов;

2) длительность периода пилообразного напряжения излишне велика из за отсутствия управляющего нормирующего усиления измеряемого напряжения. Минимальная величина измеряемого напряжения может быть 10 мВ, а максимальная - 10000 мВ, диапазон пилы при этом (от 3 мкс до 3000 мкс соответственно) излишне велик;

3) количество периодов времяимпульсного преобразования велико и пропорционально частоте измеряемого, например, синусоидального напряжения из-за отсутствия средств однократного выделения и преобразования только максимума этого напряжения. Измеряются все мгновенные значения. В целом, отсутствие сжатия по времени и уровню информации об измеряемой величине недопустимо увеличивает время передачи информации, быстродействие преобразователя, предполагает усложнение приемника времяимпульсного кода, выполненного в виде измерителя серии временных интервалов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является преобразователь напряжения в интервал времени (Вострокнутов Н.Н. Цифровые измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1990 г., стр.102, рис.3.18), содержащий генератор длинных тактовых сигналов, выход которого подключен к управляющему входу разрядного ключа времязадающего конденсатора генератора линейного (пилообразного) напряжения и S-входу триггера, Q-выход которого подключен к выходной шине преобразователя, R-вход которого подключен к выходу дифференциального компаратора (сравнивающего устройства) напряжения, один из входов которого подключен к выходу генератора линейного (пилообразного) напряжения, а другой к источнику преобразуемого напряжения.

Недостатками известного преобразователя являются низкая информативность и одноканальность из-за отсутствия управления многоканальным последовательным опросом источников измеряемых напряжений одним генератором линейного напряжения.

Другим недостатком является отсутствие сжатия информации по времени и уровню, а именно:

1) длительность рабочего хода пилы генератора линейного напряжения излишне велика, т.к. не зависит от времени момента сравнения измеряемого напряжения (нет сжатия по времени);

2) длительность рабочего хода пилы генератора линейного напряжения излишне велика из-за отсутствия управляющего, нормирующего усиления измеряемого напряжения (отсутствие сжатия по уровню);

3) количество периодов времяимпульсного преобразования излишне велико и пропорционально частоте измеряемого, например, синусоидального напряжения из-за отсутствия средств однократного выделения и преобразования только максимума этого напряжения, достаточного для оценки источника измеряемого напряжения (нет сжатия по уровню).

В целом, отсутствие сжатия по времени и уровню информации об измеряемой величине недопустимо увеличивает время передачи информации, снижает быстродействие и информативность преобразователя, предполагает усложнение приемника времяимпульсного кода.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание многоканального преобразователя напряжения в интервал времени, обладающего сжатием информации об измеряемой величине.

