Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности (его варианты) Советский патент 1985 года по МПК H03M1/06 

дом шифратора, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемьй фазовращатель - с первым входом формирователя импульсов, первьй счетчик, выход которого подключен к выходной пшне, а первый информационный вход к выходу генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход с вторым входом рабочего фазовращателя, третий вход которого подключен к входной шине, и блок управления, первьй выход которого соединен с вторым входом формирователя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены . второй счетчик и фазовращатель смещения, вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход - к второму входу блока .фа9..

з.овых компараторов, первьй вход коTopoiO соединен с третьим входом формирователя импульсов, выход которого подключен к входу генератора импульсов, причем первьй информационньй вход второго счетчика соединен с выходом шифратора, второй информационный вход соединен с вторым информационным и первым управляющим входами первого счетчика и вторым выходом блока управления, третий информационный вход соединен с другим выходом первого счетчика, первьй управляю1ций вход подключен к второму управляющему входу первого счетчика и третьему выходу блока управления, а второй управляющий вход соединен с четвертым выходом блока управления, пятьй выход которого, соединен с вторым входом шифратора. При этом выход второго счетчика подключен к входу блока компенсации.

1. Аналогот1 ифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности,содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с первым входом блока фанзовых компараторов, выход которого соединен с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель - с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, выход которого подключен к выходной шине, а первый информационньй вход к вькоду генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход с вторым входом рабочего фазовращателя, третий вход которого подключен к входной шине, а также блок управления, о. тли чающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразования, в него введены второй счетчик, ключ, фазовращатель смещения, опорный фазовращатель и корректирующий компаратор, первый вход которого соединен с выходом ключа и вторым входом формирователя импульсов, второй вход через опорный фазовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения, инверсный выход подключен к третьему входу . формирователя импульсов,прямой выход - к первому информационному входу второго счетчика, второй информационный вход которого соединен с выходом шифратора, третий информационный и первый управляющий входы соединены соответственно с вторым информационным входом первого счетчика и первым выходом блока управления и с первым управляющим входом первого сл счётчика и вторым выходом блока управления, второй управляющий вход подключен к третьему вькоду блока управления, а выход - к входу блока компенсации, причем четвертый выход блока управления соединен с вторым управляювгим входом первого счетчика, а пятый и шестой выходы - соответст4: 4 венно с вторым входом шифратора и управляюпщм входом ключа, вход которого соединен с входом блока фазе00 вых компараторов, второй вход котоi:o роге через фазовращатель смещения подключен к выходу генератора опорного напряжения, кроме того, выход формирователя импульсов соединен с входом генератора импульсов. 2. Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности, содержаряй рабочий фазовращатель, выг ход которого соединен с первым вхо-;: дом блока фазовьк компараторов выход которого соединен с первым вко

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано как устройство, работающее по принципу промежуточного преобразования сигналов в фазовьй сдвиг опорного напряжения и последующего преобразования фазового сдвига в цифровой код. Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий в каждом канале рабочее (канальное) фазовращаю щее устройство, две ступени преобра зования (грубую и точную), каждая из которых сострит из последователь но включенных блока пороговых элеме тов (блока фазовых компараторов), шифратора и блока регистра числа, блок компенсирукяцего тока и генератор опорного напряжения ij. Недоста ток такого устройства невысокая точность преобразования, обусловленная нестабильностью порогов срабатывания фазовых компараторов в грубой и точной ступенях преобразования при изменении окружанще температуры, питакщих напряжений и др. Наиболее близким техническим решением к изобретению является аналого-цифровой преобразователь, содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с первым входом блока фазовых компараторов, выходом соединенного с первым входом шифратора, генерг тор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, выходом подключенный к выходной шине:, первым информационньм входом - к выходу генератора импульсов, а вторым - к выходу формирователя импульсов, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу рабочего фазовращателя и k выходу блока управления , регистр числа, входом подключенньй к выходу шифратора, а выходом - к другой выходной шине и через блок компенсации к второму входу рабочего фазовращателя , третий вход которого соединен с входной шиной 2 .

Недостаток известного устройста - также невысокая точность преобазования при воздействии дестабилизируюпхих факторов.

