Адаптивный аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1986 года по МПК H03M1/48 

Изобретение относится к аналого- цифровым преобразователям и может быть использовано в измерительной технике, в системах автоматизированного контроля параметров изделий электронной техники, а также в системах управления технологическими процессами.

Цель изобретения - повьпиение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения преобразования сигналов разной полярности.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг. 2 и Э- эпюры напряжений и временные диаграммы на выходах соот йетствующих элементов устройства.f

Преобразователь содержит задающий генератор 1, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 2, реверсивный счетчик 3, компаратор 4, входную шину 5, регистр 6, выходные шины 7, шину Пуск 8, сумматор 9, блок 10 управления, управляемый генератор II пилообразного напряжения, инвертор 12, одновибратор 13, элемент ИЛИ 14, счетчики 15 и I6.

Блок 10 управления выполнен на триггерах 17 и 18, делителе 19 частоты, счетчике 20, элементах И 21-24 Управляемый генератор 11 выполнен на триггере 25, формирователе 26 двухполярного напряжения, интеграторе 27 .

На фиг.2 представлены эпюры напряжений : а - на выходе делителя 19, Si - на выходе триггера 25, - на выходе триггера 1 7, -Z - а ira входно

0

шине 5 и на выходе сумматора 9 соответственно , е - на выходе элемента ИЛИ 14, - на прямом выходе триггера 18, .- на выходе одновибрато- ра 13, U - на выходе элементов И 24 и 23.

На фиг.З представлены эпюры напряжений : q - на выходной шине 5, на выходе сумматора 9 (штриховая линия) и. на выходе ЦАП 2 с момента начала преобразования, 8 - на входной клемме 3 и на выходе сумматора 9 при воздействии на входную цель импульсной помехи длительностью и t.

Адаптивный аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

С начала работы на шину Пуск 8 поступает сигнал, устанавливающий старший разряд реверсивного счетчика

5

3 в единичное состояние, а остальные разряды - в нулевое. Если предположить, что ЦАП 2 содержит п разрядов, кроме знакового, то реверсивный счетчик 3 должен содержать (n+l) разряд. После установки реверсивного счетчика 3 в начальное состояние на его выходах, начиная со старшего разряда,, будет комбинация 1000...0. Сигнал задающего генератора 1 частоты f(j проходит через делитель 12 и поступает на триггеры 25 и 17, работающие по переднему заднему фронтам импульсов с выходов делителя )9

f- (фиг..2). Сигналы с выхода триггера 23, преобразуясь в двухполярные формирователем 26, поступают на вход интегратора 27, на выходе которого образуется пилообразный сигнал, коQ торый в начальный момент преобразо- ния суммируется сумматором 9 с нулевым сигналом на выходе ЦАП 2 и по-.; ступает на инвертирующий вход компаратора 4 напряжения.

Сигнал на выходе элемента 21 описывается функцией

Е, (Т,) л (К) Л (fj.) (1)

а сигнал на выходе элемента 22 описывается функцией

Ег- ()Ч4,), (2) где знак Д определяет операцию конъюнкции, а символы Т и К определяют прямое состояние триггера 17 и ком5 паратора 4 (черта над символом указывает инверсное состояние элемента);

fg - сигнал на выходе задающего генератора 1.

Согласно эпюре напряжений на вхо дах компаратора 4 (фиг.2) и формуле (2) на выходе элемента 22 появляются сигналы с частотой f, задающего

.G

генератора 1 от момента появления логической 1 на прямом выходе триг гера 17 до момента срабатывания компаратора 4 (t,), а также от момента отпускания компаратора 4 (t) до переключения триггера 17, т.е. указанные элементы 21 и 22 закрыты в

интервалах , t -t (фиг.2), а число импульсов, прошедших через элементы 20 и 22, обратно пропорционально смещению напряжения X относительно выходного напряжения ЦАП 2,

5 отработанного преобразователем в предыдущем интервале дискретизации.. Емкость счетчиков 15 и 16 выбрана такой, что сигнал переполнения0

появляется на каком-либо из них,есл сигнал частоты поступает на его вхо в течение интервала Т, который определяется сигналами с выходов элементов 26 и 17.

