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

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и используется в устройствах ввода инфор мации цифровых систем контроля и управления. Известен аналого-цифровой преобра зователь, содержащий интегратор, ком паратор, источник опорного напряжения, генератор импульсов, ключи, триггеры управления, вентиль и счетчик 1 J. Известен аналого-цифровой преобра йователь, содержащий интегратор, {компаратор, источник опорного напряжения,, ключи, устройство сравнения, блок управления с устройством формирования импульсов, схему формирования периода интегрирования опорного напряжения, формирователь разверты- веющегося во времени напряжения состоящий из двух интеграторов и суммирующего устройства, вентиль и счетчик 2 J. Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжение-код поразрядного уравновешивания, вход которого соединен с входной шиной и первым входом блока вычитания, а выходы старших разрядов соединены с первыми вхо дами выходного счетчика старших разрядов и входами преобразователя коднапряжение, выход которого соединен . с вторым входом блока вычитания, выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом первого триг гера, а выход - с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей ШИНОЙ, а выход - с первым входом второго триггера, выход которого сое динен, с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения первый вентиль,выход которого соеди нен с первым входом выходного счетчи ка младших разрядов, а первый вход с выходом генератора импульсов и пер вым входом второго вентиля, второй вход которого соединен с выходом пер вого триггера, а выход - с входом счетчика, выход которого соединен с первым входом первого триггера t3 J. Недостатками известных преобразователей являются малое быстродействие и низкая томность преобразования Целью изобретения является повышение быстродействия и точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что 3 аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжение-код поразрядного уравновешивания, вход которого соединен с входной шиной и первым входом блока вычитания, а выходы старших разрядов соединены с первыми входами выходного счетчика старших разрядов и входами преобразователя кодгнапряжение, выход которого соединен с вторым входом блока вычитания j выход котсуэого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход - с первым входом интегратора, второй вход которого соединен с выходом второго ключа, а выход - с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с общей шиной, а выход - с первым входом второго триггера, выход которого соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, первый вентиль, выход которого соединен с первым входом выходного счетчика младших разрядов, а первый вход - с выходом генератора импульсов,и первым входом второг о вентиля, второй вход которого соединен с выходом первого триггера, а выход - с входом ечетчика, выход которого соединен с первым входом первого триггера, введены третий вентиль, группа вентилей, элемент ИШ, выход которого соединен с вторым входом первого вентиля, первый вход - с вторым входом первого ключа, а второй вход с выходом второго триггера и первым входом третьего вентиля, выход которого соединен с вторым входом выходного счетчика старших разрядов, а второй вход - с вторым входом второрого триггера и выходом выходного счетчика младших разрядов, вторые входы которого соединены с выходами вентилей группы вентилей, первые входы которых объединены и соединены с шиной Пуск и вторым входом первого триггера„ а вторые выходы - соответЬтвенно с выходами младших разрядов преобразователя напряжение-код поразрядного уравновешивания. На чертеже представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя. Устройство содержит преобразователь 1 напряжение-код поразрядного уравновешивания, входом соединенный с входной шиной и первым входом бло.КЗ 2 вычитания, преобразователь 3 код-напряжение, выходы старших разрядов соединены с первыми входами выходного счетчика старших разрядов и младшие разряды 5 выходного счетчи ка, интегрирующий преобразователь б, включающий интегратор 7, компаратор 8, триггеры 9 и to, ключи 11 и 12, источник 13 опорного напряженияj сче чик k, генератор 15 импульсов, вен.тили 16-19 и элемент ИЛИ 20, выход которого соединен с вторым входом первого вентиля. Работа аналого-цифрового преобразователя проходит в три, последовательных такта следующим образом.В первом такте при по1лощи преобра зователя 1 напряжение-код методом поразрядного уравновешивания преобразуемое напряжение U преобразуется в код. В результате на выходе (т-) разрядного преобразователя образуетс код го-старших разрядов m Nc..p C-,2 и ( -младших разрядов .р-Е-.. где а О или 1 в {-разряде кода. Количество разрядов преобразователя 1 поразрядного уравновешивания выбирается Исходя из априорной инфор мации о помехах в преобразуемом канале. Полученный код N р старших разрядов преобразователя переписывается в старшие разряды t выходного с.