Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1974 года по МПК H03K13/17 

1

Устройство относится к цифровой электроизмерительной технике, может быть использовано в преобразователях напряжения в код. Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной усилитель, два измерительных ключа, согласующий усилитель, усилитель-удвоитель, сравнивающее устройство, сравнивающее устройство текущей ошибки с заданной, устройство управления, цифроаналоговый преобразователь, суммирующий узел, источник образцовых дополнительных напряжений, логическое устройство линейной экстраноляции, счетчик и реверсивный счетчик.

Известные преобразователи неточно измеряют экстремальные значения входного сигнала, у них велико время установления интервала экстраноляции из-за постоянного щага нриращения интервала.

С целью повыщения точности измерения экстремальных значений и ускорения установления интервала экстраполяции, в предлагаемый аналого-цифровой преобразователь введены логическое устройство ступенчатой экстраполяции, блок рещения логических операций, блок выделения экстремальных значений и схема совпадения, нричем первый вход блока выделения экстремальных значений соединен с первым выходом устройства управления, его второй вход - с первым выходом блока

рещения логических онераций, второй вход которого соединен со схемой управления, третий и четвертый - со входами реверсивного счетчика, первый вход - с выходом логического устройства линейной экстраноляции, а второй - с первым выходом логического устройства ступенчатой экстраполяции, второй выход которого связан с источником образцовых дополнительных напряжений, первый вход - с выходом схемы сравнения, а второй со вторым выходом устройства управления; выход блока выделения экстремальных значений подсоедннен к первому входу схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом сравнивающего устройства текущей ощибки с заданной, а выход - со входом цифро-аналогового преобразователя.

