АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/46 

В современных системах автоматического управления с применением управляющих вычислительных машин (УВМ) значительная часть информации о состоянии управляемого объекта передается с помощью электрических аналоговых сигналов. Поэтому в составе устройства связи с объектом (УСО) большинства УВМ имеется многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Паличие коммутатора аналоговых сигналов в многоканальном АЦП приводит к значительному сокращению оборудования УСО, однако при этом сиижается скорость передачи в цифровую часть УВМ информации от датчиков управляемого объекта. Объясняется это тем, что на переключение каналов в коммутаторе требуется определенное время, которое часто соизмеримо со временем аналого-цифрового преобразования, а иногда даже превышает его. Время переключения каналов в коммутаторе во многом определяется параметрами реактивных элементов, имеющнхся в цепи датчик - канал коммутатора - вход АЦП.

Известно, что аналого-цифровое преобразование, основанное на одном из трех классических сиособов преобразования, можно начинать лишь после окончания переходного процесса на входе АЦП, вызванного переключением каналов в коммутаторе. В противном случае погрешность преобразования

значительно превысить допустимую величину. Обычно переходный процесс на входе АЦП считается законченным в тот момент, когда разность между текущим значением сигнала на входе АЦП и его установившимся значением становится и остается в дальнейщем меньше величины, эквивалентной половине кванта аналого-цифрового преобразования. Поэтому для сокращения общего времени

коммутации н преобразования аналоговых сигналов многоканальные АЦП выполняют на основе различных комбннированных или специальных способов аналого-цифрового преобразования, позволяющих начинать аналогоцифровое преобразование, не дожидаясь окончания переходного процесса на входе АЦП.

При этом окончание аналого-цифрового преобразования часто удается совместить по времени с окончанием переходного процесса.

Одним из простых и эффективных способов, который может быть применен для этой цели, является последовательное накопление с обратной связью и имеющимся периодом следования счетных импульсов. При этом компенсирующий сигнал (сигнал обратной связи) формируется в виде ступенчато нарастающего сигнала с одинаковыми по амплитуде и уменьщающимися по длительности ступенями. Можно показать, что погрешность преобразования

nee можно заканчивать одновременно с окончанием переходного процесса на входе АЦП, если суммарная длительность f для к ступеней, начиная с первой, определяется выражением

т1п(1+л:),

где т - постоянная времени цепи датчик-канал коммутатора-вход АЦП.

Здесь следует заметить, что в подавляющем большинстве случаев закон изменения сигнала на входе АЦП при переключении каналов в коммутаторе близок к экспоненциальному.

Предлагаемый аналого-цифровой преобразователь отличается от. известных тем, что в схему добавлены генератор пилообразного напрял :ения, дополнительное сравнивающее устройство и логарифмирующее устройство. При этом требования по точности и линейности к этим дополнительным устройствам значительно менее жесткие, чем к основным узлам АЦП: ЦАП и основному сравнивающему устройству.

На фиг. 1 изобрал ;ена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 - характеристики генератора пилообразного напряжения и логарифмирующего устройства.

Устройство функционирует следующим образом.

По сигналу «Пуск устройство управления I запускает генератор 2 пилообразного напряжения. В моменты равенства выходных сигналов генератора 2 и логарифмирующего устройства 3 дополнительное сравнивающее устройство 4 фомирует на своем выходе импульсные сигналы, ноступающие на счетный вход 5 счетчика 6. С поступлением каждого счетного импульса компенсирующий сигнал а, проходящий на основное сравнивающее устройство 7, увеличивается на одну ступеньку, образуя следующий больший уровень квантования. Длительность каждого уровня квантования на выходе цифро-аналогового преобразователя обратной связи 5, начиная с первого, уменьшается в соответствии с вышеупомянутым законом.

Автоматическое формирование длительностей этих уровней квантования поясняется характеристиками генератора пилообразного напряжения и логарифмирующего устройства, приведенными на фиг. 2, где обозначено:

б - сигнал на входе логарифмирующего устройства;

е - сигнал на выходе логарифмирующего устройства;

г - характеристика логарифмирующего устройства;

д- ось времени;

е - выходная характеристика генератора

пилообразного напряжения; ж - дискретные значения компенсирующего

сигнала (уровни квантования); и - моменты времени, соответствующие последовательным изменениям компенсирующего сигнала.

Простое и надежное логарифмирующее устройство мо}кет быть выполнено в виде последовательного соединения резистора 9 и кремниевого диода 10. Известно, что прямая ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого диода с достаточной точностью соответствует следующему аналитическому выражению:

.ea(y-yjv) ,

где / - ток, протекающий через диод в прямом направлении;

и к UN-прямые падения напряжения на диоде при протекании через него соответственно токов / и /о; а. - коэффициент, определяемый типом

диода.

Выбирая сопротивление резистора 9, начальный уровень и диапазон изменения компенсирующего сигнала а, а также чувствительность дополнительного сравнивающего устройства 4, можно выполнить довольно простой вариант АЦП.

Рассмотренное устройство рекомендуется использовать для построения на его основе многоканальных АЦП, на входе которых нри переключении каналов в коммутаторе возникают переходные процессы, соизмеримые по длительности со временем аналого-цифрового преобразования.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь последовательного накопления с изменяющимся периодом следования счетных импульсов, содер кащий нуль-орган, цифро-аналоговый преобразователь и устройство управления, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содерлсит генератор пилообразного напряжения, дополиительное сравнивающее устройство и логарифмирующее устройство в виде, например, последовательного соединения диода и резистора, причем вход логарифмирующего устройства соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход- с одним из входов дополнительного сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход. - со входом счетчика; генератор пилообразного напряжения подключен к устройству управления.