Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем Советский патент 1988 года по МПК H03M1/10 

СлЭ

СП

сд

Изобретение относится к области вычислительной, информационно-измерительной и телеметрической техни- / ки, а более конкретно, - к аналого- дискретным преобразователям сигналов. В устройство, содержащее компаратор 1, регистр 13 последовательного приближения, цифроаналоговый преобразователь 8, индикатор 9 окончания переходного процесса, формирователь 10 импульсов, первый 12 и второй 16 элементы И, с целью повьшения технологической надежности введены два делителя 2 и 4 напряжения, конденсатор 5, генератор 6, элемент ИЛИ 14, счетчик 17 импульсов и элемент НЕ 18. 2 ил.

фив1

Изобретение относится к вычислительной, информационно-измерительной и телеметрической технике, а конкретно к аналого-дискретным преобразователям сигналов.

Целью изобретения является повьше- ние быстродействия и надежности.

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 - Q весу младшего разряда преобразователя. Постоянная составляющая U отделяется конденсатором 5. В ходе преобразования производится формирование тактовых импульсов при помощи

|г индикатора окончания переходных процессов 9 и формирователя 10 импульсов. В начале текущего такта преобразования начинаются переходные процессы в ПКН 8, причем первый такт

20 инициируется извне сигналом Пуск. . Во время переходного процесса модуль производной и отличен от нуля.

По завершении переходного процесса модуль скорости изменения UK ста25 новится равным нулю, что регистрируется индикатором 9, который при этом разрешает работу формирователя 10 импульсов. Таким образом, очередной тактовый импульс формируется после

30 завершения переходных процессов текущего такта, т.е. длительность текущего такта -равна реальным задержкам в элементах преобразователя, следовательно, обеспечивается максимальная

Vjc производительность в каждом такТе преобразования. Тактовые импульсы поступают с выхода 1 и через элемент И 12 на вход регистра 13, чем вызывает инициацию следующего такта

40 преобразования.

временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит компаратор 1, делитель 2 напряжения, входную шину 3, делитель 4 напряжения, разделительный элемент 5, выполненный на конденсаторе, генератор 6,выход 7 цифроаналогового преобразователя 8, индикатор 9 окончания переходного процесса, формирователь 10 импульсов с выходной шиной 11, пер- вьй элемент И 12, регистр 13 последовательного приближения, элемент ИЛИ 14, выходную шину 15, второй элемент И 16, счетчик 17 импульсов, элемент НЕ 18, шину 19 Пуск, шину 20 Исправно/готово.

Преобразователь работает следую- образом.

Сигнал Пуск, поступающий по шине 19, устанавливает регистр. 13 и счетчик 17 в исходное состояние, а задний фронт сигнала инициирует запуск регистра 13. Регистр 13 осуществляет выработку сигналов в соответствии с алгоритмом поразрядного уравновешивания, который заключается в установке текущего разряда, формирования соответствующего этому раз ряду компенсирующего напряжения 11, при noMomji ПКН 8 и сравнении компенсирующего напряжения U с измеряемым Ux если Uj

текущего разряда регистра 13 и установка следующего разряда с меньшим весом; если , то производится установка следующего разряда без сброса текущего. Сравнение Uy. и Ux осуществляется токовым способом на резисторах делителя 2, при этом полярность Uj противоположна полярности Uy, что достигается соответствую™ щей запиткой ПКН 8. На первый вход компаратора 1 поступает напряжение модуляции и,. Напряжение модуляции и.м формируется генератором 6, форма колебаний которого может быть произвольной, не симметричной относительно среднего значения сигнала,

