Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь Российский патент 2023 года по МПК H03M1/52 

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться в цифровых измерительных приборах, а также в системах цифровой обработки аналоговой информации.

Хорошо известны аналого- цифровые преобразователи, в основе которых лежат структуры с двухтактным (компенсационным) интегрированием (SU 220622 A1, SU 132863 A1, SU1381709 A1, SU1405116 A1).

Процесс кодирования в этих преобразователях включает два основных этапа (такта). На первом, в течение фиксированного интервала времени, осуществляется интегрирование входного сигнала. На втором —разряд интегратора образцовым напряжением, имеющим знак, противоположный входному. Временной интервал разряда оказывается при этом прямо пропорционален преобразуемой величине и его кодирование приводит к получению цифрового эквивалента измеряемой величины. За счёт подавления помех, поступающих на вход устройства, преобразователи данного типа обладают повышенной помехоустойчивостью и точностью.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является интегрирующий аналого- цифровой преобразователь (SU 1410274 A1), содержащий интегратор, генератор тактовых импульсов, R-S триггер режима, двоичный счётчик, компаратор, формирователь импульсов, элемент задержки, три аналоговых ключа, двухвходовой элемент И.

Недостатком преобразователя является большое время, затрачиваемое на получение цифрового отсчёта.

Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счёт совмещения операции интегрирования входного сигнала и компенсационного интегрирования линейно изменяющегося образцового сигнала противоположной полярности.

Указанная цель достигается тем, что в известный интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый интегратор, генератор тактовых импульсов, R-S триггер режима, двоичный счётчик, компаратор, формирователь импульсов, элемент задержки, три аналоговых ключа, двухвходовой элемент И, вход первого аналогового ключа соединён с входом преобразователя, вход второго - с входом эталонного напряжения, выход первого интегратора подключён к первому входу компаратора и через третий аналоговый ключ - к земляной шине преобразователя, второй вход компаратора соединён к земляной шиной, а выход, через формирователь импульсов, подключён к входу считывания двоичного счётчика, входу обнуления R-S триггера режима, к управляющему входу третьего аналогового ключа и через элемент задержки к входу обнуления двоичного счётчика, выход генератора тактовых импульсов подключён к первому входу двухвходового элемента И, второй вход которого соединён с входом запуска преобразователя, а выход – с S-входом R-S триггера режима, дополнительно введены второй интегратор, четвёртый аналоговый ключ, сумматор и трёхвходовой элемент И, управляющие входы первого и второго аналоговых ключей соединены с выходом R-S триггера режима и с первым входом трёхвходового элемента И, второй вход которого соединён с выходом генератора тактовых импульсов, а первый вход - с выходом компаратора, выход трёхвходового элемента И подключён к счётному входу двоичного счётчика, выход первого аналогового ключа соединён с первым, а выход второго аналогового ключа через второй интегратор- со вторым входом сумматора и выходом четвёртого аналогового ключа, вход которого соединён с земляной шиной, а управляющий вход подключён к выходу формирователя импульсов.

Заявляемое устройство отличается наличием второго интегратора, сумматора, четвёртого аналогового ключа и трёхвходового элемента И их связями с другими блоками преобразователя.

Анализ показывает, что введение указанных блоков позволяет не менее чем в два раза сократить время, затрачиваемое на кодирование.

На фиг. 1 представлена блок-схема интегрирующего аналого- цифрового преобразователя, на фиг. 2 - функциональная схема преобразователя, а на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая работу преобразователя.

Интегрирующий аналого- цифровой преобразователь содержит первый 1, второй 2 и третий 3 аналоговые ключи, сумматор 5, первый 6 и второй 7 интеграторы, компаратор 8, формирователь импульсов 9, генератор тактовых импульсов10, двухвходовой элемент И 11, R-S триггер режима 12, двоичный счётчик 13, трёхвходовой элемент И 14, элемент задержки 15, вход преобразователя 16, вход эталонного напряжения17, вход запуска преобразователя 18, двоичный счётчик 13 имеет следующие входы: счётный 19, чтения 20 и обнуления 19, выходы двоичного счётчика 22.

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.

