Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1989 года по МПК H03M1/26 

на аналоговом коммутаторе 8 и масштабных резисторах 9.1-9.К, регистр 10 сдвига, вспомогательный преобразователь 11 код - ток, регистр 12 после- довательных приближений, блок 13 сравнения токов, выполненный на преобразователе 14 ток - напряжение и компараторе 15 напряжений, основной преобразователь 16 код - ток, вьшолнен- )о ный «а преобразователе 17 код - ток старших разрядов, преобразователе 18 код - ток младших разрядов и резис- тивном делителе 19 тока, триггер 20,

15

1495993.1

выходной регистр 21, вычислительно-управляющий блок 22, информационную выходную шину 23. Особенностью устройства является исключение из результата преобразования температурной составляющей погрешности нелинейности основного преобразователя 16 код - ток, аддитивных и мультипликативных погрешностей аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, управляемого масштабного преобразователя 7 напряжение - ток и блока 13 сравнения токов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

равляющий блок 22, информационную выходную шину 23. Особенностью устройства является исключение из результата преобразования температурной составляющей погрешности нелинейности основного преобразователя 16 код - ток, аддитивных и мультипликативных погрешностей аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, управляемого масштабного преобразователя 7 напряжение - ток и блока 13 сравнения токов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области цифровой измерительной и вычислительной техники и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые. Цель - повышение точности преобразования в широком температурном диапазоне. Аналого-цифровой преобразователь содержит аналоговую входную шину 1, преобразователь 2 температуры в напряжение, источник 3 опорного напряжения, блок 4 резистивных делителей напряжения, аналоговый коммутатор 5, повторитель 6 напряжения, управляемый масштабный преобразователь 7 напряжение-ток, выполненный на аналоговом коммутаторе 8 и масштабных резисторах 9,1 - 9к, регистр 10 сдвига, вспомогательный преобразователь 11 код-ток регистр 12 последовательных приближений, блок 13 сравнения токов, выполненный на преобразователе 14 ток-напряжение и компараторе 15 напряжений,основной преобразователь 16 код-ток, выполненный на преобразователе 17 код-ток старших разрядов, преобразователе 18 код-ток младших разрядов и резистивном делителе 19 тока, триггер 20, выходной регистр 21, вычислительно-управляющий блок 22, информационную выходную шину 23. Особенностью устройства является исключение из результата преобразования температурной составляющей погрешности нелинейности основного преобразователя 16 код-ток, аддитивных и мультипликативных погрешностей аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, управляемого масштабного преобразователя 7 напряжение-ток и блока 13 сравнения токов. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к цифровой измерительной и вычислительной тех- нике и может быть использовано для jпреобразования аналоговых величин в цифровые.

Цель изобретения - повышение точности преобразования в широком темпе- |ратурном диапазоне.

I На фиг. 1 приведена функциональная ; схема аналого-цифрового ареобразова- 1теля; на фиг. 2 - функциональная схема вычислительно-управляющего блока.

Аналого-цифровой преобразователь (фиг. 1) содержит аналоговую входную шину 1, преобразователь 2 температуры в напряжение, источник 3 опорного напряжения, блок 4 резистивных делите- лей напряжения, аналоговый коммута- ;тор 5, повторитель 6 напряжения, управляемый масштабный преобразователь 7 напряжение - ток, выполненный на аналоговом коммутаторе 8 и масштабных резисторах 9.1-9.К, регистр Ю сдвига, вспомогательный преобразователь 11 код - ток, регистр 12 последовательных приближений, блок 13 сравнения токов, В ьтолненный на преобра- зователе 14 ток - напряжение и компараторе 15 напряжений, основной преобразователь 16 код - ток, выполненный на преобразователе 17 код - ток старших разрядов, преобразователе 18

код - ток младших разрядов и резис- тивном делителе 19 тока, триггер 20, выходной регистр 21, вычислительно- управляющий блок 22 и информационную выходную шину 23.

Вычислительно-управляющий блок 22 (фиг. 2) выполнен на центральном процессоре 24, блоке 25 постоянной памяти, блоке 26 оперативной памяти, бло0

5

0

5 0 j

0

5

ке 27 дешифрации, устройстве 28 ввода и блоке 29 остановки-запуска, выполненном на D-триггере.