на компараторе 1, причем, Ux, то производится сброс

45

50

55

В процессе преобразования производится контроль равновесия при помощи компаратора 1, элемента И 16 и счетчика 17. В случае равновесия на выходе компаратора 1 присутствует серия импульсов, следующих с частотой генератора 6, которые проходят через элемент И 16 на счетный вход счетчика 17. Модуль счета счетчика 17 выбирается больше двух для того, чтобы схема контроля не реагировала на переходы компенсирующего напряжения через уровень измеряемого напряжения: число таких переходов в течение каждого такта при отсутствии равновесия не может превышать двух. 8 начале каждого такта счетчик 17 обнуляется тактовым импульсом, посту

м

определяется быстродей- 1 из соотношения

станем компаратора

.

t m

где , - время задержки компаратора Требуемая амплитуда U устанавливается делителем 4 напряжения и должна составлять величину, равную

5

0

5

В процессе преобразования производится контроль равновесия при помощи компаратора 1, элемента И 16 и счетчика 17. В случае равновесия на выходе компаратора 1 присутствует серия импульсов, следующих с частотой генератора 6, которые проходят через элемент И 16 на счетный вход счетчика 17. Модуль счета счетчика 17 выбирается больше двух для того, чтобы схема контроля не реагировала на переходы компенсирующего напряжения через уровень измеряемого напряжения: число таких переходов в течение каждого такта при отсутствии равновесия не может превышать двух. 8 начале каждого такта счетчик 17 обнуляется тактовым импульсом, посту 1367

пающим от формирователя 10 и проходящим через элемент ИЛИ 14, чтобы не происходило накопление переходных импульсов в течение нескольких тактов. Время задержки выбирается из соотношения

1

, м

10

.

25

30

где т - модуль счета;

f; - частота U/,

для того, чтобы обеспечить требуемое время контроля для обнаружения наличия серии импульсов на выходе компаратора I в случае равновесия преобра- зователя,В неуравновешенном состоянии число импульсов на счетном входе счетчика 17 меньше модуля счета, поэтому его выход имеет значение О. При20

этом на выходе инвертора 18 присутствует уровень 1, который разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 12 и контрольных импульсов через элемент И 16.

В состоянии равновесия компаратор 1 формирует серию импульсов, которая, проходя через элемент И 16, подсчитывается счетчиком 17. При количестве импульсов в серии, равном модулю счета счетчика 17, его выход устанавливается в состояние 1, при этом формируется сигнал Исправно/готово на шине 20. Одновременно выход инвертора 18 приобретает значение О, при 35 этом запрещается прохождение тактовых импульсов через элемент И 12,что приводит-к останову преобразователя, а также запрещается передача импульсов от компаратора 1 через элемент И 16, что (|иксирует состояние счетчика 17 в положение Исправно/готово,

Останов .преобразователя происхо- дит через минимально необходимое для уравновешивания число тактов преобра- 45 зования, поэтому быстродействие такого преобразователя имеет оптимальное значение, так как содержит минимум тактов, длительность которых равна реальным задержкам элементов схемы. 50

В процессе преобразования осуществляется непрерывный самоконтроль преобразователя. При этом отказы регистра 13, ПКН 8, индикатора 9,- формирователя 10, элемента И 12 при- 55 водят к прекращению формирования очередного тактового импульса, и следовательно, не успевает сформироваться сигнал Исправно/готово. Отказы ге-

0

5

0

0

5

5 0

5

155

нератора 6, конденсатора 5, делителя 4, компаратора 1, резисторов делителя 2, элемента И 16, элемента 1-1ЛИ 14, счетчика 17 приводят либо к невозможности уравновешивания и отсутствию импульсов на выходе компаратора I, либо к необнаружению серии импульсов у выхода компаратора 1 в случае равновесия, что также приводит к отсутствию сигнала Исправно/ готово. Отказы элемента ИЛИ 14 и счетчика 17, выражающиеся в наличии сигнала Исправно/rofово, обнаруживаются внешними элементами контроля, так как сигнал Пуск должен обязательно сопровождаться установкой сигнала Исправно/готово в состояние 1. Анализ схемы показывает, что при наличии отказов в преобразователе уравновешивание либо вообще невозможно, либо возможно, но при этом погрешность преобразования не превышает веса младшего разряда преобразователя. Схема контроля при этом адекватно отражает техническое состояние преобразователя. Таким образом обеспечивается достоверность преобразования-.

