Способ аналого-цифрового преобразования Советский патент 1985 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к аналогоцифровому преобразованию и может най ти применение в измерительно-вычисли тельных комплексах, информационно- измерительньгх системах и в приборах для преобразования среднего знамения напряжения в код. Известен способ аналого-цифрового преобразования среднего значения, содержащего аддитивную периодическую помеху в интервал времени, основанный на двухтактном интегрировании, где входное напряжение интегрируется с прямоугольной весовой функ- цией | 1 . Известньй спосо.б характеризуется недостаточным подавлением аддитивной периодической помехи в условиях нестабильности периода этой помехи, что вызывает дополнительную погрешность преобразования, обусловленным тем, что преобразуемое напряжение ин тегрируется с прямоугольной весовой функцией. Наиболее близким к предложенному является способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования среднего значения напряжения, содержащего аддитивную периодическую помеху, в интервал времени, который позволяет уменьшить погрешность преобразования, обусловленную этой помехой, за счет повьш1ения помехоподавления. Способ основан на интегрировании преобразуемого напряжения со ступенчатой весовой функцией, позволяющей увеличить подавление аддитивной периодической помехи 2j . Цель изобретения - повьш ение точности. Это достигается тем, что при осу ществлении способа аналого-цифрового преобразования среднего напряжения с весовым интегрированием в интервал времени, включающего на первом такте формирование компенсационного напряжения, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент; на втором такте - интегрирование сигнала, равного произведению ступенчатой весовой функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля,и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент, равный част20Iному от деления суммы весовых коэффициентов ступенчатой весовой функ- . ции на первый весовой коэффициент, на третьем такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности преобразуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме несовых коэффициентов ступенчатой весовой функции, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компеисационного напряжения на второй весовой коэф фициент, осуществляют на четвертом такте дополнительное интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного Измерения на второй весовой коэффициент, и сигнала, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертый весовой коэффициент, равный сумме третьего весового коэффициента и про- изведение разности третьего весового коэффициента и среднего весового коэффициента ступенчатой весовой функции на частное от деления интервалов времени второго такта на интер- вал времени четвертого такта. Уравнение преобразования, соответствующее предлагаемому способу, имеет вид V - (t|Jt/je,,(lUJe,pcJl ,-1 гt, jU.pJbju.Jt, 3t, 4- t Ttf-rri 2 1 3 2 o t - tj T. После интегрирования уравнения (1) получают + е,СцТ + + e,gsTx - йгйк(Тц + +Т„ + Т„) Из уравнения (2) вытекает условие для выполнения преобразования без погрешности „ ( биТц -ь goTo + gJT e,(3) Слева от знака равенства при е, стоит среднее значение коэффициента преобразования напряжения дрейфа нуля за время Т + Т + Т, а справа произведение коэффициентов преобра-

эования такта компенсационного напряжения U. Устанавливая р и преобразуя уравнение (3), можно найти значение весового коэффициента g, который нужно устанавливать для обеспечения условия (3)

Тц , -(,)

(4)

g

о Тр z: s

Величины gj, g , являются заданными по виду используемой весовой функции, следовательно, весовой коэффициент gjj .можно однозначно определить для любого выбранного Т.

Подставляя уравнение (4) в уравнение (2) и учитьшая выбранное

после ряда преобра§г G

I J о (г Ьу

зований получают Ux

(5)

Ея

и„ U

и

Таким образом, результат преобразования не зависит от аддитивного напр5шения дрейфа нуля е .

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для осуществления предложенного способа.

Устройство содержит источник 1 образцового напряжения, коммутатор 2, усилитель 3, первый управляемый магазин 4 проводимостей, интегратор 5, нуль-орган 6, блок 7 коррекции нуля, второй управляемый магазин 8 провездимостей и блок 9 управления.

На вход 10 коммутатора 2 подается преобразуемое напряжение и,, к входам П и 12 подключен источник 1 образцового напряжения, а к входу 13 нулевой потенциал. Коммутатор 2 соединен с блоком 9 управления посредством шины 14. Выход коммутатора 2 подключен к входу усилителя 3, выход которого соединен с первым вхо дом 15 первого управляемого магазина 4 проводимостей и с первым входом 16 второго управляемого магазина 8 проводимостей. Второй вход 17 магазина 4 и второй вход 18 магазина 8 подключены к нулевому потенциалу. Магазин 4 соединен с блоком 9 управления посредством шины 19. Выходы магазина 4 и магазина 8 прово- димостей подключены к входу 20 интегратора 5, вькод которого соединен с входом 21 нуль-органа 6, другой вход 22 которого подключен к нулевому потенциалу. Выход нуль-органа 6 подключен к входу блока 7 коррекции нуля и к блоку 9 управления, которая посредством шин 23 и 24 связана

с магазином 8 проводимостей и блоком 7 коррекции нуля, выход которой подключен к входу 25 интегратора 5. Блок 9 управления имеет выход 26 для

кода преобразуемого напряжения U.

Управляемый магазин 4 проводимое- тей состоит из набора резисторов, одни концы которых соединены вместе и подключены к входу 20 интегратора 5 с весами, пропорциональными амплитудам весовых коэффициентов весовой функции.

