СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ Советский патент 1971 года по МПК H03M1/46 

Изобретение относится к аналого-цифровым преобразователям (АЦП) и может найти применение в системах автоматического контроля и управлепия с использованием управляюии1 вычислительных машин (УВМ).

В современных системах с УВМ от источников информации (датчиков) управляемого объекта поступают большие потоки информации, значительная часть этой информации передается с помощью аналоговых сигналов. Для иередачи этой информации в цифровую часть УВМ в состав последней вводится многоканальный АЦП. Цаличие коммутатора в многоканальном АЦП резко сокращает объем оборудования УВМ, однако при этом требуется повышать скорость коммутации и иреобразования сигналов, так как коммутатор обычно снижает характеристики всего устройства по быстродействию. Объясняется это также и тем, что цри переключении каналов в коммутаторе на входе АЦП возникают переходные процессы из-за наличия реактивиых параметров во входных фильтрах каналов и линиях связи с датчиками, а также паразитных и монтажных емкостей в коммутирующих элементах.

Длительность указанных переходпых процессов зависит от количества каналов в коммутаторе, от значений переключаемых сигналов, а также от требуемой точности коммутации и аналого-цифрового преобразования. Нередко в реальных устройствах длительность такого переходпого процесса составляет значительную величину, иногда даже превышающую время выполнения аналого-цифрового

преобразования.

В подавляющем большинстве случаев характер изменения сигнала на входе АЦП при переключении каналов можно считать экспонепцпальным. Можно показать, что для сигналов, изменяющихся в диапазоне от О до макспмалыюго значения L, время установления сигнала с погрешностью, не превышающей величииы кваита Л, будет измеияться в пределах

от О до т1п - (т-постоянная времеип цеи1

преобразуемого сигиала).

В этом случае начало аналого-цифрового преобразования, основанного на классических способах, возмо;- Сно лишь после окончания

иереходиого процесса на выходе АЦП.

Задача сокраи1.еиия общего времени коммутации и преобразовання в многоканальном АЦП может быть решена, если начинать преобразованпе во время переходного нроцесса,

вызванного переключением каналов в коммутаторе, и заканчивать его с требуемой иогрещностью к мо.менту окончания этого нереходного процесса. Для обеспечення этого по предлагаемому

использующему компенсирующий ступенчато изменяющийся сигнал с одинаковыми кванrajMH по амплитуде, формируют дополнительный экспоненционально изменяющийся сигпал. Этот сигнал в течение всего времени преобразования сравнивают с компенсирующим сигиалом. Изменение компенсирующего сигнала па величину кванта производят в моменты равенства указанных сигналов, а заканчивают преобразование, как обычио, при равенстве преобразуемого и компенсирующего сигналов.

Способ иллюстрируется кривыми иа фиг. 1 и при.мерной структурной схемой АЦП - на фиг. 2, где обозначены:

1 - ось напряжения; 2 - ось времени; 3, 4 - уровни входных сигналов; 5,6 - переходные процессы на входе АЦП при подключении входных сигналов 3 i 4 соответственно; 7 - постоянная времени т цепи преобразуемого сигнала; 8 - квант Д компенсирующего сигнала; 9 - кривая времени установления сигналов, изменяющихся в диапазоне от О до уровня 5; 10 - компенсирующий сигнал с у.меиьщающимися по длительности стуиенями; П - суммарная длительность Л ступеней компенсирующего сигнала обратной связи; 12 - сравнивающее устройство; 13 - цифроаналоговый преобразователь; 14 - счетчик; 15 - логическая схема 16 - устройство управлепия АЦЦ; П - входной аналоговый сигиал; 18 - сигнал пуска; 19 - генератор импульсов с управляемой длительностью: 20 - код результата преобразования.

В качестве компенсирующего сигнала обратной связи для аналого-цифрового иреобразования предлагается использовать ступепчато изменяюн:,ийся сигнал с одинаковыми приращениями но амплитуде и уменьщающейся длительностью ступеней по закону /е т1п (,V+1),

где /е - суммарное время длительности N ступеней.

При этом формирование иервой ступени компенсирующего сигнала должно совпадать

с началом переключения каналов в коммутаторе АЦП. Тогда моменты равенства преобразуемого (после подключения) и компенсирующего сигналов с требуемой погрешностью будут совпадать со временем установления нервого.

Реализацня предложенного способа преобразования не вызывает трудностей. Например, как видно на фиг. 2, в обычную схему АЦП, основанную на способе последовательного накопления, необходимо добавить только уиравляемый генератор, вьшолняющий предлагаемые операции по формированию экспоненциально изменяющегося сигнала и сравнения его с компенсирующим сигналом.

Предложенный способ аналого-цифрового преобразования рекомендуется использовать для построения АЦП многоканальных преобразующих устройств управляющих вычислительных мащин, а также других многоканальных аналого-цифровых измерительных устройств.

Предмет изобретения

Способ аналого-цифрового преобразования, использующий компенсирующий ступенчато изменяющийся сигнал с одинаковыми квантами по амплитуде, отличающийся тем, что. с целью уменьшения времени преобразования,

одновременно с подключением нреобразуемого сигнала формнруют экспоненциально изменяющийся сигнал, в течение времени преобразоваиия сравнивают последний с компенсирующнм сигналом, и в моменты их равенства изменяют последний на величину кванта.

1S

13

20

/-

Риг 2