Блок-схема предлагаемого аналого-цифрового преобразователя изображена на чертеже. Входной усилитель 1 соединен через ключ 2, управляемый устройством управления 3, с конденсатором 4 и согласующим усилителем 5, подсоединенным к нервому входу сравнивающего устройства 6. Ко второму входу сравнивающего устройства подключен цифро-аналоговый преобразователь 7. Устройство управления 3 связано с реверсивным счетчиком 8, соединенным со счетчнком 9. Последннй подключен к устройству управления входом и выходом. Входной усилитель 1 соединен также чер.ез ключ 10, управляемый устройство управления 3, с конденсатором 11 и усилнтелем-удвонтелем 12, выход которого подключен к первому входу сравнивающего устройства текущей ошибки с заданной 13, ко второму входу подключен выход суммирующего узла 14. Входы суммирующего узла подсоединены к согласующему усилителю 5 и цифроаналоговому преобразователю 7. Выход сравнивающего устройства 6 подключен к цнфроаналоговол1у преобразователю 7 и логическому устройству стунеичатой экстраполяции 15, а выход сравнивающего устройства текугцей ошибки с задапной 13 - к логическому устройству линейной экстраполяции 16. Первые выходы логических устройств 15 и 16 соединены с источником образцовых дополнительных напряжений 17, выход которого соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя 7; вторые выходы этих логических устройств соедпненв с блоком рещення логических операций 18, выходы которого связаны с реверсивным счетчнком 8, устройством управления 3 и блоком выделеипя экстремальных значений 19, выход которого соедннен с первым входом схемы совпадепия 20. Второй вход схемы совпадения соедипен с выходом сравнивающего устройства текущей ошибки с заданной 13, а ее выход - со входо1м цифро-аналогового преобразователя 7. Устройство управления 3 управляет также цифро-аналоговым преобразователем 7 усплителем-удвоителем 12, сравниваюи:,им устройством текущей ошибки с задаииой 13, логическим устройством ступенчатой экстраноляции 15, логическим устройством 16, источником образцовых доиолнительиых напряжений 17 и блоком выделения экстремальных значений 19. Устройство работает следующим образом. Измеряемое напряжение И подается на входной усилитель 1. Отсюда оно через ключ 2, коммутируемый устройством управлеппя 3, запоминается копдеисаторол 4, подается па согласующий усилитель 5 с большим входпым сопротивлением п преобразуется в код с помощью устройства управления 3, сравнивающего устройства 6 и цифро-аиалогового преобразователя 7. По окончании преобразования устройство управления 3 направляет в реверсивный счетчик 8 сигнал перезаписи его кода в счетчик 9. Код реверсивного счетчика 8, а следовательно, и счетчика 9, соответствует половине интервала квантования - . После перезаписи кода устройство управления 3 подает в счетчик 9 тактовые импульсы с целью определения половины интервала квантования -. Сигиал со счетчика 9, соответствующий по времепи концу половины интервала квантования - , поступает в устройство управления, которое формирует сигнал на управляющий вход ключа 10. Через половину интервала квантования измеряемое напряжение запоминается конденсатором 11 п подается на усилитель-удвоитель 12 с большим входпым сопротивлением. Усилитель 1 в совокуи11остя с ключами 2 и 10, ко11деисаторал1И 4 и 11, усилителями 5 и 12 обраоуют два ана;шговых заиомпиающих устройства, которые используются для запомипан11Я текущих зпачепнй измеряемого напряжения. С усилителя-удвоителя 12 удвоенная величина измеряемого напряжения через поло; нпу интервала кваптовапия 2г/( подается па один пз входов сравпивающего устройства текущей ошибкп с заданной 13, по сравнения пока не происходит. После выключеиия ключа 10 устройство управления 3 снова направляет в реверсивный счетчик 8 сигнал перезаписи его кода в счетчик 9, и затем в счетчик 9 подаются тактовые имиульсы с целью оирехП,еления второй половины интерва а квантования т. Сигнал со счетчика 9, соответствующий по времени концу второй ноловнпы интервала квантования, поступает в устройство управления 3, которое формирует спгпал па включение ключа 2. При включе1:П11 ключа 2 на конденсаторе 4 оаиомниасгся значение пз.меряемого напряжения y(t), которое передается через согла1,ующий усилитель 5 в суммирующий узел 14. На один 113 входов сравипвающего устройства текущей ошибки е задаииой 13 подано значение из.;еряемого наиряжеиня 2i/| па другой его вход теперь подается алгебраическая сумма двух напряжений; с цифроаиалогового гфеобразователя 7 напряжение /(-1-т) и с согласующего уеилптеля 5 папрял епие y(t). Одиовремеппо па одпн из входов сравипвающего устройства 6 подано напряжение y(i) с согласующего усилителя 5, иа другой - напряжение г/(-рт) с цифро-аналогового преобразователя 7. С устройства управлеппя 3 одповременно подаются стробирующие импульсы па сравнивающие устройства 6 и 13. Сравн} вающее устройство 6 определяет знак разности между папряжеинямп y(t)-у((гт:), а сравпивающее устройством 13 - знак разностн между 11апряженпямп гЧ + т) y(f) + y(i + Результаты сравнения при определении знаков этих двух разпостей записываются соответетвеппо в логическое устройство ступепчатой экстраполяции 15 и в логическое устройство линейной экстраполяции 16. В этом заключается первая логическая операция.

5

Логическое устройство линейной экстраполяции 16 по команде с устройства управления 3 в зависимости от знака разности выражения

+ у)-Ь() + У( + )

(2у

включает напряжение Д источника образцовых дополиителг иых иапояжений 17 с соответствующим зиакоАт. Ппи отрицательной разности включается -ДЕ, при положительной разности . Абсолютное значение разности задается запанее и определяет ошибку восстаттоялепия. Напряжение А/: складывается алгебраически в султмипующем узле 14 с напряжением t/( ti(. Выключение и включение папряжения Af выполняются управляющими измерительиьтмп ключами логически ти схемами логических устройств 16 и 15. Резул(тат спавиеиия фиксируется логическим устройством лтптейной экстраполяции 16.

