Аналого-цифровой преобразователь для измерения колебаний Российский патент 2020 года по МПК H03M1/10 

Изобретение относится к области цифровой техники, в частности к устройствам преобразования аналогового напряжения в цифровой код.

Известен своим схожим практическим использованием аналого-цифровой преобразователь, принцип работы которого основан на использовании дополнительного узкодиапазонного аналого-цифрового преобразователя, на вход которого подается преобразуемое напряжение, что позволяет повысить точность данного устройства [1].

Недостатками данных устройств является большое влияние аддитивных помех и относительно невысокое быстродействие.

Наиболее близким по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь [2], принцип работы которого основан на повышении разрядности аналого-цифрового преобразования при сохранении заданного быстродействия и упрощения его архитектуры.

Применение подобных устройств ограничивается отсутствием возможности максимального усиления сигналов и возможностью регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов.

Задачей изобретения является создание технического решения, альтернативного известному решению, дополнительно используя в схеме устройства каскодного дифференциального операционного усилителя [3] и устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала [4], что позволяет усилить полезный сигнал, исключить возможность регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов и увеличить быстродействие.

Требуемый технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство содержит пять ключей, дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 2, компаратор, усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления, инвертор, 2 аналоговых запоминающих устройства, устройство управления, преобразователь последовательного кода в параллельный, счетчик по модулю М, каскодный дифференциальный операционный усилитель и устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен возможный вариант построения аналого-цифрового преобразователя для измерения колебаний, который в себе содержит:

1 - ключ;

2 - ключ;

3 - ключ;

4 - ключ;

5 - ключ;

6 - дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 2;

7 - компаратор;

8 - усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления;

9 - инвертор;

10 - аналоговое запоминающие устройство;

11 - аналоговое запоминающие устройство;

12 - устройство управления;

13 - преобразователь последовательного кода в параллельный;

14 - счетчик по модулю М;

15 - каскодный дифференциальный операционный усилитель;

16 - устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала;

Аналого-цифровой преобразователь для измерения колебаний работает следующим образом: в исходном состоянии устройство управления (12) не работает, потенциалы на его выходах неизменны, причем на первом и третьем выходах они равны единице, на втором нулю. Под действием этих потенциалов третий (3) и пятый (5) ключ будут постоянно замкнуты (открыты), а четвертый ключ (4) - разомкнут (закрыт). Входной аналоговый сигнал поступает на вход счетчика по модулю М (14) и первого аналогового запоминающего устройства (10), в котором он запоминается, и на прямые входы дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) и компаратора (7), в которых производится сравнение напряжения этого сигнала с опорным напряжением U0; величина последнего выбирается равной цене старшего разряда (например, половине максимального значения входного напряжения). Если напряжение на входе превысит U0, на выходе компаратора (7) появится логическая (лог.) 1, которая откроет ключ 1 и (через инвертор (9)) закроет ключ 2; таким образом, на инвертирующий вход дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) будет подано опорное напряжение U0. Если же напряжение на входе будет меньше U0, на выходе компаратора (7) появится лог.0, который закроет ключ 1 и откроет ключ 2: на инвертирующий вход дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) в этом случае будет подано напряжение, равное 0. Таким образом, на выходе компаратора (7) появится значение первого (старшего) разряда выходного кода, а дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 2 произведет вычитание поданного на его инверсный вход напряжения (U0 или 0) из входного и усилит в 2 раза разность напряжений на прямом и инверсном входе; в любом случае эта разность по величине окажется меньше цены разряда (в предельном случае -равна). Выходное напряжение дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) подается через открытый ключ (5) на вход второго аналогового запоминающего устройства (11), где оно запоминается и поступает на вход усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (8), затем оно поступает на вход каскодного дифференциального операционного усилителя (15), где максимально усиливается полезный сигнал, выход усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (8) последовательно соединен со входом каскодного дифференциального операционного усилителя (15), выход каскодного дифференциального операционного усилителя (15) последовательно соединен со входом устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (16), затем напряжение поступает на вход устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (16), после чего исключается возможность регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов, выход устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (16) соединен со входом ключа (4), далее через ключ (4) и компаратор (7) оно поступает на вход преобразователя последовательного кода в параллельный (13).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Ru 2168269, 2001 г.

2. Ru 2245000, 2005 г.

3. Ru 2640744, 2016 г.

4. Ru 2063048, 1996 г.

Изобретение относится к области цифровой техники, в частности к устройствам преобразования аналогового напряжения в цифровой код. Технический результат - усиление полезного сигнала, исключение регистрации аддитивных помех, увеличение быстродействия. Указанный результат достигается за счет того, что аналого-цифровой преобразователь для измерения колебаний состоит из пяти ключей, дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2, компаратора, усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления, инвертора, двух аналоговых запоминающих устройств, устройства управления, преобразователя последовательного кода в параллельный, счетчика по модулю М, каскодного дифференциального операционного усилителя и устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала. 1 ил.

Аналого-цифровой преобразователь для измерения колебаний, состоящий из пяти ключей (блоки 1-5), дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (блок 6), компаратора (блок 7), усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (блок 8), инвертора (блок 9), два аналоговых запоминающих устройства (блок 10, блок 11), устройства управления (блок 12), преобразователя последовательного кода в параллельный (блок 13), счетчика по модулю М (блок 14), отличающийся тем, что в него дополнительно введены каскодный дифференциальный операционный усилитель (блок 15) и устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (блок 16), причем выход усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (блок 8) последовательно соединен со входом каскодного дифференциального операционного усилителя (блок 15), выход каскодного дифференциального операционного усилителя (блок 15) последовательно соединен со входом устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (блок 16), в свою очередь, выход устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (блок 16) соединен со входом ключа 4 (блок 4).