Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1985 года по МПК H03M1/52 

дом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом второго fiS-триггера, R -вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, 5 -вход - с выходом второго компаратора и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым входом первого эле202056

мента ИЛИ и выходом инвертора, при этом второй вход второго компаратора соединен с шиной второго порогового уровня, причем второй вход третьего компаратора соединен с общей шиной, а выход - с вторым входом управляющего автомата последовательного типа.

ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий генератор импульсов, первый счетчик,, управляющий автомат последовательного типа,три ключа, информационные входы которых соединенысоответственно с шиной преобразуемого напряжения, шиной положительного опорного напряжения, шиной отрицательного опорного напряжения, а выходы - соответственно с первым, вторым и третьим входами интегросуммирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью првьш1ения линейности преобразования без снижения разрешающей способности и помехоустойчивости, в него дополнительно введены четыре элемента ИЛИ, инвертор, два элемента И, два RS -триггера, два 0-триггера, второй счетчик, цифровое вычитающее устройство и три компаратора, первые входы которых объ- единены и соединены с ыходом интёгросуммирующего усилителя, второй вход первого из которых соединен с шиной первого порогового уровня, а выход - с первым входом первого элемента ИЛИ и 5-входом первого.85 триггера,R -вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, а выход - с nepBblM входом первого элемента И, второй вход которого соединен с управляющим входом первого ключа, входом инвертора, первым выходом управляющего автомата, последовательного типа, первым входом второго элемента И, а выход - с первым входом третьего элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с вторым выходом управляющего автомата последовательного типа, а выход с В -входом первого и-триггера, выход которого соединен с управляю Л щим входом второго ключа и входом разрешения счета второго с-четчика, а С -вход - с С -входом второго Dтриггера, счетными входами первого fi е и второго счетчиков, выходом генера тора импульсов и первым входом управляющего, автомата последовательного типа, третий выход которого соединен с входами установки первого Ю счетчика и второго счетчика, выходы э :л которого соединены с первыми входами цифрового вычитающего устройства, второй вход которого соединен с четвертым выходом управляющего автомата последовательного типа, третьи входы - с выходами первого счетчика, разрешения счета которого соединен с управляющим входом третьего ключа и входом второгоD-триггера, D-вход которого,, соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с пятым выходом -управляющего автомата последовательного типа, второй вход - с выхо

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измерительных системах.

Целью изобретения является повышение линейности преобразования без снижения разрешающей способности и помехоустойчивости преобразования.

На фиг. 1 приведена функциональная схема АЦП; на фиг. 2 - временны диаграммы, поясняющие работу АЦП в течение одного цикла преобразования на фиг. 3 - пример реализации управляющего автомата последовательного типа.

Аналого-цифровой преобразователь содержит ключ 1 входного нaпpяжeния ключи 2 и 3 опорных напряжений, интегросуммирующий усилитель 4, компараторы 5 - 7, генератор импульсов (ГИ) 8, управляющий автомат 9 последовательного типа, первый счетчик 10, четьфе элемента ИЛИ 11-14, инвертор 15, два элемента И 16 и 17, два R5-триггера 18 и 19, два33-триггера 20 и 21, второй счетчик 22 и цифровое вычитающее устройство 23.

Управляющий автомат последова|тельного типа содержит первьгй формирователь 24, инвертор 25, элемент И 26, счетчньй триггер 27, элемент И-НЕ 28, элемент И 29, второй формирователь импульсов 30, триггер 31, инвертор 32 с дифференцирующей цепочкой на входе, элемент . И 33,третий формирователь 34,элемент И-НЕ 35, счетчик 36 импульсов, триггер 37, логический элемент 38, триггер 39, триггер 40, элемент 2И-2-ШШ 41, триггер 42, элементы задержки 43 и 44,элемент 2И-2-ИЛИ 45

устройство 46 гальванического разделения.

Устройство работает dлeдyющим образом.

Элементы 24-28 вырабатывают пусковой сигнал на инверсном выходе триггера 37, которьй, проходя устройство 46 гальванического разделения, формирует на выходе автомата 9, задающем фиксированньш интервал времени интегрирования преобразуемого напряжения, уровень 1. Одновременно коротким импульсом с выхода элемента 28 через элемент 35 сбрасывается

в нулевое состояние счетчик 36. Выход элемента 28 является выходом автомата 9, на котором вьфабатывается сигнал установки в начальное состояние счетчиков 10 и 22. После сброса

счетчика 36 начинается его -заполнение импульсами с выхода элемента 45. После переполнения счетчика 36 на выходе элемента 33 вырабатывается короткий импульс, который сбрасывает триггер 37. В результате этого на выходе автомата 9, задающем фиксированный интервал времени интегрирования преобразуемого напряжения,

О

Таким

устанавливается уровень

образом, время, необходимое для заполнения счетчика 36 импульсами ГИ, определяет длительность фиксированного интервала Т( (фиг. 2). Короткий импульс с выхода элемента 33,

пройдя формирователь 34, поступает на входы триггеров 40 и 42. При этом в триггере 40 фиксируется информация о знаке выходного напряжения интегратора в момент окончания интервала Т, (фиг. 2). Информация о знаке в триггер 40 поступает из триггера 39. Сигнал с инверсного выхода триггера 42 через элемент за3

(держки 43 дает разрешение на включение опорного напряжения, полярность которого определяется состоянием триггера 40. Под действием выходных сигналов триггеров 40 и 42 на одном из двух выходов устройства 46 гальванического разделения, являющихся выходами автомата 9, разрешающими интегрирование опорного напряжения после окончания интервала Ту- (фиг. 2), формируется уровень 1. Выбор знака опорного напряжения определяется состоянием компаратора 5, которое через устройство 46 гальванического разделения и элемент 38 фиксируется в триггере 39. Линия связи выхода компаратора 5 и устройства 46 гальванического разделения является входной шиной автомата 9. В момент окончательного разряда интегратора компаратор 5 изменяет свое состояние, что передается через устройство 46 гальванического разделения, элементы 38 и 39 и приводит к появлению на выходе элемента 41 сигнала, которьй сбрасывает тригге 42. Этим осуществляется запрет на интегрирование напряжения опорного источника. Выход элемента 29 является выходом автомата 9 и по сигналу на этом выходе вычитающим устройством определяется цифровой эквивалент преобразуемого напряжения .

