Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1992 года по МПК H03M1/60 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов.

Известны АЦП, в которых промежуточное преобразование выполняется с помощью преобразователя напряжения в частЬтоу ПНЧ, использующего компенсацию заряда интегрирующего конденсатора. В них ПНЧ содержит интегратор, который выполнен на операционном усилителе с конденсатором в обратной связи и с входными резисторами для преобразования преобразуемого Ux и встроенного эталонного напряжений. Из последнего формируется

эталонный заряд q, который компенсируется до нуля зарядом от тока UX/R. Частота повторения этих операций пропорциональна Ux: Fx Ux/qR. a фиксированный интервал времени Т0 с помощью Fx получается результат преобразования

2

00

ю

СП СО

Fx Ux

TQ

qR

Среди этих АЦП повышенными точностью и быстродействием обладают преобразователи, в которых изменение q и R не влияет на X благодаря выполняемой коррекции с минимальными дополнительными затратами времени по сравнению с То.

Например, выполняется цифровая коррекция результата преобразования, для этого измеряется период to частоты Fo при преобразовании ПНЧ опорного напряжения Uo. Полученная величина to используется для коррекции результата X.

Более высокие характеристики имеет АЦП, в котором, как и в преобразователе, в котором выполняется цифровая коррекция X, кроме того, выполняется дополнительная коррекция X с меньшим квантом и устраняются дополнительные погрешности при выполнении временного квантования.

Обладая повышенной точностью и незначительными дополнительными затратами по сравнению с Т0, этот АЦП имеет преимущество при использовании благодаря простоте его синхронизации и началу преобразования без временных задержек по импульсу пуска его в работу.

АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, первый вход которого соединен с общей шиной, выход - с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого, второго и третьего элементов И, а второй вход - с выходом первого переключателя, первый и второй информационные входы которого являются соответственно первой и второй входными информационными шинами, а вход управления подключен к 1 -выходу первого триггера. (Г-выход которого соединен с Первыми входами четвертого и пятого элементов И, а 0 -вход - с выходом переполнения первого счетчика,счетный вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход пер&ого старшего разряда - к второму входу пятого элемента И, третий вход ко тброго соединен с 0 -выходом второго триггера, а выход соединен с первым старшим разрядом второго счетчика, с входами управления вычитанием второго и третьего счетчиков, входы установки в исхо дное состояние которых объединены, входы млад- . ших разрядов второго счетчика соединены с выходами шестых элементов И, а его выход переполнения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика, бторой вход соединен с выходом седьмого элемента И и объединен с входом распределителя импульсов, выходы разрядов которого соединены с первыми входами шестых элементов И, а также регистр, вход записи которого соединен с выходом первого формирователя импульсов и объединен с входом второго формирователя импульсов, четвертый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый одновибратор, вход которого является шиной Пуск, а Г-выход соединен с входами установки в исходное состояние первого и второго триггеров, 0 -вход последнего из которых соединен с выходом

второго элемента И, второй одновибратор, 0 -выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подсоединен к Г-выходу второго триггера, а выход является шиной Тотовность, третий одновибратор. вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход- с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый одновибратор, десятый элемент И, третий и четвертый элементы

ИЛИ, при этом выход последнего подсоединен к входам установки исходного состояния первого и четвертого Счетчиков, первый вход - к выходу второго формирователя, второй вход - к выходу десятого элемента И,

первый вход которого через четвертый одновибратор соединен с вторым входом и объединен с выходом первого одновибрато- ра, с 1 -входом третьего триггера и с третьим входом первого элемента ИЛИ, выход

которого соединен с входом первого формирователя импульсов, а четвертый вход - с входом второго одновибратора, с первым входом седьмого элемента И, с вторым входом четвертого элемента И и с 1 -выходом

третьего триггера, (Г-выход которого подсоединен к первому и второму входам соответственно одиннадцатого и второго элементов И, 0 -вход - к 1 -входу второго триггера и к выходу третьего элемента ИЛИ,

входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, третий вход первого из них соединен с первым входом последнего и с вторыми входами седьмого и одиннадцатого элементов И. третий