Вслед за вьтполиеииелт этих огтепаттий логттческое устройство ступетгоатой з сстпаполяции 15 по команде с лттпойствя урпарления Я в зависимости от знака рязиосттт выпажения t/((г-|-т) Э; О включает ттяпряжеипе АЕ с соответгтт5уюпм зттаком. Ппи отпиттятельиой ВКЛЮЧЯРТСЯ -.Е, ппи положительной разиости -f-А/:. Резлльтят спавнения также фпкгтшлется логическилт ттпойством ступеичатой экстпаполяиии 15. В этолт заключается логическая опепация.

В резллт тате выиолиения этих операций МОГУТ ВОЗНИКНУТЬ следуюитие вапианты Сем. таблицу), в зависимости от котопых блок решения логических опепаиий 1Я принимает решение об изметтении (уменьшении или увеличении) интервала квантования 1змеряемого напряжения и а ведттчтшу или АЛ

Если выполняются варианты логичоскттх операиий I, III, IX, XT, т. е. текутцие значеиия погрешиости восстаиовлеиия ПРИ сот меитении линейной и ступенчатой экстраполяции превышают заданную ошибку восстяиовлеиия AE(F.f, и Sf, . интервал квантования уменьшается на 9.М.

Если выполняются вариаиты логических операций ТТ. TV. X. ХТТ. т. е. IF#, I АЯ1. а 8л 1 , и V, VTT, ХТТТ, ХУ. т. е. е, I iAEl, а Rf, , интервал квантования умеиьшается на М.

Если выполняются варианты логических операций VTTT. XTV, т. е. Kf, E и e/J IAEJ, но е/, О, а р/, О или е, 0, а fi#. 0. текутттая погрешность восстановления меняет зиак. но ошибка восстановления не превышает АЛ. интервал квантования увеличивается на А/. Если выполняются варианты логических оиераттий Vl XVT. т. е. |е, 1 E и IE,, , и текущая погрешность восстановления s/, 0 и s, 0 или 8, О и Б/, О знака не меняет, интервал квантования увеличивается ня ,

445982

Таблица

10

15

20

30

35

40

45

50

55

Интервал квантования изменяется по сигналу блока решения логических операций 18 устройству управлеиця 3, которое вычитает или прибавляет единиил или две единицы в реверсивный счетчик 8. чем увеличивает или уменьшает интервал квантования на один или два шага. Далее устройство управления 3 дает команду на измерение ранее запомненного

7

напряжения y(t, которое для следующего цикла измерения соответствует напряжению г/(-|-т). Далее устройство работает как описано выше, т. е. определяется оптимальный интервал квантования. В начале измерения код реверсивного счетчика 8 равен нулю, что соответствует минимально возможному интервалу квантования. По мере роста числа циклов измерения код на реверсивном счетчике 8 увеличивается и флуктуирует около определенного оптимального интервала квантования для данного процесса до тех пор, пока не изменится спектр (или соответственно автокорреляционная фуикцня) входного сишала.

Возможен режим работы блока решения логических операций 18, при котором в результате выполнения логически.х операций VI и XVI интервал квантования увеличивается только на Af, что увеличивает вероятность нахождения оптимального интервала кваптолання и входного сигнала в зоие заданной ошибки восстановления.

Устройство также выделяет и измеряет экстремальные, отдельно минимальные и максимальные зиачеттия сигнала.

Значение иямеляе того ияппяжения, зядепжанного на половину интервала квантоватия

.)

- ПО оттюшепию к текунтемл значеттттю

измеряемого ттаппяжеиня /fO, задепжяпттом на полный 1ТНТОПВЯЛ кваптоватпт , имеет локальный экстпелтум.

При измеренит экстпе альт11)Тх яначепий код реверсивттого счетчика В и соответсттотттю интервал залепжкн т изменяемых ттаппяжеиттй выб)Ирают .альтылт. В ппоттесгт тлм-отюния интервал зяттепжкп не пзметтяетгя. тг автоматического выбппя впемепттого т тепваля квантования не ПРОИСХОДИТ. Няпляжсиие АР источника образтговых дпполнптелыгых аппяжений 17 устанавливается равным одному кванту.

