Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования Советский патент 1987 года по МПК H03M1/52 

11358095

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для создания высокоточных аналого цифровых преобразователей постоянног напряжения.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности преобразования,

На фиг.1 изображена временная диаграмма процесса преобразования; на фиг.2 - аппаратурная реализация способа; на фиг.З - устройство управления.

Способ осуществляется следующим образом.

В первом цикле Т, в течение образцового интервала времени Т;, интегрируют входное напряжение U. (совместно с собственным напряжением смещения е, определяемым используемой элементной базой), по окончанию Tj, интегрируют эталонное напряжение U (также совместно с е) до момента равенства интегрального значения напряжения пороговому уровню и„. С этого момента до окончания заданного интервала времени б интегрируют только напряжение смещения е . Дл ительност заданного интервала времени выбирают такой, что при варьировании И в максимально предвидимых пределах обеспечивается достижение интегрального значения напряжения порогового уровня в течение этого интервала б. По прошествии заданного интервала времени в в каждом из последующих пар одинаковых интервалов времени длительностью ТК, где Т - фиксиро- ванньй интервал времени; m 0,1,2,...,п - номер пары одинаковых интервалов времени, интегрируют опорное напряжение Е (полярность . . этого напряжения противоположна полярности эталонного напряжения UQ ) в течение интервала времени , После окончания интервала. At д интегрируют эталонное напряжение U, уменьшенное в К раз, до достижения интегральным значением напряжения порогового уровня и с последующим интегрированием/только напряжения смещения е в течение оставшейся части указанных пар одинаковых интервалов времени. На фиг.1 изображен процесс преобразования для 1,2.

Процесс преобразования в первом и втором циклах с учетом влияния напряжения смещения описьшается следующими выражениями:

и

|(т,-к

Е

т) + - it,

- т - : «.г

,

- ut-2n +

Т

Uo у 1( .„,1 ч / - .i rfl.-l

и.

I (T,.T)|.t.|T;,

7гт -|,t.2п-.(т:,

- V f m-.i

+ Т;;,,,)- и,.

Результат преобразования Т находят как разность интервалов эталонного напряжения в первом и втором циклах:

т °

JL (т т

тт „ in.l )

и

т.2

Характерной особенностью способа является отсутствие влияния нестабильных величин (у известного способа и пороговое напряжение) на результат напряжения, а также отсутствие аддитивной погрешности.

Чтобы убедиться в последнем, достаточно записать вьфажение при Uy 0. Тогда в первом и втором циклах все интервалы интегрирования эталонного найряжения попарно равны, что превращает выражение в тождество ОЕО.

Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 эталонного напряжения, ключи 2-7, интегратор 8, устройство 9 управления, генератор 10 опорной частоты, устройство 11 сравнения, источник 12 опорного напряжения, источник 13 порогового напряжения, причем входы ключей 2-7 соединены с источником преобразуемого напряжения выходами U , , Uj,/K источника 1 эталонного напряжения, общей шиной и источником 1 опорного

напряжения соответственно, выходы ключей 2-7 связаны с входом интегратора 8, выход последнего с первым входом устройства 11 сравнения, второй вход которого соединен с источ-

НИКОМ 13 порогового напряжения, а выход с вторым входом устройства 9 управления, выходь: последнего соединены с управляющими входами ключей 2-7 и входом Сброс интегратора 8, выход генератора 10 опорной частоты связан с первым входом устройства 9 управления.

Работа устройства иллюстрируется временньми диаграммами (фиг.1), где

показано изменение напряжения на выходе интегратора 8. Устройство 9 управления осуществляет формирование всех управляющих сигналов, а также формирование результата в соответствии с алгоритмом.

В первом цикле Т замыкается ключ 2 и в течение интервала времени Т интегрирует U (напряжение смещения е устройства интегрируется в течение всего времени преобразования независимо от величин, подключаемых на вход). Затем замыкается ключ 3 и интегрирует эталонное напряжение U до момента достижения выходным напряжением интегратора 8 порогового уровня U . С этого момента и до окончания заданного интервала -9 з амыкается ключ 6, при этом интегрируют собственное напряжение смещения (нулевое напряжение). По истечении интервала 0 замыкается ключ 7 и в течение времени t интегрируют опорное нап- ряжение Е. После чего через ключ 4 подключает на вход интегратора 8 эталонное напряжение . Его интегрирование продолжают до момента достижения выходным напряжением интегратора 8 порогового уровня Up с послед5тощим интегрированием напряжения сме щения. По прошествии первого фиксированного интервала Т опять замыкают ключ 7 на время At и повторяют все указанные операции. Затем аналогичные

действия повторяют с эталонным напря- 35 цикле после достижения значения зажением Up/К, причем на интервале времени длительностью, равной Т.

Во втором цикле повторяют всю последовательность действий первого цикла при отключенном преобразуемом напряжении (на интервале Т, замкнут ключ 6).