четчика. Во втором такте код cr.f старших разрядов преобразователя 1 подвергается обратному преобразованию в .напряжение при помощи преобразователя код-напряжение. Затем при помощи бло ка 2 вычитания выделяется разностное напряжение.uUx из преобразуемого на пряжения и и напряжения на выходе преобразователя 3 код-напряжение . || П аи -О 2 2) 2 i где UQ - эталонное напряжение. В третьем такте, который начина- ется по команде Пуск, код N мд.р младших разрядов преобразователя 1 напряжение-код переписывается через открытые вентили 19 в младшие разряды 5 выходного счетчика и запускается триггер 10, В результате в младшие разряды 5 выходного счетчика записывается код N 5::or;2 -r где k - разрядность младших разрядов 5 выходного счетчика; индекс (k-K) показывает, что информalvия записана только в Р-1 разрядах начиная со старшего, так как в общей, случае k 8; . . . Начинается преобразование разностного напряжения 4Ux в .код интегрирующим преобразователем 6. Сигнал с выхода триггера 10 через ключ 11 подключает разностный сигнал ди на вход интегратора 7, открывает вентиль 16 и через элемент ИЛИ 20 открывает вентиль 17. В результате начинается интегрирование разностного сигнала, и импул ьс с выхода генератора 15 импульсов поступает через вентиль 16 в счетчик 1А, емкость которого .определяет время интегрирования разностного напряжения, и через вентиль 17 на младшие разряды 5 выходного счетчика. Разрядность счетчика 1 выбирается равной младшим разрядам 5 выходного счетчика из условия 2 Tf где Т - время, кратное периоду помехи переменного тока, наложенной на преобразуемый сигнал Uw; f - частота счетных импульсов генератора 15 импульсов. В момент времени i,-( «.2--If (3) / на выходе младших разрядов 5 выходного счетчика образуется импульс переполнения, который запускает триггер 9. Первый импульс переполнения не проходит через вентиль 18, так как он закрыт триггером 9. Сигнал с выхода триггера 9 открывает ключ 12. чем подключает на вход интеграторов 7 иctoчник 13 опорного напряжения, величина которого выбирается равн и максимальному значению разностного напряжения лUx, т.е. Uo/2 , и происходит совместное интегрирование разHOCTjHoro и опорного напряжений. Че10рез время Т 2Vf счетчик Il переполнится и сигнал с его выхода переводит триггер 10 в первоначальное состояние, чем закрывает вентиль 16, отключает разностное напряжение от входа интегратора 7, и продолжается интегрирование только опорного напряжения в течение времени 2- Импульсы с выхода генератора 15 импульсов продолжают поступать на вход младших разрядов 5 выходного счетчика, так как сигнал триггера 9 через элемент ИЛИ 20 держит вентиль 17 от|.иытым. Процесс преобразования закан чивается с появлением импульса на выходе компаратора 8, который перебрасывает триггер 9, чем отключает опорное напряжение от входа интегратора и через элемент ИЛИ 20 закрыва ет вентиль 17. Если во время интегрирования опор ного напряжения произойдет переполне ние младших разрядов 5 выходного счетчика, то импульс переполнения через открытый вентиль 18 перепишется в старшие разряды выходного .счетчи ка. Процесс преобразования интегрирующим преобразователем 6 можно запи сать .. ,. - ,-o.4 .,о рремя, в течение ко Учитывая торого интегрируется опорное напряже ние, есть результат преобразования tx (T-t;,) + t2 уравнение (4) перепишется О , лиД,т х т.е. в младших разрядах 5 выходного счетчика запишется код .п ) .р. (J Окончательное выражение кода всего аналого-цифрового преобразователя fJx NcT..p.tM (6) В уравнение введен множитель 2 , чтобы учесть вес кода старших разрядов. Тогда с учетом выражения (1), (2) и (5) уравнение (6) перепишется yk. X .rn+k и о 0 Покажем, что предлагаемый преобразователь по сравнению с известным об9ладает повышенным быстродействием. Для преобразователей с совмещенным интегрированием, когда опорное напряжение интегрируется полностью во время интегрирования измеряемого напря|Жения, момент подключения опорного, напряжения на вход интегратора определяется условием .--i TУчитывая, что П.. Т -N./f и что т 2Vf, уравнение перепишется в виде 4 V-2Vf-r:a, k а. Как -ВИДНО, уравнение (7) аналогично уравнению (З). Однако t несколько меньше t, так как к больше 2 , что и приводит к тому, что об,разуется участок длительностью t-, когда интегрируется только опорное напряжение. Сравним быстродействие предлагаемого преобразователя и известного:Т г мзм. известного изм. (eмoгo к-е EIc.,; Таким образом, предложенный преобразователь позволяет повысить быстродействие почти в 2 раза (например, при k 8, е k, С 1,88). Кроме того, за счет сокращения времени преобразования снижается аддитивная погрешность, вызванная несовершенст-: вом элементной базы преобразователя. Использование предлагаемого аналого-цифрового преобразователя выгодно отличает его от известного, так как позволяет повысить быстродействие и точность примерно в два раза при преобразовании аналоговой информации в код.

J

50

Г

sh