вход последнего подсоединен к 0 -выходу второго триггера, а выход - к входуустанов- ки исходного состояния третьего счетчика, выходы разрядов которого и старшие разряды второго счетчика служат выходными шинами, второй вход третьего элемента И соединен с выходом переполнения первого счетчика, выходы младших разрядов которого и выходы разрядов четвертого счетчика подсоединены к входам разрядов регистра, а

счетный вход - к ёторому входу первого элемента И и к входу умножителя импульсов, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И, второй вход которого через пятый одновибратор соединен с еыходом ПНЧ, выходы разрядов регистра подсоединены к вторым входам шестых элементов И, а вход генератора импульсов соединен с выходом второго элемента И.

В этом АЦП, когда не выполняется преобразование Ux, ПНЧ преобразует опорное

U0 напряжение Do в частоту Fq период

которой tq преобразуется с помощью частоты f генератора импульсов в код . Из него выделяется величина n tqf-n0,

LeJLR.

Uc

-П0.

которая сучетйм tq - равна п

и0

Величина п используетсч для коррек- цяи результата преобразования в процессе

Ux

подсчета импульсов NI ПНЧ fx -Ј- в теq R

чение времени измерения n0/f, .Fx.

С каждым импульсом NI величинах увеличивается на n/По, т.е.

X-N,(.+-i.)-T.F,(1+Jr).

где А - квант АЦП.

No

6 АЦП выполняется также дополнитель- ная коррекцИя зарядов, которые участвуют в формировании NI от напряжения Uo в течение времени т.н от последнего импульса Fq до начала Т0 (заряд qH) и t до первого импульса Fq после Т0 (заряд qK). Заряды qH и qK меньше q, но они вносят дополнительные погрешности в X. Коррекция этих погрешностей осуществляется с помощью преобразования 1н и и в коды пч и пк, которые вычитаются из X и тем самым устраняют влияние ojs и qK. Величина кванта при пол- учении Пн и Пк меныиекванта при формировании NI, это обеспечивает уменьшение кванта работы АЦП и повышает его точность.

Но этот АЦП имеет недостаток, состоящий в том, что перед тем как начать новое преобразование необходимы дополнительные затраты времени на измерение tq, tK и tH. Наибольшие величины последних двух равны tq, поэтому эти временные затраты могут достигать 3tq, что снижает быстродействие АЦП и приводит к потери информации о величине Ux в этом интервале времени при непрерывном преобразовании входного сигнала. Поэтому стоит задача уменьшения или полного исключения этих дополнительных затрат без изменения точностных характеристик АЦП.

