Преобразователь переменного напряжения в код Советский патент 1989 года по МПК H03M1/46 

S,

О)

Изобретение относится к информа- ционно-иэмерительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах и регистраторах.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение частотного диапазона.

На чертеже представлена функциональная схема преобразователя.

Устройство содержит входную шину 1 компаратор 2, D-триггер 3, цифроана- логовый преобразователь (ЦАП) 4,триг герный регистр 5 на D-триггерах,формирователь 6 импульсов, D-триггер 7, элемент И-НЕ 8, RS-триггер 9, регистр 10 сдвига на D-триггерах, счетчик 11 импульсов, переключатель 12 частотного режима, инвертор 13 и шину 14 Конец преобразования.

Устройство работает следующим образом.

Поступанщее измеряемое переменное напряжение формируется формирователем 6 в одно полярные положительные импульсы с крутыми фронтами, которые поступают на С-вход D-триггера 3, устанавливая его в О по прямому выходу, который соединен с D-входами D-триггеров триггерного регистра 5. Одновременно эти же импульсы через переключатель 12 и инвертор 13 поступают на С-входы D-триггеров регистра 10. Однополярные (короткие) положительные импульсы с круглыми фронтами формируются на выходе фор мирователя 6 в моменты перехода через О накопительного полупериода напряжения в отрицательный полупериод, чтобы можно было компенсирующее напряжение заблаговременно подать на компаратор 2, т.е. во время отрицательного полупериода и до появления положительного полупериода переменного напряжения, которьш на участке возрастания используется в качестве развертьшающегося напряжения, сравниваемого компаратором 2 с компенсирующим напряжением от ЦАП 4. В связи с этим необходима высокая чувствительность формирователем 6 по входу, поэтому он содержит усилитель-ограничитель на входе и формирователь короткого импульса на выходе.

Преобразование начинается с приходом сигнала Запуск, поступающего н С-вход D-триггера 7, который при это устанавливается в

1, деблокируя

5

0

5

0

5

0

0

5

элемент 8. Ближайший к моменту запуска положительный импульс с формирователя 6 преобразуется элементом 8 в короткий отрицательный импульс, который устанавливает по S-входам D-триггеры регистра 10 в единичное (исходное) состояние, D-триггер старшего разряда регистра 5 - в .1, а остальные D-триггеры - в О. Одновременно импульс с выхода элемента 8 устанавливает. D- и RS-триггеры 7и9 в состояние О. При этом D-тригге- ром 7 блокируется вход элемента 8 и прекращается действие импульса на его выходе, т.е. заканчивается запуск устройства и начинается преобразование.

С выхода ЦАП 4 на компаратор 2 поступает напряжение Оцд. и,,. , где Up - напряжение, соответствующее младшему разряду; N - разрядность преобразователя, при .котором на выходе компаратора образуется 1, не воздействующая на D-триггер 3, кото-, рый остается в нулевом состоянии. Если амплитуда измеряемого (преобразуемого) напряжения превышает уровень Ицд, то на выходе компаратора вырабатывается О, по которому D-триггер 3 перейдет в единичное состояние и запомнит О компаратора 2 на все остальное время такта. По окончании положительной полуволны входного сигнала на вьгходе инв ертора 13 образуется положительньй фронт импульса, по которому О с RS-тригге- ра 9 запишется в D-триггер (N-l)-ro старшего разряда регистра 10, который переключит триггер 9 в состояние 1.

При этом в сост ояние 1 перейдет также второй (Ы-2)-й В-триггер регистра 5 и с него на С-вход первого (N-l)-ro D-триггера поступит положи- с тельный фронт импульса, которым 1 с выхода D-триггера 3 будет подтверждено единичное состояние D-триггера старшего разряда регистра 5

Если же амплитуда измеряемого напряжения меньше уровня , то крмпаратор 2 вьщаст 1 и D-триггер 3 останется в о. В момент поступления положительного фронта импульса на С-вход D-триггера регистра 5 в него будет записан О, т.е. этот Вгтриг- гер сбросится.

С приходом следующего (второго) периода положительньш импульс с формирователя 6 установит D-триггер 3 .