Технический результат, заключающийся в обеспечении многоканальности и сжатии информации об измеряемой величине, достигается тем, что в преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий источник преобразуемого напряжения, генератор линейного напряжения, подключенный выходом к первому входу первого дифференциального компаратора напряжения и имеющий времязадающий конденсатор, подключенный параллельно первому аналоговому ключу с управляющим входом, а также триггер и выходную шину, введены генератор коротких запускающих импульсов, n-1 источников преобразуемого напряжения, восемь элементов И-НЕ, n ограничительных резисторов, аналоговый мультиплексор, двоичный счетчик, дешифратор с m выходами, резистор, вторые аналоговый ключ с управляющим инверсным входом и дифференциальный компаратор напряжения, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, RC-фильтр, два элемента НЕ, два формирователя импульсов по длительности, формирователь коротких импульсов, клемма установки нуля, две клеммы управления коэффициентом усиления, клемма отрицательного напряжения смещения, клемма напряжения ограничения, второй и третий источники преобразуемого напряжения выполнены с детектором каждый, при этом выход первого источника преобразуемого напряжения через первый ограничительный резистор подключен к X1 информационному входу аналогового мультиплексора, R-входы второго и третьего источников преобразуемого напряжения соединены с выходами, соответственно, первого и второго элементов И-НЕ, а выходы через одноименные ограничительные резисторы - соответственно с Х2 и Х3 информационными входами аналогового мультиплексора, последующие информационные входы которого через соответствующие ограничительные резисторы подключены к выходам соответствующих остальных источников преобразуемого напряжения, а входы 2⁰, 2¹, 2² управления подключены к одноименным входам дешифратора и одноименным выходам двоичного счетчика, R-вход которого подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, выход аналогового мультиплексора подключен через параллельно соединенные резистор и второй аналоговый ключ к общей шине и непосредственно ко входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, первый и второй входы управления коэффициентом усиления которого соединены с выходами соответственно четвертого и пятого элементов И-НЕ, первые входы которых соединены соответственно с первым Y2 и вторым Y3 выходами дешифратора, а вторые входы - с соответствующими клеммами управления коэффициентом усиления, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен через RC-фильтр с первым входом второго и вторым входом первого дифференциальных компараторов напряжения, выход последнего соединен с первым входом шестого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с СЕ-входом двоичного счетчика, С-входом триггера и выходом формирователя коротких импульсов, а выход - с первыми входами седьмого элемента И-НЕ и восьмого элемента И-НЕ, выход которого является выходной шиной устройства, а второй вход соединен с выходом генератора коротких запускающих импульсов, первым входом третьего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, клеммой установки нуля и вторым входом седьмого элемента И-НЕ, выход которого соединен с R-входом триггера, Y3 и Y4 выходы дешифратора через соответственно первый и второй формирователи импульсов по длительности подключены к вторым входам соответственно первого и второго элементов И-НЕ, m-выход дешифратора соединен с С-входом двоичного счетчика и через первый элемент НЕ - с D-входом триггера, S-вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен с вторым входом восьмого элемента И-НЕ, прямой выход триггера соединен с входом формирователя коротких импульсов, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, выход которого соединен с клеммой отрицательного напряжения смещения, второй вход второго дифференциального компаратора напряжения подключен к клемме напряжения ограничения.

Указанная совокупность признаков обеспечивает многоканальность за счет управления последовательным многоканальным опросом нескольких разнородных источников измеряемого напряжения единым генератором линейного напряжения с выдачей информации на единственный выход и сжатие информации об измеряемой величине, а именно:

1) длительность рабочего хода "пил" генератора линейного напряжения уменьшена за счет ограничения ее в момент сравнения измеряемого и линейного напряжения;

2) длительность рабочего хода пилы генератора линейного напряжения уменьшена за счет уменьшения, нормирования размаха измеряемого напряжения от нуля до величины, ниже уровня напряжения клеммы напряжения ограничения;

3) количество циклов времяимпульсного преобразования измеряемого напряжения уменьшено и не зависит от частоты измеряемого синусоидального напряжения источника за счет амплитудного или пикового, например, детектирования.

На фиг.1 приведена функциональная схема преобразователя напряжения в интервал времени, на фиг.2 - временные диаграммы его работы.