Целью изобретения является повышение быстродействия АЦП

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Поставленная цель достигается тем. что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжения в частоту импульсов, первый вход которого соединен с общей шиной, выход - с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого, второго и третьего элементов И, а второй вход - с выходом первого переключателя первый и второй информационные входы которого являются соответственно первой и второй входными информационными шинами, а вход управления подключен к -выходу первого триггера, 0 -выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого элементов И, а 0 -вход - с выходом переполнения первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход первого старшего разряда - к второму входу пятого элемента И, третий вход которого соединен с 0 -выходом второго триггера а выход соединен с первым старшим разрядом второго счетчика, с входами управления вычитанием второго и третьего счетчиков входы установки в исходное состояние которых объединены, входы младших разрядов второго счетчика соединены с выходами шестых элементов И, а его выход переполнения соединен с первым входов второго элементов ИЛИ, выход которого соединен со Счетным входом третьего счетчика, второй вход соединен с выходом седьмого эле- мента И и объединен с входом распределителя импульсов, выходы разрядов которого соединены с первыми входами шестых элементов И, а также регистр, вход записи которого соединен с выходом первого формирователя импульсов и объединен с входом второго формирователя импульсов, четвертый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый одновибратор, вход которого является шиной Пуск, а 1 -выход соединен с входами установки в исходное состояние первого и второго триггеров, 0 -вход последнего из которых соединен с выходом второго элемента И, второй одновибратор, 0 -выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подсоединен к 1 -выходу второго триггера, а выход является шиной Готовность, третий одновибратор, вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход- с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый одновибратор, десятый элемент И, третий и четвертый элементы ИЛИ, в него введены преобразователь напряжения в ток, второй и третий переключатели, ключ, накопительный элемент, выполненный на конденсаторе, и токоограничивающий элемент на резисторе, включенный между третьим входом преобразователя напряжения в частоту импульсов и первым информационным входом второго переключателя, второй вход которого соединен с выходами ключа и преобразователя напряжения в ток, первый и второй входы которого соединены соответственно с первой входной информационной и общей шинами, последняя из которых подсоединена к первому информационному входу третьего переключателя, второй информационный вход которого объединен с второй входной информационной шиной и информационным входом ключа, выходы первого и второго переключателей соединены через конденсатор, а их входы управления объединены и соединены с выходом десятого элемента И. первый вход которого подсоединен кТ-выходу первого триггера и к первому входу третьего элемента ИЛИ,,а второй вход - к 0 -выходу первого одно- вибратора и к второму входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом управления ключа, 1 -выход первого одно вибратрра соединен с входом второго одновибратора и с входом устахов- ки в исходное состояние первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к первому входу восьмого элемента И, второй вход которого объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с вторым входом второго элемента И и соединен с 1 -выходом второго триггера, 1 -вход которого объединен с входом установки в исходное состояние четвертого счетчика, с входом синхронизации генератора импульсов и подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подсоединены соответственно к выходу третьего одновибратбра и к 0 -выходу первого триггера, 1 -вход которого объединен с 0 -входом второго триггера и с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к первому входу седьмого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход пятого элемента И через четвертый одновибратор соединен с входом синхронизации распределителя импульсов, второй вход первого элемента И объединен с 0 -входом первого триггера, 0 -выход второго триггера подсоединен к входу первого формирователя Импульсов, выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки исходного состояния второго счетчика, выходы старших разрядов которого и выходы разрядов третьего счетчика соединены соответственно с входами младших и старших разрядов регистра, выходы разрядов которого являются выходной шиной, а вторые входы шестых элементов И соединены с выходами

разрядов четвертого счетчика.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что дополнительные затраты времени tq, T.H и tic, имеющие место в прототипе, исключаются, а необходимые для коррекции результата преобразования замеры в эти интервалы совмещаются с временем Т0 измерения входного сигнала. При этом информация о его величине в течение этих интервалов времени не4теряется и формируется соответствующий заряд, который учитывается при получении окончательного результата преобразования.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого АЦП; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы.

АЦП содержит входные информационные шины 1 и 2 преобразуемого Ux и опорного U0 напряжений, шины 3 Пуск и 4 Готовность, выходную шину 5, преобразователь 6 напряжения в частоту импульсов, с первого по третий переключатели 7-9, у которых при наличии сигнала на управляющем входе первый вход соединен с выходом и при его отсутствии второй вход соединен

с выходом, ключ 10, у которого вход соединен с выходом при отсутствии сигнала на выходе управления, преобразователь 11 напряжения в ток, конденсатор 12, резистор 13, с первого по четвертый счетчики 14-17,

регистр 18, первый и второй триггеры 19 и 20, с первого по третий одновибраторы 21- 23, четвертый одновибратор 24, первый и второй формирователи импульсов 25, 26. с первого по пятый элементы И 27-31, группу

32 шестых элементов VI, с седьмого по десятый элементы И 33-36, с первого по четвертый элементы ИЛИ 37-40, распределитель 41 и генератор 42 импульсов.

На фиг. 2 обозначены: 43 и 44 - импульсы на Г- и 0 -выходах соответственно од- новибраторов 21 и 22; 45 и 46 - сигналы на 1 -выходах триггеров 19 и 20; 47 - временные интервалы работы элемента И 31; 48 импульс переполнения счетчика 14; 49 - заряд на конденсаторе 12; 50 - импульсы на выходе ПНЧ 6; 51-53 - импульсы на выходе элементов И 33, 29 и 28; 54 - временные интервалы работы распределителя 41; 55 импульсы формирователя 25; 56 - сигнал ответа шины 4.