В момент t₀ на выходе двухвходового элемента И 11 выделяется импульс генератора тактовых импульсов (ГТИ) 10, совпадающий по времени с сигналом запуска, поступающим с входа 18. Этот импульс переводит R-S триггер режима 12 в единичное состояние. При этом замыкаются первый 1 и второй 2 аналоговые ключи и открывается трёхвходовой элемент 14. На вход второго интегратора 7 подаётся эталонное напряжение –Е, а на выходе начинается формирование образцового линейно изменяющегося напряжения U₀ = - K (t – t₀), где К = E/R₁C₁. Это напряжение поступает на второй вход сумматора, на первый вход которого через открытый аналоговый ключ 1 со входа 16 одновременно подаётся входное напряжение U_x. Напряжение с выхода сумматора 5 поступает на вход первого интегратора 6:

U_вх = U_x - K (t – t₀)

При этом на его выходе формируется напряжение:

U_вых = U_x(t – t₀)/RC - K (t – t₀) ²/RC (фиг.3),

Одновременно через открытый трёхвходовой элемент И 14 происходит заполнение двоичного счётчика 13. Процесс продолжается до момента времени t₁ (фиг.3), когда напряжение на выходе первого интегратора 6 становится равным нулю:

U_вых = U_хT_x / RC - K Т_х² / RC = 0, (1)

где Тх = t ₁ – t₀

В этот момент компаратор 8 переходит в нулевое состояние, формирователь9 вырабатывает импульс, которым осуществляется считывание информации с выходов счётчика, обнуление R-S триггера режима и через интервал времени, определяемый элементом задержки 15 перевод двоичного счётчика 11 в исходное состояние.

Из уравнения (1) получаем:

U_х= K Tx /2 (2)

Выражая временной интервал Т_х через численный эквивалент N кода, полученного к моменту времени t₁ в двоичном счётчике 13, можно записать:

U_х= NКτ/2 + КΔt/2,

где Кτ/2 определяет шаг квантования преобразователя по уровню, Δt – ошибка квантования временного интервала Tx, а КΔt/2 – ошибка квантования преобразуемого сигнала по уровню.

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться в цифровых измерительных приборах, а также в системах цифровой обработки аналоговой информации. Технический результат – повышение быстродействия преобразователя за счёт совмещения операции интегрирования входного сигнала и компенсационного интегрирования линейно изменяющегося образцового сигнала противоположной полярности. Для этого предложен интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, который содержит первый 1, второй 2 и третий 3 аналоговые ключи, сумматор 5, первый 6 и второй 7 интеграторы, компаратор 8, формирователь импульсов 9, генератор тактовых импульсов 10, двухвходовой элемент И 11, R-S триггер режима 12, двоичный счётчик 13, трёхвходовой элемент И 14, элемент задержки 15, вход преобразователя 16, вход эталонного напряжения 17, вход запуска преобразователя 18, двоичный счётчик 13 имеет следующие входы: счётный 19, чтения 20 и обнуления 19, выходы двоичного счётчика. 3 ил.

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый интегратор, генератор тактовых импульсов, R-S триггер режима, двоичный счётчик, компаратор, формирователь импульсов, элемент задержки, три аналоговых ключа, двухвходовой элемент И, вход первого аналогового ключа соединён с входом преобразователя, вход второго - с входом эталонного напряжения, выход первого интегратора подключён к первому входу компаратора и через третий аналоговый ключ - к земляной шине преобразователя, второй вход компаратора соединён с земляной шиной, а выход через формирователь импульсов подключён к входу считывания двоичного счётчика, входу обнуления R-S триггера режима, к управляющему входу третьего аналогового ключа и через элемент задержки к входу обнуления двоичного счётчика, выход генератора тактовых импульсов подключён к первому входу двухвходового элемента И, второй вход которого соединён с входом запуска преобразователя, а выход – с S-входом R-S триггера режима, отличающийся тем, что в него введены второй интегратор, четвёртый аналоговый ключ, сумматор и трёхвходовой элемент И, управляющие входы первого и второго аналоговых ключей соединены с выходом R-S триггера режима и с первым входом трёхвходового элемента И, второй вход которого соединён с выходом генератора тактовых импульсов, а первый вход - с выходом компаратора, выход трёхвходового элемента И подключён к счётному входу двоичного счётчика, выход первого аналогового ключа соединён с первым, а выход второго аналогового ключа через второй интегратор - со вторым входом сумматора и выходом четвёртого аналогового ключа, вход которого соединён с земляной шиной, а управляющий вход подключён к выходу формирователя импульсов.