Цель изобретения -. повышение точ- 5 ности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности по первому варианту, содержапзсий 10 рабочий фазовращатель, выход которого соединен с. первым входом блока азовых компараторов, выходом соединенного с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения, выход 15 которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель - с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, вькод котррого под- 20 ключен к вь1ходной шине, а первый информационный вход - к выходу генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход - с вторым 25 входом рабочего фазовращателя, третьим входом подключенного к входной шине, а также блок управления, введены второй счетчик, ключ, фазовращатель смещения, опорный фазовраща- ЗО тель и корректирующий компаратор, первьй вход которого соединен с выходом ключа и вторым входом формирователя импульсов, второй вход через опорный фазовращатель с выхо- je дом генератора опорного напряжения, инверсный выход подключен к третьему входу формирователя импульсов, а прямой выход - к первому информационному входу второго счетчика, вто- 40 рой информационный вход которого соединен с .выходом шифратора, третий информационный и первый зтравляющий входы - соответственно с вторьм информационным входом первого счет- 45 чика и первым выходом блока управления и с первым управляющим входом первого счетчика и вторым вьЬсодом блока управления,второй управляющий вход подключен к третьему выходу блока yri- 50 равления, а выход - к входу блока компенсации, причем четвертый вькод блока управления соединен с вторьм управлякщим входом первого счетчика, а пятый и шестой выходы - соответст- 55 венно с вторым входом шифратора и управляющим входом ключа, вход которого соединен с входом блока фазовых компараторов, второй вход которого через фазовращатель смещения подключен к выходу генератЬра опорного напряжения, кроме того, выход формирователя импульсов соединен с входом генератора импульсов.

В аналого-цифров.ой преобразователь с автокоррекцией по второму варианту, содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с п вым входом блока фазовых компараторов, выходом соединенного с первым входом шифратора, генератор опорног 1апряжения, выход которого соединен с первь1м входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель - с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, вход которого подключен к выходной шине, а первый информационный вход к выходу генератора импульсов, блок компенсации, входом соединенный с другой выходной шиной, а выходом с вторым входом рабочего фазовращателя, третий вход которого подклю-. чен к входной шине, и блок управления, первым выходом соединенный с вторым входом формирователя импульсов,, введены второй счетчик и фазовращатель смещения, вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход - к втором входу блока фазовых компараторов, первый вход которого соединен с третьим входом формирователя, импульсов выходом подключенного к входу генератора импульсов, причем первый информационный вход второго счетчика соединен с выходом шифратора, второ информационный вход - с вторым информационЯым и первьм управляющими входами первого счетчика и вторьм выходом блока управления, третий информационный вход - с другим выходом первого счетчика, первый управляющий вход подключен к второму управляющему входу первого счетчика и третьему выходу блока управления, а второй управляющий вход соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого соединен с вторым входом шифратора, при этом выход второго счетчика подключен к входу блока компенсации.

I

На фиг. 1 представлена функциональная схема преобразователя по первому варианту; на фиг. 2 - функ51

циональная схема преобразователя по второму варианту.

Преобразователь по первому варианту содержит генератор 1 опорного напряжения, фазовращатель 2 смещения рабочий фазовращатель 3, блок 4 фазовых компараторов, шифратор 5,счетчик 6, блок 7 компенсации тока, ключ 8, корректирукядиз компаратор 9, опорный фазовращатель 10, перестраиваемый фазовращатель 11, формирователь 12 импульсов, генератЪр 13 импульсов, счетчик 14, блок 15 управления, входную шину (вход) 16 и выходные шины (выходы) 17 и 18.

При этом выход рабоче.го фазовращателя 3 подключен к первому входу блока 4 фазовых компараторов и к информационному входу ключа 8,уПравляюпшй вход которого подключен к .шестому выходу блока 15 управления,а выход - к второму входу формирователя 1 2 импульсов и .к первому входу корректирующего компаратора 9, второй вход которого через опорный фазовращатель 10 подключен к вьгходу генератора 1 опорного напряжения.. Прямой выход корректирующего компаратора 9 подключен к первому информационному входу второго счетчика 6, инверсный выход корректирующего компаратора 9 - к третьему входу формирователя 12 импульсов первый вход которого через перестраиваемый фазовращатель 11 подключен к .выходу генератора 1 опорного напряжения. Второй вход блока 4 фазовых компараторов через фазовращатель 2 смещения подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения. Выход блока 4 фазовых компараторов подключен к первому входу шифратора 5, второй , вход которого подключен к пятому выходу блока 15 управления, а выход соединен с вторым информационным

входом счетчика. . I . . ,

Первый выход блока 15 управления

соединен с третьим информационным входом счетчика 6 и вторым информационным входом счетчика 14, выход которого подключен к выходной шине 18„ Второй выход блока 15 управления соединен с первыми управляющими входами счетчиков 6 и 14. Второй управляющий вход счетчика 6 соединен с третьим выходом блока 15 управления, а второй управляющий вход счетчика 14 - с четвертым выходом блока 15

96

управления. Выход счетчика 6 соеди- нен с выходной шиной 17 и с входом блока 7 компенсации, выход которого соединен с вторым входом рабочего фазовращателя 3, первым входом подключенного к выходу генератора 1 опорного напряжения, а третьим входом к входной шине 16. Первьш информационньй вход счетчика 14 подключен к выходу генератора 13 импульсов, управляемого формирователем 12 импульсов.