Преобразователь напряжения в интервал времени содержит (фиг.1) источники 1, 2, 3, 4, 5, 6 преобразуемого напряжения, генератор 7 коротких запускающих импульсов, генератор 8 линейного напряжения, подключенный выходом к первому входу дифференциального компаратора 9 напряжения и имеющий времязадающий конденсатор 10, подключенный параллельно аналоговому ключу 11 с управляющим входом, а также триггер 12 и выходную шину 13, элементы И-НЕ 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, резисторы 22, 23, 24, 25, 26, 27, аналоговый мультиплексор 28, двоичный счетчик 29, дешифратор 30 с выходами Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, резистор 31, аналоговый ключ 32 с управляющим инверсным входом, дифференциальный компаратор 33 напряжения, усилитель 34 с регулируемым коэффициентом усиления, RC-фильтр 35, элементы НЕ 36, 37, формирователи 38, 39 импульсов по длительности, формирователь 40 коротких импульсов, клемму 41 установки нуля, клеммы 42 управления коэффициентом усиления, клемму 43 отрицательного напряжения смещения, клемму 44 напряжения ограничения, второй 2 и третий 3 источники преобразуемого напряжения выполнены с пиковым детектором каждый. Выход первого источника 1 преобразуемого напряжения через резистор 22 подключен к информационному входу X1 аналогового мультиплексора 28, R-входы второго 2 и третьего 3 источников преобразуемого напряжения соединены с выходами соответственно элементов И-НЕ 14, 15, а выходы через резисторы 23, 24 - соответственно с информационными входами Х2 и Х3 аналогового мультиплексора 28, последующие информационные входы Х4, Х5, Х6 которого через соответствующие резисторы 25, 26, 27 подключены к выходам соответствующих источников 4, 5, 6 преобразуемого напряжения, а входы 2⁰, 2¹, 2² управления подключены к одноименным входам дешифратора 30 и одноименным выходам двоичного счетчика 29, R-вход которого подключен к выходу элемента И-НЕ 16. Выход аналогового мультиплексора 28 подключен через параллельно соединенные резистор 31 и аналоговый ключ 32 к общей шине и непосредственно ко входу усилителя 34 с регулируемым коэффициентом усиления, первый и второй входы управления коэффициентом усиления которого соединены с выходами соответственно элементов И-НЕ 17, 18, первые входы которых соединены соответственно с первым Y2 и вторым Y3 выходами дешифратора 30, а вторые входы - с соответствующими клеммами 42 управления коэффициентом усиления. Выход усилителя 34 с регулируемым коэффициентом усиления соединен через RC-фильтр 35 со вторым входом дифференциального компаратора 9 напряжения, первый вход и выход которого соединены с первыми входами соответственно дифференциального компаратора 33 напряжения и элемента И-НЕ 19, второй вход которого соединен с СЕ-входом двоичного счетчика 29, С-входом триггера 12 и выходом формирователя 40 коротких импульсов, а выход - с первыми входами элемента И-НЕ 20 и элемента И-НЕ 21, выход которого является выходной шиной 13 устройства, а второй вход соединен с выходом генератора 7 коротких запускающих импульсов, первым входом элемента И-НЕ 16, второй вход которого соединен с первыми входами элементов И-НЕ 14, 15, клеммой 41 установки нуля и вторым входом элемента И-НЕ 20, выход которого соединен с R-входом триггера 12. Выходы Y3 и Y4 дешифратора 30 через соответственно формирователи 38, 39 импульсов по длительности подключены к вторым входам соответственно элементов И-НЕ 14, 15. Выход Y7 дешифратора 30 соединен с С-входом двоичного счетчика 29 и через элемент НЕ 37- с D-входом триггера 12, S-вход которого соединен с выходом элемента НЕ 36, вход которого соединен с вторым входом элемента И-НЕ 21. Прямой выход триггера 12 соединен с входом формирователя 40 коротких импульсов, а инверсный выход триггера 12 соединен с управляющим входом аналогового ключа 11, выход которого соединен с клеммой 43 отрицательного напряжения смещения (-Е_СМ). Второй вход дифференциального компаратора 33 напряжения подключен к клемме 44 напряжения ограничения (Е_ОГР).

Преобразователь напряжения в интервал времени (фиг.1) работает следующим образом.

Работа многоканального преобразователя основана на последовательной, поочередной коммутации, усилении и последующем преобразовании одним генератором 8 линейного напряжения в последовательные временные интервалы сигналов, снимаемых с шести источников 1, 2, 3, 4, 5, 6 измеряемого напряжения, два из которых, например источники 2, 3, выполнены с пиковыми детекторами на выходах (можно использовать среднеквадратические или средневыпрямленные детекторы, на этих или на других номерах источников).

Ограничительные резисторы 22, 23, 24, 25, 26, 27 защищают вход аналогового мультиплексора 28 от повреждений при выключенном питании преобразователя в целом и наличии напряжения на выходах источников 1, 2, 3, 4, 5, 6 измеряемого напряжения соответственно.