В начале цикла преобразования через ключ 1 на вход интегросуммирующего усилителя 4 подается преобразуемое напряжение U . При отрицательном знаке и выходное напряжение интегратора Eli линейно возрастает. После достижения этим напряжением порогового уровня (J (фиг. 2), выбираемого в линейной области выходной характеристики интегратора, срабатьюает компаратор 7. Его выходным сигналом RS -триггер 18 устанавливается в состояние 1 (фиг. 2), а RS-триггер 19 - в состояние О (фиг. 2). Выходной сигнал RS -триггера 18 проходит через элемент И 16, поскольку в течение фиксированного интервала, времени Т на первом входе элемента И 16 действует сигнал 1, поступающий из управлякяцего автомата 9 последовательного типа. С выхода элемента И 16 сигнал 1 через элемент ИЛИ 13 поступает на 0-вход О-триггера 20. По положитель;;

020564

ному фронту ближайшего импульса гег нератора 80 -триггер 20 переходит в состояние 1. Выходным сигналом D-триггера 20 осуществляется подключение к входу интегросуммирующего усилителя 4 через ключ 2 положитель ного опорного напряжения Ид , одновременно дается разрешение на счет импульсов генератора 8 счетчику 22.

10 Создаваемый опорным напряжением

разрядный ток должен превьш1ать зна-чение зарядного тока, обусловленное преобразуемым напряжением. В этом , случае выходное напряжение интеграts тора начинает линейно уменьшаться и в момент,когда оно достигнет порогового уровня Un- (фиг. 2), срабатывает компаратор 6. Его выходным сигналом устанавливается в состояние 1 R5-триггер 19 (фиг. 2), . а R3-триггер 18 возвращается-в состояние О (фиг. 2). Выходной сигнал RS -триггера 19 проходит через элемент И 17, так как в течение фиксированного интервала Т( на его первом входе поддерживается сигнал 1, поступающий из управлянщего автомата 9. С выхода элемента 17 сигнал 1 через элемент ИЛИ 14 поступает на D-вход-D-триггера 21. По поло30жительному фронту ближайшего импульса генератора 8 D-триггер 21 переходит в состояние I, а D -триггер 20 - в состояние О. Выходным сигналом D-триггера 21 осуществляется

35 подключение к входу интегросуммирующего усилителя 4 через ключ 3 отрицательного- опорного напряжения (JQ , одновременно дается разрешение на счет импульсов генератора 8 счетчику 10 и т.д.

В момент окончания интегратора Т (фиг. 2) управлякяций автомат 9 на выходе, задающем длительность этого интервала, устанавливает сигнал О. По этому сигналу отключается от входов интегросуммирующего усилителя 4 как преобразуемое, так и опорное напряжение и дается запрет на подсчет импульсов обоим счет-

50 чикам 10 и 22. Затем на небольшом вспомогательном интервале времени (фиг. 2) по состоянию компаратора 5 управляющий автомат 9 определяет знак остаточного напряжения интегратора. В соответствии с состоянием компаратора 5 управлякнций автомат 9 включает опорный источник разряжанщий интагратур до нуля, и дает 51 разрешение на счет импульсов одному из счетчиков путем задания сигнала 1 на второй вход одного из элементов ИЛИ 13 или 14. Момент достижения выходным напряжением интегратора нулевого уровня фиксируется компаратором 5. Цифровой эквивалент преобразуемого напряжения определяется цифровым вычитающим устройством 23 посредством вычитания содержимого счетчика 22 из содержимого счетчика 10. На этом цикл преобразования заканчивается. Из условия баланса заряда и разряда емкости интегросуммирующего усилителя 4 можно составить следующее уравнение: UJ, U,5:ul; г. / fO где ZA.i - суммарный интервал времени включения опорного источникаUgна интервале .Т, ; STit; - суммарный интервал времени включения опорного источника -(д на интервале Tj; ut - интервал включения опорного источника, разряжающего интегратор по окончании Т( до нуля. 202056 I но Э ut гд же сче пр 25 .по чи ва оп пр 30 по 6 Полагая , уравнение (1) можпредставить в следующем виде: (T,).,t-(a;-Eutib- l, i-o Учитывая, что i-trtJiTo, itj NJ-TO , NTo Т„ -период ГИ; -число импульсов ГИ, подсчитанных на интервале ii- ; число импульсов, подсчитанных на интервале iij; W - число импульсов, подсчитанных на интервале ut, а такто, что интервал Т, задается подтом некоторого числа импульсов Т,NTo, получим 5ic;N E(T.-N-(s:N.,-zNi)l. Выражение (2) показывает, что образуемое напряжение прямо проционально алгебраической сумме ел, являющихся результатом кодирония интервалов интегрирования рных напряжений на интервале еобразования. Знак Lfx определяется знаку разности 5:Nj-ZN;.(r,)-N.

i/X

+ Uo -Uo

Фиг. 1

Вых.З

Фиг.2.