опять в о, а отрицательный фронт импульса произведет сдвиг О в регистре 10 впраро. На выходе второго D-триггера регистра 10 возникнет О по которому третий (К-З)-й D-триггер регистра 5 перейдет в 1, поступающую на ЦАП 4 и С-вход второго (N-2)-ro D-триггера регистра 5, в который произойдет запись по D-входу состояния D-триггера 3 во втором периоде (такте), входного сигнала и так до тех пор, пока не будет опрошен D-триггер младшего разряда регистра 5 с помо1дью последнего D-триггера регистра 10, который выдаст сигнал.. Конец преобразования.

Таким образом, в триггерном регистре 5 по каждому периоду входного сигнала вырабатывается код его амплитуды в -соответствии с состояниями компаратора 2 и триггера 3,

Время преобразования tp,. определяется разрядностью N и периодом следования Т измеряемого напряжения:

tnp N T.

Частотный диапазон преобразователя зависит в основном от быстродействия ключей ЦАП, время срабатывания которых составляет 1-2 мкс. Поэтому дпя преобразования напряжения частотой выше 1 МГц устройство содержит счетчик 11, который делит входную частоту импульсов, сформированных формирователем 6 и поступающих на син- хровходы D-триггеров через переключа- тель 12 и инвертор 13. При этом допустимая частота преобразуемого напряжения повьш1ается до 10-16 МГц и определяется уже быстродействием компарато- .ра 2 и связанного с ним D-Триггера 3. Срабатывание компаратора несколько раз за один такт сдвигающих импульсов не влияет на параметры преобразовате- .ля, такие как точность и быстродействие. Без каких-либо ,изменений преобразователь может измерять амплитуду импульсов.

Формула изобретения

Преобразователь переменного напряжения в код, содержащий компаратор, первый Вход которого объединен с инверсным входом формирователя импуль- сов и является входной шиной, второй вход соединен с выходами цифроанало- гового преобразователя, входы которого поразрядно соединены с соответст

, ер оста )5

0

0

5

5

0

5

0

5

0

вующими выходами триггеров триггерно- гр регистра и являются выходной шиной, регистр сдвига на D-триггерах, С-входы которых объединены, отличающийся тем, что, с целью, повьшения надежности и расширения частотного диапазона, в него введены два D-триггера, RS-триггер, элемент И-НЕ, счетчик импульсов, переключатель частотного режима, инвертор, а. триггерный регистр вьтолнен на D-триггерах, причем выход инвертора соединен с С-входом первого D-триггера регистра сдвига, а вход - с выходом переключателя частотного режима, первые входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика импульсов, второй вход переключателя частотного режима объединен с входом счетчика импульсов, первым входом элемента И-НЕ, С-входом первого D-триггера и соединен с выходом, формирователя импульсов, D-вход первого D-триггера является шиной нулевого потенциала, S-вход соединен с выходом компаратора, R-вход объединен с R-входом второго D-триггера, S-входом первого D-триггера триггерного регистра, R- входами остальных D-Триггеров триг,- герного регистра, S-входами D-триггеров регистра сдвига, инверсным R-входом RS-триггера и соединен с выходом элемента И-НЕ, второй вход которого соединен, с выходом второго D-триггера, С-вход которого является шиной запуска, D-вход - шиной логической единицы, выход RS-триггера соединен с D-входом первого D-триггера регистра сдвига, выход первого D-триггера регистра -сдвига соединен с D-входом второго D-триггера регистра сдвига, инверсным S-входом RS-триггера и S-входом второго D-триггера триггерного регистра, выход каждого i-ro D-триггера регистра сдвига,кроме первого D-триггера, соединен с D-ВХОДОМ (i+l)-ro D-триггера регистра сдвигай S-входом (i+l)-ro D-триггера триггерногорегистра, выход последнего D-триггера регистра сдвига соединен с С-входом последнего D-триггера триггерного регистра и является шиной - Конец преобразования, выход первого D-триггера соединен с D-входами йсех D-триггеров триггерного регистра, С-вход i-ro D-триггера триггерного регистра соединен с выходом (i+-l)-ro D-триггера триггерного регистра.

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах и регистраторах. Изобретение повышает надежность работы и расширяет частотный диапазон. Это достигается тем, что в преобразователь переменного напряжения в код, содержащий компаратор 2, цифроаналоговый преобразователь 4, формирователь 6 импульсов, триггерный регистр 5, регистр сдвига 10 на D-триггерах, введены два D-триггера 3, 7, RS-триггер 9, элемент И-НЕ 8, счетчик 11, переключатель 12 частотного режима, инвертор 13, а триггерный регистр 5 выполнен на D-триггерах. 1 ил.