Предположим, что входное напряжение X на клемме 5 отрицательно. Тогда с приходом сигнала Пуск, который в (п+1)-разрядном реверсивном счетчике 3 выставляет код 1000..-00, через время, равное 2Т элемент 21 пропускает на свой выход количество импульсов равное На выходе счетчика 15 импульс переполнения появляется в случае, если на его счетный вход поступает количество импульсов тп . T,,-f . Этот импульс переполнения возводит триггер 18 блока 10 в единичное состояние, снимая тем самым сигнал Установка в нулевое состояние счетчика 20, импульс переполнения которого через время 2T снова возвраща- ет триггер 18 в нулевое состояние, формируя по заднему фронту сигнал в регистр 6 считывания информации из реверсивного счетчика 3. Эпюрами е Ж,г (фиг.З) изображены сигналы, сформированные на выходе элементов ИЛИ 14, триггера 18, одновиб- ратора 13. Образованный на выходе триггера 18 (эпюра ж) интервал является промежутком времени, в течение которого пропускается информация с выхода .нта 21 . Таким образом, временный интервал оценки расхождения входной величины X от Х| , снимаемой с выхода ДАЛ 2, опережает интервал коррекции компенсирующей величины Х .

До тех пор, пока значение величины (штриховая линия, фиг.За) не пересекает согласно графика линию входного сигнала X, в каждом следующем интервале 21 регистр 6 получает дополнительную информацию, равную Т„„ . fj, .

После того, как достигнет значения X (точка ty, фиг.За), коррекция компенсирующей величины X будет равна величине Т, - () f(- где у., е - условная единица.

Принятая структура подключения регистра 6, инвертора 12, реверсивного счетчика 3 и цепей установки начального состояния позволяет находить знак входного сигнала без дополнительных компараторов знака входного сигнала. Так, смена начального кода 1000...00 на выходе реверсивного счетчика 3 на дополнительный код 01I11 11, что происходит при вычитании первого же импульса из первоначального кода счетчика, приводит к смене зйака сигнала X , снимаемого с выхода ЦАП 2.

Амплитуда пилообразного сигнала, снимаемого с выход а генератора 1 1 пилообразного напряжения Х, должна быть

,. у-е.

После попадания X в зону размаха модулированного сигнала Xj.+Xj коррекция компенсирующего напряжения Х производится .не каждый следующий ин- тервал 2Т , а более медленно, порциями

Тинт- (Ч-0 f у-е.

где ()

интервал времени, аналогичный интервалу

(t.-t,).

При этом сигнал переполнения счетчиков 15 и 16 может появиться в произвольный момент t (эпюра 3 ,

фиг.2), а коррекция компенсирующего напряжения - ;на величину, пропорциональную функционалам F1 (F2) |1,2|, являющуюся как бы усредненнь М значением отклонения X от средней линии,

проведенной на уровне Х (фиг.За). Если входная функция X проходит какое-то время точно на уровнеХ, т.е. входное значение постоянно и равно компенсирующему, то в этом промежутке времени коррекции компенсирующей величины нет на входы реверсивного счетчика 3 не поступают счетные импульсы, не меняется выходной код на выходе 7 АЦП.

При флуктуации X за интервал 2Т около уровня Хц коррекция компенсирующей величины Х происходит на усредненную величину отклонения X от значения Хц.

На фиг.Зб изображены эпюры напряений на входах KOMnapatopa 4:X - на неинвертирующем входе, () - на инвертирзтющем.

А1 и А2-ординаты пересечения функций X и (). Считая,что Х - нулевой уровень (), находим среднее отклонение X от X,. за период Т,„. Если X - величина монотонная.

то можно считать, что среднее отклонение X от Х за период Т, равно

А1 + А2

Выразим ординаты А1 и А2 через уравнения прямых,- прошедших через эти точки (фиг.З)

t 2 + и

и,„

-t,-2

+ и

ИНТ

ГЦ

(3) (А)

Согласно графику (фиг.З)

(- С -IjStLT- + t- ) .

t, V 2 -э /

Т ИНТ

(- ц) .

Затем, суммируя выражения (3) и (4) и подставляя в них (5), получим

А

2Um

тГ

-ИНГ

(t, + t). (6)

Откуда среднее значение разности

X -X,

равно

А(+А2 ,-.

о т - :

t,). (7)

Из анализа формул (1) и (2) видно , что корректирующая информация в АЩ1, поступающая на вход реверсивного счетчика 3 в виде импульсов за интервал коррекции 2Ту,„ , определяется как () -fq ГУ « t. t - интервалы времени (фиг.Зб), чт то же, что и , -(t,). fjy. е (фиг.За).

Величины (7) и ( ) fg у е различаются только постоянными коэффициентами , т.е. корректирующая информация пропорциональна среднему значению Х-Х за период Т,;, согласно формуле (7).