Работает устройство следуюшим образом. Устройство уппавления 3 включает в лгилнтеле-удвоителе 1 обратнлю связь с кочг)гЬ тт-тр1ттом успленття. равнылт едт-тнитте. В блоко вьтлеленяя экстрелтальных значетгий 19 вт тбтгпаетгя режим их измерения. При этом в блоке решения логических операций 18 закрываются выходы на реверсивный счетчик 8 н лстройство управле 1ия 3, по которым измеипотгя интервал квантования. Далее блок 19 гЬиксттпле варианты логяттргких операций ТТ TTJ TV VI. VII, VIII, IX, X, XTI, XTIT, XIV, XVI (гл1. таблицу), ПРИ КОТОРЫХ возникают . дгуми входного сигнала. По сигналу с лстройства управления 3 блок 19 вылает разрситялотттттй сигнал на ,лог1чосклю схему совпядепия 50. Выделенное экстремальное значоиие ппеопразуется В код с иомошью устройства лпрявле8

ПИЯ 3, сравтшвающего устройства текуи ей ошибки с заданной 13 и п.ифро-апалогового преобразователя 7.

Прп пзмереппи мнинмалъпых зпачений устройство работает таким же образом, как и при изт геренни экстремальных зиачений. Отличие заключается в том , что блок выделения экстремальных зиачений фиксирует варианты логических операций II. III, IV, VI, VII, VIII

(см. таблицу), при которых возиикают мииимумы входного сигнала.

При измерении максимальных значений устройство работает как при измерении экстремальиьтх зпачений. Отличие заключается в том, что блок выделения экстремальных значений фиксирует вариантьт логических операинй IX, X, XII, ХП1, XIV, XVI (см, таб,тпцу), при КОТОРЫХ возникают максимумы входного сигнала,

Предмет изобретения

Аналого-цифровой ппеобразовате.ть, содержаитпй входной лсилитель, два измерительных ключа, сотаслютттий уси,ттитель. уси.литель двоитель, спявниваюттуое лттройство, сравнивающее лстройгтво ошибки с заданной, устройство управления, цисЬро-аттялоговый преобраяовяте,ть, суммирующий узе,п, источник образп.овых дпполннтельных напряжетгпй ,тогттрског стройство ,тинейной экстряголяцитт, с1:-етчик и реверсивный счетчик, о т ,т п ч я ю И г и с F тем, что, с целью

повышения точности измерения экстремальных значений и ускорения экстрапо,тяции, я ТТРГО .1ти льтто введены ,тогическое хттройство с упгт-1иатпй экстрапо,ляцин, блок притенпя ,1ог111тор 1-ту операций, б,т:ок выде,1егптя экстрелтальных зттячений и схемя совпадеПГ-1Я, пппчем герв1 1Й вход б,локя лыдсления экстрелтальных значрпий соединен с пглвылт выходом стройства ппавленяя, его второй вход - с первым выходом б,пгока реитения ,тогических опепяттий. ВТОРОЙ выход КОТОРОГО соединен со схемой упряв.ления. третий и четвертый- со вхолялти ррвепсивиого . первый вход - ( выхоттолт логического устройства ,тинейной экстряпо,тяттии, а - г

выходом ,ггогпчес1:ого стройствя гт -пгнчатой экстрапо,гтяннп, ВТОРОЙ выход котопого связан с нсточгптком образцовых доио,пните,1ьньтх напряжений, первый вход - с выходо.т схемы сравттеиия, я ВТОРОЙ - со вторым выходом

устройства лправлрния. выхоч блока экстрелтальиых чтячгц-п потсоединен к пепволту входу схелть совпадения, втопой вход КОТОРОЙ соетпнетт с вьтхо -ом сравнив япттрго

ЛСТПОЙГТВа тртпПри с ЗЛ ЛИНОЙ.

а выход - со вхотом тифро-аиялогового цреобразовятел.

U T-i- ll