Основной преобразователь 16 код - ток выполнен на основе избыточного измерительного кода.

В предлагаемом преобразователе в блок 25 постоянной памяти заносятся только веса некорректируемых разрядов, временным дрейфом которых можно пренебречь. Коды, им соответствующие, занимают небольшой объем памяти. При изготовлении преобразователя потребуется проводить измерения только в трех температурных точках (при нормальной температуре, максимальной и минимальной). При функционировании преобразователя при температурах, отличных от измеренных, в вычислительно-управляющем блоке вычисляются значения интересуемых параметров с использованием методов интерполяции.

Данный подход позволяет применять не термостатированный источник 3 опорного напряжения и блок 4 резистивных делителей напряжения, выходные значения напряжений которых в трех температурных точках замеряются в процессе изготовления, заносятся в блок 25 постоянной памяти и используются при вычислении в процессе непосредственного преобразования.

Особенностью преобразователя является исключение из результата преобразования температурной составляющей погрешности нелинейности основного преобразователя 16 код - ток, аддитивных и мультипликативных погрешностей аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, управляемого масштабного преобразователя 7 напряжение - ток и блока 13 сравнения токов. Причем коррекция те 1Г1ературных зависимостей реальных весов для группы точных разрядов и величин опорных напряжений производится с использованием метода интерполяции. Так, практически целесообразным является интерполяция значений функции по некоuft) Г п. ----iHtlt2b..(t-tj-, )(t-tjvo...(t-tK)

(,)(t.-tj..)(t- t7Tr::(

где t, U(t) - текущая, температура и соответствующее ей напряжение;

значения температуры и напряжения в j-м узле интерполяции;

k - число узлов интерполяции .

На этапе изготовления преобразователя в блок 25 памяти вычислительно- управляющего блока 22 заносятся коды, соответствующие весам точных раз- Лзядов, измеренных образцовым средством при различных температурах (например, при нормальной, минимальной и максимальной температурах), а также

коды

К1,

К,

onj onj ,... Konj 9 соответствующие, опорным напряжениям Л|,. , АОП ,.. . ,Ад . источника 3 опорного напряжения и блока 4 резистивных делителей напряжения. При определении те- кущего значения кодов, соответствующих весам точных разрядов или кодов соответствующим опорным напряжениям, преобразователь кодирует выходное напряжение преобразователя 2 температура - напряжение и в соответствии с(1) организует вычислительный алгоритм. В дальнейшем полученные таким образом коды используются для коррекции линейности основного преобразования код ток и коррекции мультипликативной составляющей преобразования. При этом дополнительной погреш- Тности за счет неточного определения кода, соответствующего выходному напряжению преобразователя 2 температура - напряжение, не возникает, так как его требуемая температурная чувствительность невысока.

Предлагаемый преобразователь позволяет проводить кодирование как высоких, так и низких уровней входного сигнала с высокой точностью. При этом из результата преобразования исторому числу экспериментально снятых точек (узлов интерполяции). При этом, воспользовавшись, например, методом интерполяции функций по Лагранжу, искомую функцию U(t), с любой заданной точностью, можно представить в виде многочлена

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ключаются погрешности аналогового коммутатора 5, повторителя 6 напряжения, преобразователя 7 ток - напряжение и блока 13 сравнения токов ввиду .того, что перечисленные блоки охвачены контуром цифровой коррекции. Абсолютные и относительные температурные погрешности масштабных резисторов 9 корректируются при помощи ис-точника 3 опорного напряжения и блока 4 резистивных делителей напряжения.

При этом резисторы блока 4 ре- зистивных делителей напряжения вьтол- няются в микроэлектронном исполнении, абсолютный дрейф которых на 1- 1,5, порядка Бьше относительного. Поэтому их относительным тег-шературным дрейфом можно пренебречь.

Преобразователь функционирует в двух режимах: самоповерки и непосред- Т;твенного преобразования.

Режим самоповерки состоит из четырех циклов.