Включение RC-фильтра 35 в измерительный тракт позволяет уменьшить выбросы (переходные процессы), возникающие при коммутации аналогового мультиплексора 28 и на выходе управляемого усилителя 34. Усилитель 34 нормирует сигналы на входе дифференциального компаратора 9, удерживая их в диапазоне от нуля до уровня ограничения Е_ОГР, задаваемого клеммой 44. Благодаря разряженному ключом 11 конденсатору 10 исходным уровнем единицы с инверсного -выхода триггера 12, пила с выхода генератора 8 пилообразного напряжения начнется при закрывании ключа 11 уровнем нуля с инверсного -выхода триггера 12 с уровня клеммы 43 напряжения смещения -Е_СМ, чуть более низкого, чем уровень нуля измеряемого напряжения с источников 1, 3, 5. Этим обеспечивается точное исходное положение "нуля" на выходе компаратора 9, предотвращается дребезг компаратора 9 и ложные импульсы на выходной шине 13, тому же способствует и блокировка элемента И-НЕ 19 от повторных срабатываний уровнем нуля импульса с формирователя 40. На фиг.2 принято для упрощения, что нечетные источники 1, 3, 5 имеют нулевые напряжения (см. U₁, U₃, U₅ на фиг.2), четные источники 2, 4, 6 имеют ненулевые положительные напряжения (см. U₂, U₄, U₆ на фиг.2), причем уровень напряжения 2А на выходе источника 2 (см. U₂ на фиг.2) вдвое больше, чем уровни напряжений А на выходах источников 4, 6 измеряемых напряжений (см. U_1-6 - напряжения источников от 1 до 6 на фиг.2). В исходном состоянии коэффициент усиления управляемого усилителя 34 равен "единице".

Но за счет нужного исходного кода "1,1" (две логические единицы) с клемм 42 управления усилением при последовательном обращении через счетчик 29 мультиплексора 28 и дешифратора 30 к источнику 2, 3 (каналы Х2-Х, Х3-Х и Y2, Y3 соответственно) коэффициент усиления управляемого усилителя 34 уменьшается вдвое (при необходимости это может быть усиление или ослабление сигнала в любых каналах), чем обеспечено сжатие, нормирование по уровню всех сигналов на входе компаратора 9, т.е. ограничения рабочего хода пилы генератора 8 линейного напряжения.

После того как пиковые детекторы или другие детекторы источников 2, 3 измеряемого напряжения опрошены в предыдущих двух тактах (см. выходы Y2, Y3 на фиг.2), со сдвигом на такт (см. выходы Y3, Y4 на фиг.2) дешифратора 30, производится поочередно сброс конденсаторов пиковых или других, имеющих конденсатор, детекторов источников 2, 3, что и показано соответствующими цепями на фиг.1 и диаграммами на фиг.2 (см. τ1 и τ2 - импульсы сброса на диаграммах U₁₄, U₁₅ соответственно, фиг.2). На фиг.2 напряжение U₇ есть циклическое с периодом Т_ЦИКЛ (или одноразовое) напряжение на выходе генератора 7 коротких запускающих импульсов. Т_ЦИКЛ больше, чем суммарное время шести тактов дешифратора 30 (от выхода Y1 по выход Y6 включительно).

В исходном состоянии до момента t₀ окончания импульса установки нуля по клемме 41 (см. U₄₁ на фиг.2), счетчик 29 (см. 2⁰СТ 2, фиг.2), триггер 12 (см. U₁₂, фиг.2) находятся в состоянии логического нуля, элементы И-НЕ 14, 15 - в состоянии логической единицы, значит, конденсаторы пиковых детекторов источников 2, 3 разряжены до нуля. На источниках 1, 3, 5 (см. U_1-6 в соответствующих тактах) изначально сигнал равен нулю по всей ширине временной диаграммы. Элементы И-НЕ 14, 15, 16, 20 выполняют функции ИЛИ для отрицательной логики , хотя логика везде положительная (использованы микросхемы серии 564). В интервале времени t₀-t₁ (см. фиг.2) единицей с -выхода триггера 12 открыт ключ 11, конденсатор 10 разряжен до отрицательного напряжения - Е_СМ, близкого к нулю. В начале цикла (см. момент t₁ на фиг.2) приходит импульс U₇ генератора 7 коротких импульсов, который через элемент И-НЕ 16 поступает на R-вход и сбрасывает в нуль счетчик 29, через элемент НЕ 36 поступает на S-вход и устанавливает в единицу по Q-выходу триггер 12 (см. U₁₂, момент t₁, фиг 2). А нулем -выхода триггера 12 закрывается ключ 11, разрешается заряд конденсатора 10 и начинается пила генератора 8 (см. U₈, фиг.2) линейного напряжения.