В АЦП шина 1 соединена с выходом преобразователя 11 и с первым входом переключателя 7, шина 2-е вторыми входами последнего и переключателя 9 и информационнлм входом ключа 10, шина 3-е входом одновибратора 21, шина 4 - с выходом элемента И 35, тина 5 - с выходами разрядов регистра 18, входы разрядов которого подсоединены к выходам разрядов счетчика 16 и старших разрядов счетчика 15, входы установки исходного состояния этих сметчиков соединены с выходом формирователя 26, их входы управления вычитанием соединены с выходом элемента И 31 и с входом первого старшего разряда счетчика. 15, входы младших разрядов которого гюдсоеДй- нены к выходам элементов И 32, а выход переполнения - к первому входу элемента ИЛИ 38, выход которогй Соединен со счетным входом счетчика 16, а второй вход -с выходом элемента И 33 и с входом распределителя 41 .выходы которого подсоединены к первым входам элементов И 32, а вход синхронизации через одновйбратор 24 - к выходу первого старшего разряда счетчика 14 и к второму входу элемента И 31, первый и третий входы которого соединены с вых6да(мй триггеров 19 и 20, которые o6te- динены соответственно с первым и вторым входами элементов И 30 и ИЛИ 40 и с входом формирователя 25, выход которого соединен с входом формирователя 26 и входом записи регистра 18, вторые входы элементов И 32 соединены с выходами разрядов счётчика 17, вход установки исходного состояния которого подсоединен к входу генератора 42, к 1 -входу триггера 20 и к выхбйУ элемента И 29 а счетный вход - к вЫходУ элемента И 34, первый вход крторого соединен с выходом генератора 42 и со счетным входом счетчика 14, а второй вход - С, третьим входом элемента ИЛИ 37, с вторйми входами элементов И 28 и 35 и с 1 -выходом триггера 20, 0 -вход крторого подсоединен к выходу элемента И 28, к второму входу элемента ИЛИ 39 и к 1 -входу триггера 19, 1 -выхрд которого соединен с первыми входами элементов И 36 и ИЛИ 39 и с входом управления переключателя 7, .0 -вход

-с выходом переполнения счетчика14 и с вторым входом элемента И 27, входы установки исходного сойтой нйя триггеров 19 и 20 сйёдйнейы с одноимён н:ым входом счетчика 14, с входом одновибратора 22 и с 1 -выходом одновибратора 21, 0 -выход которого подсоединен к вторым входам элементов И 30 и 36, выходы которых соединены с входами управления соответственно ключа 10 и переключателей 8 и 9, выходы последних соединены через конденсатор 12, второй вход первого - с выходами преобразователя 11 и ключа 10. а первые Входы

-соответственно через резистор 13 с третьим и с первым входами ПНЧ 6, последний из

которых соединен с общей шиной и с вторым входом преобразователя 11. выход переключателя 7 соединён с вторым входом ПНЧ 6, выход которого подсоединен к первым входам элементов И 27, 28 и 29;и ИЛИ 37, второй вход которого соединён через одновйбратор 23 с выходом элемента И 2.7. и с первым входом элемента ИЛИ 40, а выход- с вторым входом элемента И 33, первый вход которого подсоединён к выходу элемента ИЛИ 39, выход элемента ИЛИ 40 соединён с вторым входом элемента И 29, а выход одновибратора 22 подсоединен к первому входу элемента И 35

АЦП работает следующим образом.

По сигналу пуска шины 3 запускается одновйбратор 21, он -выхода импульсом 43устанавливаете Исходноесостояние О триггеры 19 и 20 и счетчик 14. С по -

мощью последнего и: импульсой частоты f генератора 42 формируется время Т0 измерения входного налряжейия Ux. В АЦП сохранены сротношени й параметрами

прототипа: T0 No/Fq, Fq - максимальная частота ПНЧ 6 при преобразований опорного

напряжения в результате компенсации эталонного зарядаi q т бком Uo/R за время

tq 1/Fq;q tq; f Non0Fq: пр и N0 - ем . ;..:. . :, ., ; R . ..-..- v... -. .. - ..

кость старших и младших разрядов счетчика 15, емкость счетчика 16 равна N0, емкость

: .;т ,2 - 1.

счетчика 14 равна NO п и Тс

По

N, hpt,. где /f - временной квант АЦП.