В первом цикле определяется код, соответствующий температуре окружающей среды. Для этого при помощи аналогового коммутатора 5 к входу повторителя 6 напряжения подключается выход преобразователя 2 температура - напряжение и происходит кодирование. При этом результат кодирования представляет код искомой температуры, который и записывается в блок памяти. Во втором цикле самоповерки происходит исключение погрешности нелиней- ности Для этого определяются коды отклонений весов разрядов преобразователя 17 код - ток старших разрядов от требуемых значений без учета наклона кодирующей характеристики.

Также определяются коды отклонений весов разрядов с учетом температуры окружающей среды и использованием метода интерполяции по Лагранжу.

При помощи аналогового коммутатора 5 5 входу повторителя 6 напряжения под- 1|:лючается шина нулевого потенциала, вспомогательный преобразователь 11 sjcofl - ток формирует вспомогательную аналоговую величину Ag. Каждое значение аналоговой величины А g,. дважды уравновешивается методом поразрядно- о кодирования разрядами основного преобразователя 16 код - ток, один раз с запретом включения поверяемого 1 азрядаз другой раз без запрета. При результаты каждого из двух ко-

N,.,

10

где а р - цифра i-ro разряда кода результата уравновешивания при кодировании при сигнале А .

Цикл заканчивается записью кода смещения пуля блок памяти.

В четвертом цикле самоповерки определяется и исключается мультипликативная (погрешность масштаба) погрешность преобразования.

При функционировании преобразоважирований К и. к 1-го разряда форми-15 ° - переключаются апа- 1.УЮТСЯ в регистре 12 последовательно- логовые коммутаторы 5 и 8, подключая о приближения. По мере формирования кода K g производится формирование его двоичного эквивалента К р при помощи 1 ычислительно-управляю1дего блока 22 20

поочередно через повторитель 6 напряжения опорные напряжения А., , ...дАдг, к масштабным резисторам 9.19.к,

оп j

Далее происходит кодирование каждого из опорных напряжений. По мере формирования кода результата уравновешивания в регистре 12 последовательного .приближения в вычислительно-управляющем блоке 22 формируется код масштаба К по формуле

но формуле -

к г, г,.

де а . - цифра 1-го разряда кода К первого результата уравновешивания;

I NJ. - двоичный эквивалент i-ro

I разряда.

Для кода К g также формируется его

Двоичный эквивалент по формуле

,-ia;.N.. (2)

ihfte а. - цифра i-ro разряда кода К .

.Так как в выражении (2) коды NJ нулю при i, n-m+1 (содержимое

флока памяти нулевое), то код К ра-35 получения кода ) происходит де45

йен коду реального веса 1-го разряда ( ) и записьгоается в блок 26 памяти.

Аналогичным образом производится Определение кодов реальных весов ос- 40 taльныx неточных разрядов с учетом ранее определенных кодов К f .

Второй цикл заканчивается определением кодов реальных весов всех m .неточных разрядов.

При дальнейшей работе в режиме самоповерки происходит определение аддитивной (погрешность нуля) и мультипликативной (погрешность масштаба) погрешностей преобразования,

В третьем цикле самоповерки проис- зсодйт определение смещения нуля всего преобразователя. При этом шина нулевого потенциала подключена к входу повторителя 6 напряжения и проис- Яодит кодирование, в процессе которо- I o форг ируется двоичный эквивалент «ода К по формуле

р . f ление кода К (t) на код К

гл

в результате деления формируется код масштабного коэффициента К , на ко- торьй перемножаются все коды реальных весов неточных разрядов, определенных во втором цикле и хранящихся в блоке 26 памяти вычислительно- управляющего, блока.

Таким образом, коды реальных весов неточных .зрядов определяются с учетом наклона кодирующей характеристики по форгдуле

К

м „

к„„- К

рг рЕ

Цикл заканчивается записью в блок памяти всех кодов Kpj, где они хранятся до проведения следующего цикла поверки.

В режиме непосредственного преобразования входной аналоговый сигнал в зависимости от уровня через аналоговые коммутаторы 5 и 8 постук; 1

N,.,

где а р - цифра i-ro разряда кода результата уравновешивания при кодировании при сигнале А .

Цикл заканчивается записью кода смещения пуля блок памяти.