Поскольку на источнике 1 измеряемого напряжения задано напряжение, равное нулю, на выходе мультиплексора 28 через канал Х1-Х напряжение (см. фиг.2, где U_1-6 - напряжение на выходе Х мультиплексора 28, повторяющее напряжение источников от 1 до 6) тоже нуль, на выходе усилителя 34 и фильтра 35 тоже нулевое напряжение, пила в ближайший момент t₂ - прекращается, т.к. в момент сравнения сработает в единицу по выходу компаратор 9, на выходную шину 13 через элементы И-НЕ 19, 21 (см. t₂ на U₁₃, фиг.2) уйдет измерительный импульс, по R-входу триггер 12 импульсом с элемента И-НЕ 20 сбросится в нуль по Q-выходу, единицей с -выхода которого откроется ключ 11, обеспечивая разряд конденсатора 10 пилы. От повторных срабатываний нулевым уровнем импульса формирователя 40 (см. U₄₀ на фиг.2, момент t₂), заблокируется элемент И-НЕ 19 на время, достаточное для полного разряда конденсатора 10 генератора 8 линейного напряжения. Это время одновременно является и защитным интервалом как для переходных процессов усилителя 34, так и для того, чтобы различать приемником (на фиг.1 не показан) времяимпульсного кода с выхода 13 минимальный интервал, соответствующий нулевым напряжениям на источниках 1, 3, 5. По заднему фронту импульса U₄₀ в момент t₂ переключится в очередное состояние счетчик 29 (см. 2°СТ 2 на фиг.2 - состояние первого разряда счетчика 29), тем самым к опросу мультиплексором 28 будет подключен ненулевой источник 2 пикового положительного измеряемого напряжения, которое будет преобразовано во временной интервал длительностью (t₃-t₄). Состояния Y-выходов дешифратора 30 однозначно определяют канал, выбранный мультиплексором 28, и обозначены цифрами Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6 на фиг.2 аналогично выходам дешифратора 30 на фиг.1. Длительность импульса на выходной шине 13 равна сумме задержек переключения цепи: триггер 12 - формирователь 40 - элемент И-НЕ 19 - элемент И-НЕ 21, что составляет 0,5 мкс.

При опросе каналов Х2-Х, Х3-Х мультиплексора 28 (см. фиг.1, дешифратор 30 выходы Y2, Y3), что соответствует пиковым детекторам источников 2, 3 через управляемые с клемм 42 элементы И-НЕ 17, 18, уменьшается вдвое коэффициент усиления усилителя 34, выходные сигналы которого пронормированы уровнем U₃₄ (см. фиг.2), меньшим уровня напряжения Е_ОГР клеммы 44. Если уровень Е_ОГР все же превышен уровнем пилы генератора 8 линейного напряжения 34, срабатывает компаратор 33, откроется ключ 32, упадет напряжение на входе и, значит, на выходе усилителя 34 (см. U_1-6, U₃₄, соответственно на фиг.2). Со сдвигом на такт Y3, Y4 к времени опроса Х2-Х, Х3-Х и Y2, Y3 соответственно источников 2, 3 идет сброс по R-входам (Уст.0) соответствующих конденсаторов (на фиг.1 не показаны) пиковых детекторов источников 2, 3, что показано на фиг.2 временными диаграммами, где: U₁₄ (см. τ₁ на U₁₄ фиг.2) - длительность импульса сброса источника 2 с выхода элемента И-НЕ 14, сформированная формирователем 38 импульсов по длительности. На U₁₅ (см. момент τ₂ фиг.2) - длительность импульса сброса источника 3 с выхода элемента И-НЕ 15, сформированная формирователем 39 импульсов по длительности.