Устройство 9 управления содержит счетчик 14, триггер 15, с помощью коданного порогового уровня осуществляют интегрирование нулевого напряжения до заданного момента времени, начиная с которого в каждой из пос- 40 ледующих пар одинаковых интервалов времени длительностью Т-К, где Т - фиксированный интервал времени; m - номер пары (т 0,1,2,...,п), интегрируют опорное напряжение поляр

торых осуществляется формирование 45 ностью, противоположной эталонному циклов преобразования Т и Т-, дешиф- напряжению, в течение К-й части фик- раторы 16-21. Формирователь 22 имсированного интервала времени, затем интегрируют эталонное напряжение, уменьшенное в К раз, до достижения значения заданного порогового уровня с последующим интегрированием нулевого напряжения, а в качестве входного напряжения во втором цикле преобразования используют нулевое напряпульсов по концу .каждого цикла формирует импульс сброса интегратора 8.

50

Дешифраторы 16-21 предназначены для вьщеления интервалов времени в соответствии с обозначениями (фиг.З). Триггера 23-26, элементы И 27 и 28, счетчик 29 и логические элементы 3034осуществляют формирование управля- 55 жение, причем при формировании выход- ющих сигналов на ключи 2-7. Устройст- ного кода результат преобразования во управления также содержит блоки находят, как разность интервалов вре35и 36. На логическом элементе 37, мени интегрирования эталонного напря- триггере 38 и счетчике 39 собран фор- жения в первом и втором циклах.

сированного интервала времени, затем интегрируют эталонное напряжение, уменьшенное в К раз, до достижения значения заданного порогового уровня . с последующим интегрированием нулевого напряжения, а в качестве входного напряжения во втором цикле преобразования используют нулевое напрямирователь интервала времени at.

Nf

on

где N - емкость счетчика 29.

Ш

15

30

Результат преобразования получают в виде кода в счетчике 29 путем сумми- 5 рования импульсов частоты f в течение времени интегрирования эталонного напряжения. Направление суммирования (сложение или вычитание) определяет управляющий сигнал с выхода триггера 15. Состояние старшего разряда счетчика 29 однозначно определяет полярность и. Поскольку в счетчике 29 осуществляется суммирование непримыкающих интервалов времени, то с целью исключения накопления погрешности квантования все интервалы времени в первом и втором циклах кван- импульсами частоты f .

20 Формула изобретения

Способ интегрирующего аналого- цифрового преобразования, основанный на осуществлении в первом цикле преобразования интегрирования входного напряжения в течение образцового интервала времени с последующим интегрированием эталонного напряжения до момента достижения им значения заданного порогового уровня и формированием выходного кода, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, введен второй цикл преобразован1-1я, аналогичный первому, при этом в первом

25

данного порогового уровня осуществляют интегрирование нулевого напряжения до заданного момента времени, начиная с которого в каждой из пос- ледующих пар одинаковых интервалов времени длительностью Т-К, где Т - фиксированный интервал времени; m - номер пары (т 0,1,2,...,п), интегрируют опорное напряжение полярностью, противоположной эталонному напряжению, в течение К-й части фик-

сированного интервала времени, затем интегрируют эталонное напряжение, уменьшенное в К раз, до достижения значения заданного порогового уровня . с последующим интегрированием нулевого напряжения, а в качестве входного напряжения во втором цикле преобразования используют нулевое напря

Изобретение относится к электроизмерительной технике. Цель изобре тения - повышение точности и чувствительности. Способ основан на осуществлении в первом цикле преобразования интегрирования входного напряжения в течение образцового интервала времени с последующим интегрированием эталонного напряжения до момента достижения им значения заданного порогового уровня и формировании вьЬсодного кода. Для достижения цели введен второй цикл преобразования, аналогичный первому, при этом в первом цикле после достижения значения заданного порогового уровня осуществляют интегрирование нулевого напряжения до заданного момента времени, начиная с которого в каждом из последующих пар одинаковых интервалов времени длитель- „т V ностью Т {., где Т - фиксированный интервал времени, k7l, m - номер пары (т 0,1,2,... ,п) , интегрируют опорное напряжение с полярностью, противоположной эталонному напряжению в течение k-й части фиксированного ий- тервала времени, затем интегрируют эталонное напряжение, уменьшенное в К раз, до достижения значения заданного порогового уровня с последующим интегрированием нулевого напряжения, а в качестве входного напряжения во втором цикле преобразования используют нулевое напряжение, причем при формировании выходного кода результат преобразования находят как разность интервалов времени интегрирования эталонного напряжения в первом и втором.циклах. 3 шт. (Л оэ ел 00 о со ел

l

Упр. iS .r

фигЗ

Редактор Н.Бобкова

Составитель Н.Козлов Техред.М.Ходанич

Заказ 6009/57Тираж 900Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор М.Максимишинец