Преобразователь обладает высоким быстродействием вследствие сокраще- ния количества тактов преобразования до минимально необходимого, а также увеличением достоверности преобразования вследствие охвата самоконтролем более высокого круга узлов преобразователя и введением прямого критерия исправности - наличия равновесия преобразователя.

Наличие глубокого самоконтроля делает возможным использование преобразователя в резервированных системах измерения высокой надежности, причем схема встроенного контроля позволяет создавать резервированные системы с более высокой надежностью и с меньшими аппаратурными затратами, чем, например, мажоритарные системы. Наличие самоконтроля увеличивает время готовности устройства даже в нерезервированных системах

В предлагаемом устройстве обеспечивается самоконтроль, позволяющий производить быструю и точную локализацию отказавшего устройства в составе изделия. Кроме того, быстродействие предлагаемого устройства определяется реальными переходными проце с- сами И составляет 12-15 мкс, тогда

как в базовом объекте время.преобразования одного такта выбрано максимально возможным (40 МКС) и полный процесс преобразования длится 450 МКС.

Кроме того, наличие самоконтроля позволяет повысить надежность базового объекта, в котором будет использован предлагаемый аналого-цифровой преобразователь. Нестационарный коэфг- фициент средней готовности объекта, являющийся одним из показателей безотказности и ремонтопригодности,при

ти Т 1,5 ремонта Tpg, обр аз ов ат елей

моконтроля

гот

Т и- К/Т,

+ Трем/ 0,9876;

среднем времени эксплуатации ч,g. импульсов, элемент НЕ, вход которого среднем времени поиска неисправное- соединен с выходом счетчика импульч, среднем времени сов, вход сброса которого подключен 1 ч и при К 10 пре- к выходу элемента ШШ, первый вход составляет: . которого объединен с тактовым входом

в случае использования АЦП без са- 2о регистра последовательного приближения и соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а второй вход объединен с первым вхо- 25 дом второго элемента И, подключен к выходу элемента НЕ и является шиной са- Исправно/готово, выход генератора через конденсатор соединен с первым входом первого делителя напряжения, 30 второй вход которой является шиной

нулевого потенциала, а выход подклюг- 0,9950. чей к первому входу компаратора,второй вход которого соединен с выходом второго делителя, первьй вход которого является входной шиной, а второй вход соединен с вькодом цифроанало- гового преобразователя, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу второго элемента И, второй вход . 4Q которого объединен с входом данных

2000 2000 + То7ТТ5+Т7

в случае использования АЦП с моконтролем

К.

Т Т

2000 2000 ТО

К Т

рем

X 1

I.

Формула изобрете, ния

Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем, содержащий первый и второй элементы И, компаратор, выход которого соединен с входом данных регистр а последовательного приближения, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами цифроанапогового преобразо35

регистра последовательного приближения, вход запуска которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ и является шиной Пуск.

вателя и являются соответствующими выходными информационными шинами,выход цифроанапогового преобразователя через индикатор окончания переходного процесса соединен с формирователем импульсов, отличающий- с я тем, что, с целью повьпиения технологической надежности за счет увеличения глубины, контроля, в него введены первый и второй делители напряжения, генератор импульсов, разделительный элемент, выполненный на конденсаторе элемент ИЛИ, счетчик

нулевого потенциала, а выход подклюг- чей к первому входу компаратора,второй вход которого соединен с выходом второго делителя, первьй вход которого является входной шиной, а второй вход соединен с вькодом цифроанало- гового преобразователя, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу второго элемента И, второй вход . которого объединен с входом данных

регистра последовательного приближения, вход запуска которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ и является шиной Пуск.

N

%