Поскольку исходное напряжение источника 2 (см. t₂-t₄ на U₂) равно 2А (см. также U_1-6 на фиг.2 - напряжение источников от 1 до 6), то сброс до нуля за время τ1 осуществляется, причем за время, большее, чем длительность любого очередного такта, например Y3 (см. t₄-t₆ на фиг.2), что важно для любых детекторов с большим временем хранения. За 6 тактов опроса выходов Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6 с момента t₁ до момента t₉ окончания импульса на выходе Y6 дешифратора 30 (см. Y6 на фиг.2) цикл опроса источника от 1 до 6 закончится. Далее счетчик 29 и триггер 12 заблокированы от переключения сигналом с прямого Y7-выхода дешифратора 30 непосредственно и через элемент НЕ 37 соответственно. Если в последующем поступит очередной запускающий короткий импульс (см. U7, в момент t₁₀ на фиг.2) все повторится. К этому моменту t₁₀ уровни А и 2А напряжений на выходах источников от 1 до 6 могут быть другими или прежними (см. U_1-6 на фиг.2) по необходимости.

За счет введения защитных интервалов (t₃-t₂), (t₅-t₄) формирователем 40 (см. U₄₀ на фиг.2) обеспечивается не только сброс до нуля пилы генератора 8 линейного напряжения, но и защита от коммутационных выбросов на переднем и заднем фронтах напряжения (см. U₄₀, фиг.2) на выходе управляемого усилителя 34, а также разделение, распознавание даже нулевого напряжения источников 1, 3, 5 по информации на выходной шине 13 (см. U₁₃ на фиг.2). Стабильность защитных импульсов U₄₀ формирователя 40 коротких (нулевого уровня) импульсов должна быть достаточно высокой, а длительность импульсов формирователя 40 должна исключаться (вычитаться) из общей длительности каждого временного интервала. Например, из полученного на выходе (см. U₁₃ на фиг.2) интервала t₄-t₂ должна быть вычтена заведомо известная стабильная величина (t₃-t₂) импульса формирователя 40, чтоб получился интервал t₃-t₄, величина которого несет информацию об уровне U₃₄ и, следовательно, уровне 2А (см. U₃₄, U₂ на фиг.2) напряжения на источнике 2 измеряемого напряжения, в данном случае.

Заявленное изобретение обеспечивает многоканальность за счет управления последовательным многоканальным опросом нескольких разнородных источников от 1 до 6 измеряемого напряжения единым генератором 8 линейного напряжения на все каналы с выдачей информации на единственную шину 13 выход и сжатие информации об измеряемой величине, а именно:

1) длительность рабочего хода "пил" генератора 8 линейного напряжения уменьшена, т.к. очередная "пила" прекращается в момент сравнения измеряемого и линейного напряжения, при этом осуществляется сброс чуть ниже нуля напряжения на времязадающем конденсаторе 10, переход на другой канал измерения (другой источник) измеряемого напряжения, новое нарастание пилы и т.д. до полного завершения цикла, длящегося несколько тактов и завершающегося блокировкой счетчика 29 и триггера 12 по входу С и D соответственно c m-выхода дешифратора (импульс Y7 c выхода Y7 дешифратора 30, фиг.1). Следующий цикл начинается от следующего запускающего импульса U₇ с выхода генератора 7 коротких запускающих импульсов, разблокирующего счетчик 29 по входу R и триггер 12 по входу S. Дополнительное сжатие по времени обеспечивается и за счет сжатий по уровню (см. пункты 2) и 3) ниже по тексту).

