Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1983 года по МПК H03K13/17 

Изобретение относится к радиотех нике, цифровой электроизмерительной технике и используется для преобразования двухполярных напряжений в цифровой код. Известен следящий аналого-цифровой преобразователь, состоящий из двух компараторов с резисторами, которые соединены по мостиковой схе ме, к выходу коппараторов подключена логическая схема,реализующая суммирование по модулю два, выход сумматора по модулю два подсоединен к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого соединен с выходом сумматора по модулю два через интвертор. При этом реверсивный счетчик соединен с преобразователем код-напряжение i . Недостатком этого преобразовате ля является низкая точность преобра зования. Известен аналого-цифровой следящий преобразователь, содержащий диф ференциальный усилитель, один вход которого соединен с преобразователем код-напряжение, на другой вход подается входной сигнал, выход дифференциального усилителя соединен с малоразрядным аналого-цифровым преобразоьателем, который выполнен в виде двух наборов компараторов, на один вход которых подключается положительная полярность напряжения, а на другой от|рицательная полярност причем пороги компараторов изменяются по логарифмической шкале, и двух наборов стробируемых шифраторо выходы которых соединены с соответствующими входами реверсивного счет чика С23. Недостатком этого преобразователя является низкая точность преобра зования. Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два компаратора, выходы которых соединены с входами элемента 2И-НЕ, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами преобразователя код-напря жение, два блока формирования зоны нечувствительности, генератор такто вых импульсов, инвертор и два элеме та И выход первого блока формирова ния зоны нечувйтвительности соединен с инвертирующим входом первого компаратора, а выход второго блока формирования зоны нечувствительности соедине:; с прямым входом первого компаратора и выходом преобразователя код-напряжение, входы блоков ф мирования зоны нечувствительности объединены,.выход элемента 2И-НЕ со динен с первым входом первого элемента И и через инвертор с первым входом втррого элемента И, вторые входы элементов И соединены с выходом генератора импульсов, выходы пе 1ВОГО и второго элементов И соединены соответственно с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика f31. Недостатком известного устройства является низкая точность преобразования. Целью изобретения является увеличение точности преобразования при расширении области применения. Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь содержащий инвертор, два компаратора, первые входы которых соединены соответственно с шинами эталонного напряжения, а выход первого из которых соединен с первым входом элемента И-НЕ, реверсивный счетчик, выходы которого соединены с входами преобразователя код-напряжение, введены коммутирующий элемент, два диффёренцирующих элемента, блок вычитания, первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход - с выходом преобразователя код-напряжение, а выход с первым входом комму тирующего элемента, второй вход которого соединен с общей шиной, третий вход с выходом элемента 2И-НЕ, а выход - с вторыми входами первого и второго компаратора, третьи входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго дифференцирующих элементов, первые входы которых соединены с общей шиной, второй вход первого дифференцирующего элемента соединен с выходом первого компаратора и входом сложения реверсивного счетчика, а второй вход второго дифференцирующего элемента - с выходом второго компаратора и через инвертор с вторым входом элемента 2И-НЕ и входом вычитания реверсивногр счетчика. На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого аналого-цифрового преобразователя; на фиг, 2 - диаграм-. ма напряжений. Устройство содержит блок 1 вычитания , коммутирующий элемент 2, дифференцирующие элементы 3 и 4, компараторы 5 и 6, инвертор 7, элемент 8 2И-НЕ, реверсивный счетчик 9, двухлярный преобразователь 10 код-напряжение. Индексами (фиг. 1 и 2) обозначены: напряжение входного сигнала Ug, напряжение на выходе преобразователя код-напряжение UHKH напряжения, определяющие зону нечувствительности + и, ошибка преобразования лх, время задержки по цепи обратной связи t jog (время установки). Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. Предлагаемое устройство измеряет за каждый такт разность напояжений Up между его текущим значением и предьшущим значением напряжения, значение которого соответствует коду реверсивного счетчика 9. Если эта разность Up равна нулю :или находится в зоне нечувствительн ти, величина которой соответствует шагу квантования q, т.е (фиг, 2 ) , то на вьвсоде компаратора 5 присутствует логическая единица, а на выходе компаратора б - логичес кий нуль, так как даже при наличии логической единицы на управлянадем входе коммутирующего элемента 2 нап ряжение U на инвертирующем входе п рогового элемента компаратора 5 рав но И V OJL и V 2 2 а напряжение на инвертирующем входе порогового элемента компаратора 6 равно ... где и. - напряжение на выходе комму тирующего элемента 2. На неинвертирующие входы компараторов 5 и $ подается нулевое напряжение череэ дифференцирующие элемен ты 3 и 4. Поэтому на выходе компара тора 5 будет логическая единица, обусловленная более низким потенциа лом на инвертирующем входе компаратора 5, относительно потенциала на неинвертирующем входе. На выходе компаратора 6 будет логический нуль в виду того, что потенциал на инвертирующем входе компаратора 6, вы ше-потенциала на его нед-нвертирующе входе. Таким образом на обоих входа логического, элемента 8 2И-НЕ будут логические единицы за счет инвертир вания выходного сигнала компаратора 6 инвертором 7, а на управляющем входе коммутирующего элемента 2 логический нуль, который однозначно приводит к тому, что на выход комму тирующего элемента 3 будет подавать ся напряжение Up. Реверсивный счетчик 9 и преобразователь 10 код-напряжение При нахождении Up Ug в зоне нечувствительности не изменяют ;своего состояния. При этом конденсатор дифференцируквдего элемента 3 будет заряжен, а дифференцирующего элемента 4 - разряжен. . Если разность напряжений между текущим значением входного напряжения и предыдущим значением, снимаемым с преобразователя 10 код-напряжение , становится равной U, то состояние компаратора б не изменяется, а на выходе компаратора 5 устанавдшвается логический нуль, который.приводит к появлению на управляющем входе коммутирующего элемента 2 логической единицы, под действием которой на выход коммутирующего элемента 2 поступает нулевое напряжение. С появлением на выходе компаратора 5 логического нуля конденсатор дифференцирующего элемента 3 начинает разряжаться через резистор. По мере разряда кондексатора потенциал на резисторе уменьшается по абсолютному значению и по достижении напряжения минус-У-, на выходе компаратора 5 устанавливается высокий потенциал и начинается заряд .конденсатора. По сформированному таким образом импульсу (по перепаду напряжения из логической единицы .в логический нуль.) состояние реверсивного счётчика 9 изменяется на . единицу в сторону увеличения счета (фиг. 25, точка tj) и, следоваргельно напряжение на выходе преобразователя 10 код-напряжение изменяется ступенчато на один шаг квантования (фиг. 2oif точка t) . При этом, напряжение ра.ссогласования Up снова входит в зону нечувствительности и аналого-цифровой преобразователь снова находится в состоянии покоя. Если Up -и, то устройство .работает аналогично, за исключением того, что при этом срабатывает компаратор 6, а реверсивный счетчик 9 изменяет свое состояние в сторону уменьшения счета (фиг. 2в, точка ttj) . В случаях, когда Up U .р « У и когда после одного импульса, сформированного на выходе компарато.ра 5 или б, сигнал рассогласования Up не входит в зону нечувствительности, начинается формирование последующих . импульсов, а именно (для случая Up и), заряд конденсатора дифференцирующего элемента 3 продолжается до тех пор, пока потенциал на резисторе не уменьшается до величины Ug - и т.е. до значения напряжения на инвертирующем входе порогового элемента компаратора 5, так как при наличии на управляющем входе комиутатора 2 логического нуля, обеспечивается поступление на выход коммутатора сигнала рассогласования р. После /этого происходит переключёние компаратора 5 и установление на его выходе напряжения., соответствующему логическому нулю, что приводит в свою очередь к разряду конденсатора через резистор и появлению логической единицы на управляю щем входе коммутирующего элемента 2 и, следовательно, поступлению нулевого напряжения на выход коммутирующего элемента. Напряжение на резисторе по мере разряда конденсатора увеличивается и по достижении эначеиния минус , на выходе компаратора