В четвертом цикле самоповерки определяется и исключается мультипликативная (погрешность масштаба) погрешность преобразования.

При функционировании преобразова ° - переключаются апа- логовые коммутаторы 5 и 8, подключая

поочередно через повторитель 6 напряжения опорные напряжения А., , ...дАдг, к масштабным резисторам 9.19.к,

оп j

Далее происходит кодирование каждого из опорных напряжений. По мере формирования кода результата уравновешивания в регистре 12 последовательного .приближения в вычислительно-управляющем блоке 22 формируется код масштаба К по формуле

К. Za.N.-K

Ml

где а.

., - цифра 1-го разряда кода

результата уравновешивания, ,2,...,К.

Затем в вычислительно-управляющем блоке 22 вычисляется код (t) с использованием соотношения (1). После

р . f ление кода К (t) на код К

гл

в ре

зультате деления формируется код масштабного коэффициента К , на ко- торьй перемножаются все коды реальных весов неточных разрядов, определенных во втором цикле и хранящихся в блоке 26 памяти вычислительно- управляющего, блока.

Таким образом, коды реальных весов неточных .зрядов определяются с учетом наклона кодирующей характеристики по форгдуле

К

м „

к„„- К

рг рЕ

Цикл заканчивается записью в блок памяти всех кодов Kpj, где они хранятся до проведения следующего цикла поверки.

В режиме непосредственного преобразования входной аналоговый сигнал в зависимости от уровня через аналоговые коммутаторы 5 и 8 поступает на вывод одного из масштабных резисторов 9 и преобразуется в рабочий код Крцд методом поразрядного кодирования. Параллельно формированию кода К раб в вычиcJ итeльнo-yпpaв- ляющем блоке 22 происходит формирование выходного двоичного кода с учетом кодов реальных весов, :скорректи- рованных по масштабу, и кода смещения нуля, полученных в режиме само- поверки. Скорректированный выходной код вычисляется по формуле

К

8М)Г

Г a;N(+Ko.

Затем код К д,, переписывается в вы- |Ходной регистр 21 и по управляющему сигналу Окончание преобразования его можно считывать с выходной шины 23. На этом непосредственное преобразование заканчивается.

Формула изобретения

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

отличаю щ и и с я тем, чч-о, с целью повышения точности преобразования в широком температурном диапазоне, введены преобразователь температуры в напряжение, источник опорного напряжения, повторитель напряжения, управляемый масштабный преобразователь напряжение - ток, триггер, блок резистивных делителей напряжения, выполненный на К последовательно соединенных резисторах, вторые выводы первого и К-го резисторов из которых подключены соответственно к выходу источника опорного напряжения и к шике нулевого потенциала, второй вывод первого резистора и первые выводы остальных К-1 резисторов подключены к соответствующим входам с первого по К-й группы информационных входов аналогового коммутатора, второй информационный вход которого подключен к выходу преобразователя температуры в напряжение , третий информационный вход подключен к шине нулевого потенциала, второй управляющий вход объё - динен с первым управляющим входом управляемого масштабного преобразователя напряжение - ток и подключен к второму выходу вычислительно-управляющего блока, выход аналогового коммутатора через повторитель напряжения подключен к информационному входу управляемого масштабного преобразователя напряжение - ток, второй управляющий вход которого подключенного к седьмому выходу вычислительно-управляющего блока, выход подключен к второму входу блока сравнения токов, третий вход которого подключен к выходу вспомогательного преобразователя код - ток, выход - к информационному входу триггера, первый и второй управляющие входы которого подключены соответственно к четвертому и восьмому выходам вычислительно-управляющего блока, третий вход которого подключен к выходу триггера, девятый выход является шиной Окончание преобразования, а четвертый вход подключен к (п+1)-му выходу регистра последовательных приближений.

масштабного преобразователя напряжение - ток, вторые выводы подключены к соответствующим выходам аналогового коммутатора, первый и второй управ- :ляющие входы и информационный вход ;кото1зого являются соответственно перовым и вторым управляющими входами и : информационным входом управляемого }масштабного преобразователя напряже- ние - ток.

ЛО

Л15

fifST

Rffr

2

BO

J)7

Л V

c

&

29

22

Л V

Vг

V

(