Предлагаемое устройство по второму варианту (фиг. 2) содержит генератор 1 опорного напряжения, фазовращатель 2 Смещения, рабочий фазовращатель 3, блок 4 фазовых компараторов, шифратор 5, счетчик 6, блок 7 компенсации тока, перестраиваемьй фазовращатель 11, формирователь 12 импульсов, генератор 13 импульсов, счетчик 14, блок 15 управления, входную пшну 16 и выходные шины 17 и 18, I

При зтом выход рабочего фазовращателя 3 подключен к первому входу блока 4 фазовьк компараторов и к третьему входу формирователя 1-2 импульсов. Первый вход последнего через перестраиваемый фазовращатель 11 подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, второй вход - к первому выходу блока 15 управления. Второй вход блока 4 фазовых компараторов через фазовращатель 2 смещения подключен к- выходу генератора 1 опорного напряжения. Выходблока 4 фазовых компараторов соединен с первым входом шифратора, второй вход которого прдключез к входу блока 15 управления, а выход соединен с первым информационнвм входом второго счетчика 6, Четвертьй выход блока 15 управления подключен ю. первому управляющему входу счетчика 6. Второй выход блока 15 управления подключен к первому управлякяцему и второму информационному входам счетчика 14 и к второму информационному входу счетчика 6. Третий выход блока 15 управления подключен к вторым управля щим входам счетчиков 6.и 14, Первый информационньй вход счетчика 14 подключен к выходу генератора.13 импульсов, управляемого выходом формирователя 12 импульсов. Выход счетчика 14 подключен к выходной шине 18. Выход прямого переноса счетчика 14 соединен с третьим информационным

71

входом счетчика 6, выход последнего подключен к выходной шине 17 и к входу блока 7 компенсации, выход которого соединен с вторым входом рабочего фазовращателя 3, третий вход которого подключен к входной шине 16.

Преобразователь по первому варианту работает следующим образом.

В течение первого такта преобразо вания сигнал с выхода рабочего фазовращателя с фазовым сдвигом ср , пропорциональным величине преобразуемого сигнала 3 х поступает на первый вход блока фазовых компараторов. На второй вход этого блока через фазгвращатель 2 смещения с выхода генератора 1 опорного напряжения поступает опорное напряжение для создания опорных фазовых сдвигов. В зависимости от величины (f в блоке 4 сработает одновременное количество фазовых компараторов, после чего при помощи шифратора 5 по командам из блока 15 управления происходит формирование и занесение в счетчик 6 т,старших разрядов выходного кода.

Пропорциональный коду п старших разрядов ток, вырабатываемьй в блоке 7 компенсации тока, поступает на третий вход (в обмотку компенсации) рабочего фазовращателя 3. В результате фаза выходного напряжения рабочего фазовращателя 3 сдвигается в направ лении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигнала - происходит компенсация сдвига фазы выходного напряжения рабочего фазовращателя 3.

- ... .

По окончании компенсации ввлсодное напряжение рабочего фазовращателя 3 имеет некоторый остаточный фазовый сдвиг ос , меньший дискретности блока 4 фазовых компараторов.

В течение второго такта происходит кодирование величины ср (.г ° сигналу из блока 15 управления открывается ключ 8, через который выходное напряжение рабочего фазовращателя 3 с фазовым сдвигом tppg поступает одновременно на первьй вход корректрирующего компаратора 9 и на первый вход формирователя 12 импульсов, на второй вход которого поступает сигнал с выхода перестраиваемого фазовращателя 11. На второй вход корректирукяцего компаратора 9

98

поступает напряжение с опорным фазовым сдвигом с выхода опорного фазовращателя 10, настроенного на фазовый сдвиг, соответствующий току, равному величине настройки младшего компаратора в блоке А.

Если корректирующий компаратор 9 не сработал, то это означает, что веллчина остаточного фазового сдвига Cpgj-T принадлежащая кодированию в течение второго такта, не выходит за пределы допустимого диапазона, равного дискретности блока 4 При этом формирователь 12 импульсов формирует временной интервал, -пропорциональный величине с| в течение. которого импульсы генератора 13 импульсов поступают на счетный вход (на сложение) счетчика 14 по разрешакяцему сигналу из блока 15 управления - происходит формирование (п - т) младщих разрядов цифрового кода аналого-цифрового преобразователя (А1Щ) .