В течение импульса 43 отсутствие сигнала с 0 -выхода одновибратора 21 запрещает работу Элементов И 30 и 36, на их выходах сигналы отсутствуют. Поэтому в ключе 10 вход и выход закорачиваются и к ним подключается с помбщью переключателей 8 и 9 конденсатор 12, который, если имел заряд 49. разряжается. . - После Окончаний импульса 43 сигнал с выхода элемента И 30 разъединяет вход и выход ключа 10 и конденсатор начинает заряжаться тохом Ux/R. сформированным преобразователем It...который, например, может быть выпблнен ri.виде эМиттерного повторителя или на основе операционного усилителя с токовым выходным элементом.

Со снятием импульса 43 начинается подсчет импульсов fa счетчике 14 до его переполнения (импульс 48) по истечении времени То.

Отсутствие сигнала 45 на входе управления переключателя 7 обеспечивает подачу напряжения U0 на вход ПНЧ 6, который формирует импульсы 50. Первый из них проходит через элемент И 29, работа которого разрешена сигналом с 0 -выхода триггера

19, прошедшим .через элемент ИЛИ 40. Выходной импульс 52 элемента 29 устанавливает в исходное состояние счетчик 17, синхронизирует начало очередного импульса f генератора 42 и устанавливает а 1 триггер 20, Его выходной сигнал 46 разрешает работу элементов И 28. 34 и 35, а снятие сигнала с его (Г-выхода запускает формирователь 25, который запускает формирователь 26, устанавливающий исходное состояние в счетчиках 15 и 16.

Сигнал 46 будет действовать до появления второго импульса 50, который проходит через элемент И 28 и устанавливает импульсом 53 в О триггер 20.

За время tq действия сигнала 46 в ПНЧ 6 заряд q компенсируется до нуля током

Uo/R, т.е. q- tq. Длительность tq преоб- к

разуется в код пч с помощью счетчика 17 и импульсов генератора 42, которые проходят через элемент И 34 в течение tq на его вход. .

При номинальном значении q0 длительность ц будет -равна to. которой соответствует код N0n0 при преобразований с помощью импульсов f(). Изменение q приводит к величине nq-tof+n-Nono+n.

При дальнейшем преобразовании будет использована величина п, поэтому емкость счетчика 17 выбирается с учетом максимальной величины п, наличие старших разрядов, где находилась бы величина N0n0, не требуется;

За время сигнала 46 получены величины кода п и заряда q

q

Up . No n0 + rt

а за время после начала Т0. равного (tt+tq), в конденсаторе 12 накопился заряд

qc

Ux1 Я

(tl+tq).

По импульсу 53 сигнал 46 триггера 20 снимается и устанавливается сигнал 45 триггера 19. По нему с помощью переключателя 7 к ПНЧ 6 подключается напряжение Ох, ас помощью переключателей 8 и 9 конденсатор 12 включается между общей шиной и резистором 13, который подключен к входу операционного усилителя ПНЧ 6. К этому входу подключены внутренние для ПНЧ интегрирующий конденсатор и входной резистор, с помощью которого Ux преобразуется в ток . Этот трк и ток fc от конденсатора 12 компенсируют эталонный заряд q ПНЧ 6, на выходе которого формируются х + Ic

импульсы 50 с частотой Fx

В течение времени действия сигнала 45, который снимается с окончанием То, ПНЧ б сформирует NX импульсов, т.е. NX зарядов q будет скомпенсировано зарядами от Ux и qc. Последний будет полностью передан в конденсатор ПНЧ 6 за время до полного разря- да конденсатора 12 через резистор 13. Параметры последних выбираются из условия обеспечения их постоянной времени, Значительно меньшей Т0. После разряда конденсатора 12 ПНЧ 6 будет преобразовы- вать в частоту ток 1Х. Поэтому можно записать уравнение:

Nxq--(T0-ti-tq) + qc--.To

20

или

NX

5

0

5

0

5

5

В АЦП выполняется опережающий подсчет импульсов NX счетчиком 16, т.е. сначала подсчитывается импульс 53, который проходит через элементы ИЛИ 39, И 33 и ИЛИ 38 на вход счетчика 16, а последний импульс в NX не подсчитывается, как будет показано ниже.

