Преобразователь напряжение-код Советский патент 1975 года по МПК H03K13/17 

лярных напряжений, з большей или меньшей степени зависит от схемы основной преобразующей части преобразователя. Однако можно оказать, чтэ такие методы, как смещение характеристики преобразования или применение дополнительного инвертО|ра на входе, являются универсальными, т. е. такими, которые возможно применять в лю-бой схеме -.преобразователя. В овязи с этим в дальнейшем сравнение будет производиться с этими двумя схемными методами оцифровки биполярных напрял :ений, а так как предлагаемому преобразователю присущи свойства преобразавателя считывания, то можно оценивать предлагаемую схему оцифровки би:поляр.ных напряжений и по числу компараторов, используемых при этом.

Известен преобразователь «напряжениекод, содержащий линейный декодирующий преобразователь, набор вспомогательных эталонов, выполненных, например, в виде вспомогательного источника и взввщенного резистивного делителя, фиксирующий нуль-орган, нуль-органы, сое/диненные со вспомогательными эталонами, блок управления, триггер управления и регистр линейного декодирующего преобразователя.

С целью повыщения быстродействия и точности преобразования разнололярных напряжений в предлагаемый преобразователь введены коммутатор полярности вспомогательных эталонов, элемент задержки, логические схемы «И в цепи сброса триггера управления, логическая схема «И в цепи запуска регистра, логический инвертор сигналов фиксирующего нуль-органа, причем вспомогательные эталоны вторым зажимом подключены к одноименному полюсу источника измеряемого напряжения, выход фиксирующего нуль-органа подключен к первой схеме «И в цепи сброса триггера управления, а через инвертор - ко второй схеме «И в цепи сброса триггера управления, причем, первая схема «И в цепи сброса тригге|ра управления подключена к прямому, а вторая - к инверсному выходам знакового разряда регистра, прямой выход которого -соединен с блоком управления, а инверсный выход знакового разряда регистра к блоку управления подключен через схему «И в цепи запуска регистра и к коммутатору полярности вспомогательных эталонов.

Кроме, того, для снижения требований и стабильности нуль-органов и вспомогательных эталонов в преобразователь введен вспомогательный резистор, один конец которого подключен к вспомогательному источнику и источнику измеряемого напряжения, а второй- к общей точке вспомогательных эталонов.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого преобразователя «напряжение-код ; на фиг. 2 - то же, с введением дополните ньных узлов для оцифровки однополярных напряжений.

Выход лилейного декодирующего преобразователя 1 подключен к нуль-органам 2-8,

вторые входы которых, за исключедием фиксирующего нуль-органа 5, цодключены через источиикИ 9-14 вспомогательных эталонных яапряжевий к источн1ику измеряемого напряже«ия (выходу 15). Второй вход фиксирующего нуль-органа 8 подключен непосредственно к источнику измеряемого напряжения. Выходы нуль-органов 2-7 подключены к блоку управления 16 регистра 17. Выход фякоирующего нуль-органа 8 подключен к одному из входов триггера упра-влбния 18, второй вход которого подключен к источ1нику импульсов запуска (входу 19).

Выход TpB-irrapia управления 18 подключен

к блоку управления 16 и к схеме «И 20, которые подключены также к источнику импульсов тактовой частоты (выходу 21). Схема «И 20 соединена третьим входом с блоком управления 16. Значения источников 9-14

вспомогательных эталонов напряжений, распределенных в группы 22-24 внутри одной группы, отличаются на веоТичину дискрета, соответствующего разрядам данной группы, а соотнощекия значений эталонных вспомогательных напряжений между группами определяются основанием числовой системы, в которой ведется кодирование.

С целью конкретизации число групп 22-24 выбирается равным числу разрядов, т. е.

число разрядов выбирается равным п 5, а число разрядов, определяелмых каждой группой, равиым т.

Линейный декодирующий преобразоватачь / (см. фиг. 2) своим выходом подключен к

одноименным входам нуль-органов 2-6, 8. Вторые входы нуль-органов 2-6 подключены к источникам 9-13 вспомогательных эталонов. Источник 15 измеряемого напряжения одключои к ф.иксирующему нуль-органу 8, к

)езистору 25 н коммутатору полярности 26 вспомогательного источника 27. Эталонные вспомогательные источники 9-13 формируются с помощью резистивного делителя 28, который для случая т 1 и n k может быть выполнен, например, по схеме .

Блок управления 16 состоит из схем «И 29-33, предназначенных для управления регистром 17 при оцифровке положительных напряжений и схем «И 34--55, предназначснных для управления регистром 17 при оцифро 15ке отрицательных напряжений. Выходы пуль-органов 2-8 через инверторы 39-44 соединены со входами схем «И 20, 29-33, соответствующих по «весу разрядов })егмстра

и со входами схем «И 35-38, 45 ближайших младщ|Их разрядов. Кроме того, выходы нульорганов 2-в, 8 соединены непосредственно со входа-ми схем «И 34-38, 45 и схем «И 30-33, 20.