2) длительность рабочего хода пилы генератора 8 линейного напряжения уменьшена "многоканальным" усилителем 34 с управляемым коэффициентом усиления, сжимающим, нормирующим размах измеряемого напряжения от нуля до величины чуть ниже уровня напряжения клеммы 44 ограничения Е_ОГР;

3) количество циклов времяимпульсного преобразования измеряемого напряжения уменьшено и не зависит от частоты измеряемого синусоидального напряжения источника 2, 3 за счет пикового, например, детектирования при введенных R-входах установки в нуль (разряда, установки в нуль) конденсаторов любых детекторов, обеспечивающих преобразование только максимума измеряемого напряжения, достаточного для оценки его. В предельном случае, если все источники измеряемого напряжения снабжены пиковыми, с конденсатором или без конденсатора, детекторами (или среднеквадратичными, или средневыпрямленными детекторами с конденсатором), то на выходе устройства за один единственный цикл опроса образуется один времяимпульсный код, каждый интервал которого пропорционален напряжению соответствующего источника измеряемого напряжения по уровню требуемого амплитудного (среднеквадратического или средневыпрямленного значения соответственно).

Сжатие по времени информации об измеряемых величинах означает сокращение времени передачи информации об источниках измеряемого напряжения, увеличивает быстродействие многоканального времяимпульсного преобразователя напряжения, упрощает приемник выходного (с выходной шины 13) времяимпульсного кода (цифровой измеритель серии временных интервалов) в плане сокращения объема его памяти как по разрядности кода, так и по числу его адресов. Другими словами, обеспечено сжатие по времени, т.к. следующий такт преобразования начинается спустя минимально различимое время после предыдущего момента сравнения напряжений. Дополнительное сжатие по времени обеспечивается за счет введенных сжатий по уровню (выделяется амплитуда соответствующего детектора источника измеряемого напряжения и ограничивается размах напряжения).

В преобразователе применены серийные микромощные микросхемы серии 564, 590. Формирователь 40 коротких импульсов и формирователи 38, 39 импульсов по длительности выполнены на универсальной микросхеме 564АГ1 бКО. 347.064ТУ32. Микросхемы 564АГ1 обеспечивают запуск как по спаду, так и по фронту сигнала, могут использоваться для укорочения или расширения длительности импульсов.

Генератор 7 коротких запускающих сигналов выполнен по стандартной схеме, описанной в Отраслевом стандарте. Микросхемы интегральные. Серии 564. Руководство по применению. ОСТ 11.340.907-80, стр.203, черт.352. Дифференциальные компараторы 6 и 33 выполнены на микросхемах 521СА301. Генератор 8 линейного напряжения выполнен на операционном усилителе 544УД14Р3 (в качестве источника неизменного тока) и времязадающем конденсаторе 10 (в качестве нагрузки) и приведен в книге (см. Применение операционных усилителей и линейных ИС, Л.Фолкенберри, М.: Мир, 1985 г., стр.245, рис. 9.86). Аналоговые ключи 11 и 32 выполнены на микросхемах 564КТ3 и 590КН5 соответственно. Усилитель 34 с регулируемым коэффициентом усиления и входами управления коэффициентом усиления выполнен на операционном усилителе 544УД14Р3 и двух, поочередно включаемых, стандартных ключах 590КН5 по схеме, аналогичной приведенной в ж. "Измерительная техника", 1983 г., №1, стр.57. Детекторы 2-го и 3-го источников преобразуемого напряжения выполнены на операционных усилителях 544УД14РЗ и ключах 564КТ3 (см. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов, Е.А.Коломбет, М.: Радио и связь, 1991 г., стр.234, рис.8.9б).

Изобретение относится к измерительной технике. Достигаемый технический результат - многоканальность и сжатие информации об измеряемой величине. Преобразователь напряжения в интервал времени содержит источники (1), (2), (3), (4), (5), (6) преобразуемого напряжения, генератор (7) коротких запускающих импульсов, генератор (8) линейного напряжения, подключенный выходом к первому входу дифференциального компаратора (9) напряжения и имеющий времязадающий конденсатор (10), подключенный параллельно аналоговому ключу (11) с управляющим входом, а также триггер (12) и выходную шины (13), элементы И-НЕ (14), (15), (16), (17), (18), (19), (20), (21), ограничительные резисторы (22), (23), (24), (25), (26), (27), аналоговый мультиплексор (28), двоичный счетчик (29), дешифратор (30) с выходами Y1, Y2, Y3, Y4, Y5, Y6, Y7, резистор (31), аналоговый ключ (32) с управляющим инверсным входом и дифференциальный компаратор (33) напряжения, усилитель (34) с регулируемым коэффициентом усиления, RC-фильтр 35, элементы НЕ (36), (37), формирователи (38), (39) импульсов по длительности, формирователь (40) коротких импульсов, клемму (41) установки нуля, клеммы (42) управления коэффициентом усиления, клемму (43) отрицательного напряжения смещения, клемму (44) напряжения ограничения. 2 ил.