С каждым импульсом Nx, который проходит на вход счетчика 16 от ПНЧ 6 через элементы ИЛИ 37 и И 33, работа которого разрешена сигналом 45, прошедшим через элемент ИЛИ 39, запускается распределитель Импульсов 41. На его выходах последовательно во времени будут возникать импульсы, которые проходят через элементы И 32, имеющие на вторых входах сигналы Г с выходов разрядов сЧетчика 17, хранящего код п. Импульсы с выходов элементов И 32 поступают на счетные входы младших разрядов счетчика 15. За время работы распределителя (интервалы времени 54) благодаря этим импульсам в счетчике 15 выполняется поразрядное суммирование кода л с хранящимся в нем кодом, г v Счетчики 15 и 16 объединены через элемент ИЛИ 38. поэтому в этом объединенном счетчике 15 и 16, если вес младшего разряда равен единице, то вес младшего разряда 0 счётчика 16 будет равен N0n0, т.е. величине, равной емкости счётчика 15. С учетом этого при суммировании Nx и л в объединенном счетчике 15-1 б будет образовываться величина ; .;:У;-.. /..: - ;..:. , . :. . . ::

NcrNxNono+Nxho.

С окончанием Т0 импульс 48 установит в О триггер 19, сигнал 45 снимается и переключатели 7,8 и 9 осуществляют подключение напряжения U0 к ПНЧ б и конденсатора 12 между шиной 2 и выходом

преобразователя 11. В ПНЧ 6 с этого момента компенсирующий ток 1Х изменен на 10

-, а конденсатор 12 начинает заряжатьU0

СЯ ТОКОМ Ux/R.

Если последний из Nx импульсов не совпал с окончанием Т0, то в ПНЧ б выполнена частичная компенсация заряда q током х до окончания То с образованием заряда qK, a затем эта компенсация заканчивается током 10. но уже в следующем такте формиро- вания То. Для учета величина дк длительность временного интервала tn между импульсами 48 и 50 (первым из них в l-такте То) преобразуется в код .fp с помощью частоты импульсов , снимаемой с выхода переполнения первого старшего разряда счетчика 14. Использование для этих целей частоты f нецелесообразно, т.к. в этом случае получаемая разрешающая способность намного будет больше достижимой точности измерения tn.

Выделение временного интервала tn 47 осуществляется с помощью элемента И 31 по сигналам с 0 -выходов триггеров 19 и 20. Через элемент И 31 проходят импульсы fp на счетный вход первого старшего разряда счетчика 15 и на входы управления вычитанием счетчиков 15 и 16. За время tn число этих импульсов будет равно и они будут уменьшать код Nc в счетчике 15-16, вычитаясь из него с весом М0

Импульс 50 ПНЧ 6, соответствующий второму или I импульсу 52, по которому закончился временной интервал tn 47. не проходит на счетчик 16, т.к элемент И 33 закрыт. Но он уже был учтен, когда счетчиком 16 был подсчитан первый импульс 52. Поэтому с окончанием tn и с учетом этого импульса в счетчике 15-16 будет получен код

NcHNx+lXNon0+n pNo.

Особый случай в работе АЦП происходит при совпадении последнего импульса NX с импульсом 48 окончания Т0, когда не требуется выполнения коррекции Q из-за отсутствия этого заряда и подсчета этого импульса счетчиком 16 В АЦП это реализуется с помощью элемента И 27. одновибра- тора 23 и элемента ИЛИ 37. При совпадении этих импульсов выходной импульс с элемента И 27 передним фронтом запускает одно- вибратор 23, выходной сигнал которого в элементе ИЛИ 37 увеличивает длительность импульса 50, обеспечивая его окончание после снятия сигнала 45. Последний импульс NX пройдет через элемент И 29, т.к. сигнал с выхода одновибратора 23 прошел через элемент ИЛИ 40 и разрешил его работу, и установит в 1 триггер 20. Его сигнал 46

запретит прохождение (снятие) сигнала с выхода элемента ИЛИ 37 и тем самым исключит подсчет последнего импульса Nx счетчиком 16. Временной интервал tu будет

отсутствовать, как показание на фиг 2 для второго такта Т0 и второго импульса 48, и сразу начинает формироваться временной интервал tq, в течение которого заряжается конденсатор 12.