В случае, когда на высокоомных входных цепях АЦП появляется сигнал импульсной помехи (импульсная помеха накладывается на входной сигнал X), то к количеству (фиг.36) корректирующих импульсов, равному (3+4), добавится at +fj. импульсов, представляющих собой ошибку коррекции.

Однако предлагаеь41й преобразователь не теряет своей работоспособности При uti , т.е. ошибка незначительна в отличие, например, от известного устройства.

Формула изобретения

1. Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий задающий 5 генератор, выход которого соединен с первым входом блока управления, вто. рой и третий входы которого соединены с выходами компаратора, первый выход соединен с входом управляемого О генератора пилообразного напряжения, второй выход - с первым входом реверсивного счетчика, первые выходы которого соединены с первыми входами регистра, первые выходы которо- 5 го соединены с первыми входами циф- роаналогового преобразователя, первый вход компаратора является входной щиной, о тличающийся тем, что, с целью повышения помехоус- 0 тойчивости и расширения функциональных возможностей за счет обеспечения преобразования сигналов разной полярности, в него введены сумматор, одновибратор, два счетчика, элемент

ИЛИ и инвертор, вход которого соединен с вторым выходом реверсивного счетчика, а выход соединен с вторым входом регистра, второй выход которого соединен с вторым входом циф0 роаналогового преобразователя и является первой выходной шиной, а первые выходы регистра являются вторыми выходными шинами, причем второй и третий входы реверсивного счет5 чика объединены и являются шиной Пуск, четвертый вход реверсивного счетчика соединен с третьим выходом блока управления, четвертый выход которого соединен с первым входом

0 первого счетчика, второй вход которого объединен с третьим входом регистра, первым входом второго счетчика и соединен с выходом одновибратора, второй вход второго счетчи ка соединен с пятым выходом блока управления, а выход - с первым входом элемента ИЛИ, второй.вход которого соединен с выходом первого счетчика, а выход - с четвертым

0 входом блока управления, шестой выход которого соединен с входом одно- вибратора, при этом второй вход компаратора соединен с выходом сумматора, первый вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а второй вход - с выходом управляемого генератора пилообразного напряжения.

7

2. Преобразователь по п, 1, о т личающийся reVi, что блок управления выполнен на двух триггерах, делителе частоты, счетчике и четырех элементах И, первый вход пер вого элемента И является первым входом блока управления и объединен с первыми входами второго элемента И, счетчика и входом делителя частоты, второй вход первого элемента И является вторым входом блока управления , третий вход первого элемента И соединен с. первым выходом первого триггера, второй выход которого соединен с вторым входом второго элемента И, третий вход которого является третьим входом блока управления, а выход соединен с первым входом третьего элемента И и является четвертым выходом блока управления , второй вход третьего элемента И объединен с первым входом четвертого элемента И, соединен с первым выходом второго триггера и является шестым выходом блока управления

266668

второй вход четвертого элемента И соединен с выходом первого элемента И и является пятым выходом блока управления, второй и третий выходы

5 которого являются соответственно выходами четвертого и третьего элементов И, второй выход второго триггера соединен с вторым входом счетчика, выход которого соединены с первым

10 входом второго триггера, второй вход которого является четвертым входом блока управления, первый вьтход которого является выходом делителя частоты и соединен с входом первого

15 триггера.

3. Преобразователь по п. I, о т - личающийся тем, что управляемый генератор пилообразного напряжения вьшолнен на последовательно

20 соединенных триггере, формирователе двухполярного напряжения и интеграторе, вход триггера является входом управляемого генератора пилообразного напряжения, выход которого является выходом интегратора.

«м;

Фиг.З

Редактор А,Сабо

Составитель А.Титов Техред В.Кадар

Заказ 2147/59 Тираж 816Подписное

ВНИИПИ Гбсударственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор М.Самборская

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям и может быть использовано в измерительной технике, в системах автоматизированного контроля параметров изделий электронной техники, а также в системах управления технологическими процессами. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения преобразования сигналов разной полярности. Это достигается тем, что в преобразователь , содержащий задающий генератор, цифроаналоговый преобразователь, реверсивный счетчик, компаратор, блок управления, управляемый генератор пилообразного напряжения, регистр введены сумматор, одновиб- ратор, два счетчика, элемент ИЛИ и инвертор, при этом блок управления выполнен на триггерах, делителе частоты,счетчике и четырех элементах И, , а управляемый генератор - на т ркгге ре, формирователе двухполярного напряжения и интеграторе, 2 з.п. , 3 ил. (Л