Преобразователь напряжения в интервал времени, содержащий источник преобразуемого напряжения, генератор линейного напряжения, подключенный выходом к первому входу первого дифференциального компаратора напряжения и имеющий времязадающий конденсатор, подключенный параллельно первому аналоговому ключу с управляющим входом, а также триггер и выходную шину, отличающийся тем, что в него введены генератор коротких запускающих импульсов, n-1 источников преобразуемого напряжения, восемь элементов И-НЕ, n ограничительных резисторов, аналоговый мультиплексор, двоичный счетчик, дешифратор с m выходами, резистор, вторые аналоговый ключ с управляющим инверсным входом и дифференциальный компаратор напряжения, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, RC-фильтр, два элемента НЕ, два формирователя импульсов по длительности, формирователь коротких импульсов, клемма установки нуля, две клеммы управления коэффициентом усиления, клемма отрицательного напряжения смещения, клемма напряжения ограничения, второй и третий источники преобразуемого напряжения выполнены с детектором каждый, при этом выход первого источника преобразуемого напряжения через первый ограничительный резистор подключен к X1 информационному входу аналогового мультиплексора, входы установки нуля второго и третьего источников преобразуемого напряжения соединены с выходами соответственно первого и второго элементов И-НЕ, а выходы через одноименные ограничительные резисторы - соответственно с Х2 и Х3 информационными входами аналогового мультиплексора, последующие информационные входы которого через соответствующие ограничительные резисторы подключены к выходам соответствующих остальных источников преобразуемого напряжения, а входы 2⁰, 2¹, 2² управления подключены к одноименным входам дешифратора и одноименным выходам двоичного счетчика, R-вход которого подключен к выходу третьего элемента И-НЕ, выход аналогового мультиплексора подключен через параллельно соединенные резистор и второй аналоговый ключ к общей шине и непосредственно ко входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления, первый и второй входы управления коэффициентом усиления которого соединены с выходами соответственно четвертого и пятого элементов И-НЕ, первые входы которых соединены соответственно с первым Y2 и вторым Y3 выходами дешифратора, а вторые входы - с соответствующими клеммами управления коэффициентом усиления, выход усилителя с регулируемым коэффициентом усиления соединен через RC-фильтр с первым входом второго и вторым входом первого дифференциальных компараторов напряжения, выход последнего соединен с первым входом шестого элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с СЕ-входом двоичного счетчика, С-входом триггера и выходом формирователя коротких импульсов, а выход - с первыми входами седьмого элемента И-НЕ и восьмого элемента И-НЕ, выход которого является выходной шиной устройства, а второй вход соединен с выходом генератора коротких запускающих импульсов, первым входом третьего элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с первыми входами первого и второго элементов И-НЕ, клеммой установки нуля и вторым входом седьмого элемента И-НЕ, выход которого соединен с R-входом триггера, выходы Y3 и Y4 дешифратора через соответственно первый и второй формирователи импульсов по длительности подключены к вторым входам соответственно первого и второго элемента И-НЕ, m-выход дешифратора соединен с С-входом двоичного счетчика и через первый элемент НЕ - с D-входом триггера, S-вход которого соединен с выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен с вторым входом восьмого элемента И-НЕ, прямой выход триггера соединен с входом формирователя коротких импульсов, инверсный выход триггера соединен с управляющим входом первого аналогового ключа, выход которого соединен с клеммой отрицательного напряжения смещения, второй вход второго дифференциального компаратора напряжения подключен к клемме напряжения ограничения.