Коррекция результата преобразования на рМо не выполняется, и преобразование заканчивается.

В сформированной в счетчике 15-16 величине Nd коду (Nx+1) соответствует в ПНЧ

6 компенсация заряда (Nx+1)q зарядом от Ux в течение Т0 и зарядом q«. Поэтому уравнение этой компенсации зарядов в ПНЧ 6 примет вид (Nx+1)q

Ux -г

-5- .To+q. откуда с учетом К

20 величины q получим:

хк. ,л/ Ux -.- . Uo . R f

(Nx+IKlTTo +ПГ 1 )uo(N0r,0+r.)

25 -oSrTe+t1l Nonl+n

Используя величины (Nx+1). p и fp и подставив их в NC1. получим значение этого 30 кода в счетчике 15-16 Nci3;(4r-To+tii)-f-tiiN0-rf- -}.Nono

U0 No U0

Код NC1 представляет собой результат преобразования Ux. но в нем младшие разряды не несут информации о величине Ux, т.к. при коррекции дк они не участвовали в работе. Поэтому запись кода результата преобразования Хр в регистр 18 выполняет- ся из всех разрядов счетчика 16 и только из старших разрядов счетчика 15. Если принять вес младшего разряда 18 равным единице, то величина Хр будет равна:

Хп -

Nci , Ux No Uo

Uc

NO П0

Ux

АР

где До .. ° - квант АЦП.

No По

Запись кода Хр в регистр 18 осуществляется импульсом 55 формирователя 25 по снятию сигнала с 0 -выхода триггера 20. Код Хр передается по шинам 5, а о готовности информирует сигнал 56 по шине 4 с выхода элемента И 35, работа которого разрешается сигналом 44 с 0 -выхода одно- вибратора 22. В первом такте Т0 после импульса 43 сигналы 44 и 56 отсутствуют, т.к. преобразование только начинается. Все

последующие за первым такты Т0 работы

АЦП выполняются без промежутков между ними, которые требовались в прототипе для выполнения коррекции результата преобразования и оценки времени tq с получением величины п..

Таким образом, потери времени до и после То, имеющие место в npOTOTHTie, в данном АЦП исключены и тем самым повышено его быстродействие. Этому способствует также свойство АЦП, состоящее в том, что его работа при внешнем запуске начинается без задержек и независимо от операций и моментов времени в выполняемом такте его работы.

При реализации АЦП необходимо учитывать, что счетчики 14 и 17, триггеры 19 и 20, элементы И 27, 28, 29, 30, 34, 36 и Генератор 42 должны работать на высоких частотах и для исключения временных задержек, которые могут привести к дополнительным ошибкам, их необходимо выполнять на быстродействующих интегральных схемах, например, серии 100 или 500. Необходимость этого применения зависит of количественных величин То. Fq, No и По. Так, если мс; кГц; , то мГц, что требует применения интегральных схем этих серий.

Наличие в АЦП режима коррекции зарядов, меньших q, с квантами, по величине в по раз меньшими периода максимальной частоты Fq работы ПНЧ, позволяет перераспределить величины Fq. N0 и п0, т.е. установить более низкую частоту Fq, снизив значение No, но увеличить п0, чтобы оставить без изменения точность преобразования. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить частоту f генератора.

Так, при уменьшении Fq до 10 кГц, что при сохранении мс приведет к установлению величин No 200 и По is 40, максимальная частота генератора может быть снижена до 80 МГц. В этом случае при реализации АЦП упомянутые элементы мбгут быть выполнены на интегральных схемах с меньшим быстродействием, например,1 на схемах серии530 или 555, :-

Веб.это показывает, что при реализации в АПЦ будет сохранена точность прототипа, устранены его недостатки и будет повышено быстродействие за счет исключения дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения входного напряжения.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжения в частоту импульсов, первый вход которого соединен с общей шиной, выход - с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого, второго и третьего элементов И, а второй вход - с выходом первого переключателя, первый и второй информационные входы которого являются соответственно первой и

второй информационными шинами, а вход управления подключен к Г-выходу первого триггера, 0 -выход которого соединен с первыми входами четвертого и пятого Элементов И, а 0 -вход с выходом переполне0 ния первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход первого старшего разряда - к второму входу пятого элемента И, третий вход которого соединен с 0 -выхо5 дом второго триггера, а выход соединен с первым старшим разрядом второго счетчика, с входами управления вычитанием второго и третьего счетчиков, входы установки а исходное состояние которых объединены.