Вторые концы каждого резистора посредством пар ключей подключены

к двум входам 15 и 17 магазина 4

(проводимостей. Второй магазин 8 про- водимостей устроен аналогично и спу жит для формирования требуемого весового коэффициента g на такте Т.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом .

В исходном состоянии устройство находится в режиме коррекции нуля,

В начале такта Тд коррекции нуля блок 9 управления вырабатьшает команды, которые, поступая по шинам 14, 23, 24 и 19 соответственно, подключают вход .усилителя 3 через вход 13

коммутатора 2 к нулевому потенциалу, подключают вход 18 магазина 8 к нулевому потенциалу, подключают выход нуль-органа 6 к блоку 7 коррекции нуля, подключают управляемый мага-

ЗИН 4 проводимостей через вход 15 к выходу усилителя 3, при этом к выходу усилителя 3 подключают все резисторы магазина 4, обеспечивая условие равенству Sv 6г;/бц

Блок 7 коррекции нуля вырабатывает компенсационное напряжение Цц, фор-, мируемое на этом такте, которое в последующих тактах (Тц, TQ , Tj, подается на вход 25 интегратора 5 с

неизменным весовым коэффициентом g,, компенсируя дрейф смещения нуля усилителя 3, интегратора 5 и нуль-органа 6. Неизменность весовопо коэффициента g достигается тем, что на

тактах Т-, Т, и Т суммарная проводимость со стороны входа интегратора не изменяется, так как все резисторы магазина 4 и магазина 8 всегда подключены либо к нулевому потенциалу,

либо к выходу усилителя 3.

Такт интегрирования Тц преобразуемого напряжения Uy начинается по командам запуска, вырабатываемым бло- ком 9 управления, которые, поступая по пшне 24, отключают выход нуль-ор гана 6 от блока 7 коррекции нуля; по ступая по шине 14, подключают преоб разуемое напряжение и, через вход 10 комьтутатора 2 к входу усилител 3; поступая по шине 19, формируют в те- чение такта Ту в магазине 4 проводимостей весовую функцию gyCt) таким образом, что в ходе такта Ту все резисторы магазина 4 подключены на выход усилителя 3 на одинаковое время, а Б остальное время в этом же такте опи подключены к нулевому потенциалу По окончании такта Т начинается такт Тд дополнительной коррекции аддитивного напряжения смещения е. Дл этого блок 9 управления вьфабатьшает команды, которые, поступая по шине 14, через вход 13 коммутатора 2, подключают вход усилителя 3 к нулевому потенциалуj поступая по шине 19 под1слючают все резисторы магазина 4 к выходу усилителя 3; поступая по шине 23, подключают вход 16 второго магазина 8 проводимостей к входу уси лителя 3. Таким образом, весовой коэффициент go в этом такте образуется как сумма проводимостей магазина магазина 8. По окончании такта в начале такта Ту5 по состоянию нуль-органа 6 блок 9 управления определяет полярность напряжения Ux и одновременно I вырабатывает команды, которые, посту пая по шине 14, подключают через ком мутатор 2 вход усилителя 3 к источнику образцового напряжения Uj,, полярность которого противоположна интегральному значению напряжения и ; поступая по шине 23 подключают вход 18 магазина 8 к нулевому потенциалу. Магазин 4 проводимостей пол- ностью остается подключенным к выходу усилителя 3, тем самым выполняя условие g- gy. Такт Т продоохжает- ся до тех пор, пока напряжение интегратора 5 не достигнет уровня срабатьшания нуль-органа 6. Момент изменения состояния нуль-органа 6 фиксируется блоком 9 управления, и с этого момента по соответствующим командам начинается новый цикл преобразования. В течение такта Tj,, длительность которого пропорциональна преобразуемому напряжению U, блоком 9 управления подсчитываются импульсы от кварцевого генератора, входящего в состав блока 9. В результате этого к концу такта Т на выходе 26 образуется код, соответствующий величине преобразуемого напряжения и. Таким образом, данный способ позволяет получить технико-экономический эффект, заключающийся в следую щем: во-первых, способ обеспечивает высокую точность преобразования, поскольку на результат преобразования не влияет напряжение смещения е и его дрейф; во-вторых, при реализации способа в устройстве можно применить упро- .щенные схемные решения, а также дешевые и сравнительно нестабильные и неточные элементы (напримерi при построении входного усилителя).

СПОСОБ АНАЛОГО-Щ1ФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ среднего значения напряжения с весовым интегрированием в ин тервал времени, включающий на первом такте формирование компенсационного напряжения, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент, на втором такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению ступенчатой весовой функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент. 1 равньп частному от деления суммы ве- совых коэффициентов ступенчатой весовой функции на первый весовой коэффициент, на третьем такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности преобразуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме весовых коэффициентов ступенчатой весовой функции, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент-, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, осуществляют на четвертом такте Jp;oпoлнитeль- ное интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения Kotf пенсационного напряжения на второй весовой коэффициент, и сигнала, рав- р ного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертый, весовой коэффициент, равный cyw ме третьего весового коэффициента, и произведению разности третьего весово- го коэффициента и среднего весового I коэффициента ступенчатой весовой функции, на частное от деления интервалов времени второго такта на интервал времени четвертого такта.