5 устанавливается высокий потенциал. Начинается очередной заряд конденсатора, а на вмходе коммутирующего элемента 3 при этом присутствует напряжение Ujj « l}. Таким образом формируются последующие импульсы, а рв19врси9ный счетчик 9 изменяет свое состояние в сторону увеличения счета Это продолжается до тех nopj.

пока сигнал рассогласования не входит в зону нечувствительности (фиг. 25, точка tj.).

Из принципа работы аналого-цифрового преобразователя ошибка преобразования л X всегда находится в

диапазоне 4х - то время, что пбвышает точность преобразования.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий ,инвертор, два компаратора, первые входы которых соединены соответственно с шинами эталонного напряжения, выход первого из которых соединен с первым входом элемента 2И-НЕ, реверсивный счетчик, выходы которого соеда1Н.ены с входами преобразователя код-напряжение, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности преобразоваJ3LJ нйя, в него введены коммутирукхцйй элемент, два дифференцирующих элемента и блок вычитания, первый вход которого соединен с входной шиной, второй вход - с выходом преобразователя код-напряжение,а выход - с первым входом коммутир ующего элемента, второй вход которого соединен с общей шиной, третий вход с выходом элемента 2И-НЕ, а выход - с вторыми входами первого и второго компараторов , третьи входы которых сое;щнены соответст.веннр с вгыходами первого и второго дифференцирунвдих элементов, первые входы которых соединены с общей шиной, второй вход .первого дифференцирующего элемента соединен с выходом первого компара(Л тора и входом сложения реверсивного . j счетчика, а второй вход второго i с дифференцирующего элемента -с выхо I ;дом второго компаратора и через ниС вертор с вторым входом элемента . е 2И-НЕ и входом вычита ния реверсивного счетчика. оо ьэ оо Ф1Л.1

Х

%

llmrirlfl

ti

tj

1Ш

Фиг.2