0 входы младших разрядов второго счётчика соеднены с выходами шестых элементов И, - а его выход переполнения соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом

5 третьего счетчика, второй вход соединен с выходом седьмого элемента И и объединен с входом распределителя импульсов, выходы разрядов которого соединены с первыми входами шестых элементов И, а также ре0 гистр, вход записи которого соединен с выходом первого формирователя импульсов и объединен с входом второго формирователя

импульсов, четвертый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом восьмого эле5 мента И, первый одновибратор, вход которого является шиной Пуск, а 1 -выход соединен с входами установки в исходное состояние первого и второго триггеров, Он- вход последнего из которых соединен с вы0 ходом второго элемента И, второй одновибратор, Н0 -выход которого соединен с первым входом девятого элемента И, второй вход которого подсоединен к Г-выходу второго триггера, а выход является шй5 ной Готовность, третий однОбибратор, вход которого соединён с выходом первого элемента И, а выход с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый одновибратор, десятый элемент И, третий и четвер0 тый элементы ИЛИ, б т л и ч ею щ и и С я тем, что. с целью повышения быстродействия, в негр введены преобразователь напряжения в ток. второй и третий переключатели, ключ, накопительный элё5 мент, выполненный на конденсаторе, и токоограничивающий элемент на резисторе, включенный между третьим входом преобразователя напряжения в частоту импульсов и первым информационным входом второго переключателя, второй вход которого соединен с выходами ключа и преобразователя напряжения в ток, первый и второй входы которого соединены соответственно с первой входной информационной и общей шинами, последняя из которых подсоединена к первому информационному входу третьего переключателя, второй информационный вход которого объединен с второй входной информационной шиной и информационным зходон ключа, выходы первого и второго переключателей соединены через конденсатор, а их входы управления объединены и соединены с выходом десятого элемента И, первый вход которого подсоединен к Г- выходу первого триггера и к первому входу третьего элемента ИЛИ, а второй вход - к 0 -выходу первого одновибратора и второму входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом управления ключа, Г-выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора и входом установки в исходное состояние первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к первому входу восьмого эле- мента И, второй вход которого объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, вторым входом второго элемента И и соединен с 1 -выходом второго триггера, 1 -вход которого объединен с входом установки в ис-

ходное состояние четвертого счетчика, с входом синхронизации генератора импульсов и подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подсоединены соответственно к выходу третьего одновибратора и к 0 -выходу первого триггера, Г-вход которого объединен с 0 -входом второго триггера и вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к первому входу седьмого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход пятого элемента И через четвертый одновибратор соединен с входом синхронизации распределителя импульсов, второй вход первого элемента И объединен с 0 -входом первого триггера. 0 -выход второго триггера подсоединен к входу первого формирователя импульсов, выход второго формирователя импульсов соединен с входом установки исходного состояния второго счетчика, выходы старших разрядов которого и выходы разрядов третьего счетчика соединены соответственно с входами младших и старших разрядов регистра, выходы разрядов которого являются выходной шиной, а вторые входы шестых элементов И соединены с выходами разрядов четвертого счетчика.

j

Pur 2

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и испытаний изделий и управления технологическими процессами Целью изобретения является повышение быстродействия. АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, переключатель, четыре счетчика, два триггера, четыре одновибратора. два формирователя импульсов, элементы И и ИЛИ, генератор и распределитель импульсов. Новым является введение преобразователя напряжения в ток, двух переключателей, ключа, конденсатора и резистора, благодаря которым совмещается во времени преобразование входного сигнала в код и коррекций результата преобразования, поэтому не требуется дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения входного сигнала и тем самым повышается быстродействие преобразователя. 2 ил. (Л С