Если же корректирукхщй компаратор 9 сработал, то это означает, что величина Cfoj- превышает величину дискретности блока 4 фазовых компараторов, и, следовательно, код m старших разрядов, полученный в течение первого такта преобразования и хранящийся в счетчике 6, получен с недостатком. В этом случае сигнал с инверсного выхода корректирующего , компаратора 9 запрещает формирование временного интервала, пропорционального величине Cf , вследствие чего импульсы с генератора 13 импульсов не поступают на- счетный вход счетчика 14, Одновременно по переднему фронту сигнала 1фямого выхода корректирующего компаратора 9 проис- . ходит увеличение показаний счетчика 6 на единицу, В результате выходной ток блока 7 компенсации тока увеличивается, что приводит к уменьшению величины (f Q(f При этом корректирующий компаратор 9 возвращается в исходное состояние. Далее происходит кодирование нового значения остаточного фазового сдвига-- (п - т) младших разрядов цифрового кода, на чем цикл работы А1Щ заканчивается.

Поясним назначение фазовращателя 2 смещения. При наличии его в соотавёАЦП разность между преобразуемый и компенсирующим сигналами всег- да неотрицательна (положительна или 9 равна нулю), т.е. код старших разря дов, сформированный в первом такте преобразован 1я, получается либо пра вильным, либо с недостатком. При от сутствии фазовращателя 2 смещения указанная разность может быть как положительной (когда уровни срабаты вания фазовых компараторов в блоке сместились вверх от своего номиналь ного значения), так и отрицательной (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 сместились вниз от своего нбминального значени Поскольку используемый в рассматриваемом АЦП рабочий фазовращатель 3 различает полярности преобразуемых сигналов, отсутствие фазовращателя смещения приводит к дополнительной погрешности преобразования. Таким образом, введение в АЦП . корректирующего компаратора, опорно го фазовращателя (фазовращателя сме щения), счетчика и ключа, соединенных соответс-Гвующим образом, позволяет уменьшить погрешность аналогоцифрового преобразования. АЦП по второму варианту работает следующим образом. В течение первого такта преобразования сигнал с выхода рабочего фазовращателя 3 с фазовым сдвигом q , пропорциональным уровню щеобразуемого сигнала Ix поступает на первый вход блока 4 фазовых компара торов. Одновременно на второй вход этого блока через фазовращатель 2 смещения с выхода генератора 1 опор ного напряжения подается напряжение для создания в блоке 4 опорных фазовых сдвигов. В зависимости от величины Ц) и , в блоке 4 сработает определенное количество фазовых компараторов после чего при помощи шифратора 5 по командам из блока 15 управления происходит формирование и занесение в счетчик 6 m старших разрядов (дво ичнйк) Выходного кода. Пропорциональный коду m старших разрядов ток, вьфабатываемьй в блоке 7 компенсации тока, поступает на третий вход (в обмотку компенсации) рабочего фазовращателя 3 - происходит процесс компенсации сдвига фазы выходного напряжения рабочего фазовращателя 3, в результате которого 910 фаза выходного напряжения рабочего фазовращателя 3 сдвигается в направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигнала. По окончании компенсации выходное напряжение рабочего фазовращателя 3 имеет некоторый остаточный (нескомпенсированный) фазовый сдвиг ост меньшей дискретности блока 4 фазовых компараторов. В таком случае кодирование величины qigp в течение второго такта преобразования приводит к переполнению счетчика 14, однако благодаря наличию связи между счетчиками 14 и 6 импульс переноса, возникающий при переполнении счетчика 14, не теряется (он добавляется к показаниям m старших разрядов кода, хранящегося в счетчике 6), и дополнительная погрешность преобразования не возникает. При наличии в составе А1Щ фазовращателя 2 разность между преобразуемым и компенсирующим сигналами (нескомпенсированный разностный ток, воздействующий на вход АЦП после окончания процесса компенсации) всегда неотрицательна (положительна или равна нулю), т.е. код старших разрядов, сформированный в первом такте преобразования, получается либо правильным, либо с недостатком (но никогда - с избытком). При отсутствии фазовращателя 2 смещения указанная разность может быть как положительной (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 сместились вверх от своего номинального значения), так и отрицательной (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 сместились вниз от своего номинального значения) , ПосколЬ;Ку используемый в предлагаемом АЦП рабочий фазовращатель 3 не различает полярности преобразуемых сигналов, отсзп-ствие фазовращателя 2 смещения приводит к дополнительной погрешности преобразования. Таким образом, введеиие в А1Щ фазовращателя смещения и счетчика, включенных соответствующим образом, озволяет уменьшить его погрешность.

фие.2