Триггер управления 18 подключен к источнику импульсов запуска (входу 19) через элемент задержки 46; второй вход триггера управления 18 подключен через схемы «И 47, 48 к прямому и инверсному выходам знакового разряда регистра 17. Вход импульсов запуска (вход 19) подключен к схеме «I-i 49 в цепи включения знакового разряда регистра 17. Второй вход схемы «И 49 подключен к выходу ь;уль-органа 8, выход фиксирующего нуль-органа 5 подключен непосредственно также к схеме «И 47, а через инвертор 44 - к схеме «И 48.

Выходы знакового разряда регистра 17, управляющего полярностью напряжения на выходе линейного декодирующего преобразователя /, подключены кроме блока управления 16 и схем «И 20 45 к коммутатору полярности 26 вспомогательонго источника 27.

Устройство работает следующим образом.

До прихода залусжающего импульса на вход 19 регистр 17 обнулен, на выходе линейного декодирующего преобразователя 1 установлено нулевое «апряжение. Таким образом, на входах нуль-органов 2-7 действует результирующее напряжение, равное разности источеи ка 15 измеряемого напряжения и вспомогательных источников 9-14 эталонных напряжений. До начала измерения на входах некоторых нуль-орга1нав разность напряжений может стать отрицательной, что приводит к их срабатыванию. Сработа щие нуль-органы в дальнейшей работе участия не принимают.

Нуль-орган, на входе которого действует минимальная положительная разность напряжений, одрбделяет ту группу разрядов преобразователя, которая опрошена в первом такте кодирования. После выхода импульса запуска на вход 19 триггер управления 18 переходит в возбужденное состояние и подает сигнал разрещеяия на блок управления 16 и схему «И 20. Импульс тактовой частоты (вход 21) поступает через блок управления 16 в те разряды регистра 17, суммарное «весовое значение которых равно вспомогательному эталону, включенному на входе нуль-органа с минимальной для данного момента положительной разностью действующих на его входах на1пряжений. После записи этого импульса в указанные разряды регистра 17 на выходе линейного декодирующего преобразователя / поя1вляется эталонное компенсирующее напряжение, величина которого равна указанному (вспомогательному эталону.

После того, как эталонное компенсирующее напряжение сформировано, на входах всех нуль-органов данной группы действует отрицательная разность напряжений, вследствие чего все нуль-органы этой группы срабатьшают н больще не опращиваются. Перед началом следующего такта кодирования, аналогично первому, выбирается нуль-орган, на выходе которого действует новая минимальная положительная разность напряжений. Этот нуль-орган определяет ту следующую группу разрядов иреобразователя, которая ОПрашивается в следующем такте кодирования.

В схеме с идеальными узлами процесс кодирования ведется до тех пор, пока не сработают нуль-органы сравнения 2-7. Дестабилизирующие факторы вызывают уход нулей нуль-органов или значений вспомогательных вгсточников 9-14, что вынуждает предъявлять особые требования к стабильности этих источников, заключающиеся в том, что при iBcex возможных уходах вспомогательных эталонов величина этих уходов не должна быть больше соответствующего и.м компенс фующего эта0лонного напряжения. 1

Для (ПОЛНОЙ компенсации этого дрейфа и согласования вспомогательных этало;нов с эталонным компенсирующим напряжением в

5 преобразователь введен фиксирующ 1Й нульорган 8, регистр выполнен в виде суммирующего счетчика, а блок управления 16 соединен со схемой «И 20. Сигнал разрешения из блока управления 16 на этом входе схемы «И 20 появляется после срабатывания нульорганов 2-7. Затем им1пульсы тактовой частоты (вход 21) через схему «II 20 поступают в младший разряд счетчиков - регистра 17 до тех пор, пока эталонное компенсирующее напряжение с выхода линейного декодирующего преобразователя / не станет равным измеряемому напряжению, что приводит к срабатыванию фиксирующего нуль-органа 5, который иереводит триггер управления 18 в исходное невозбужденное состояние.

На этом единичный цикл преобразования заканчивается, и с выходом счетчика - регистра 17 может быть считан код, соответствующий измеряемому напряжению.

Соединения вспомогательных эталонов, подключенных к нуль-органам, с одноименным полюсом источ1ника измеряемого напряжения позволяет вести кодирование всегда с максимальной скоростью, опрашивая только те разряды преобразователя, з,наче. кода в которых отличны от нуля. При таком формировании кодов одновременно устраняются дина мические погрешности, так как эталонное компенсирующее напряжение приближается к измеряемому напряжению со скоростью, прямо пролорциональной велиЧИне рассогласования, и всегда с одной стороны, а момент сравнения в точности соответствует последнему.

При двоичном выходном коде число вспомогательных эталонов и соединенных с ними нуль-органов определяется зависимостью

ft Л S(),

где т - число разрядов преобразователя, опрашиваемое i группой; k - число групп. Если число разрядов, опрашиваемое каждой группой, одно и то же, тогда зависимость упрощается

Л/ (2 - l)k,

причем разрядность преобразователя в этом случае составляет:

п Р т k.

Изменяя соотношения k и т, можно получить преоб|разователь напряжения в цифровой двоичны код с олтимальными для нашего случая аппаратурными затратами и нужным быстродейст1вием. Одназ о при любых соотношениях k и т время преобразования всегда остается меньше, чем в преобразователе с поразрядным кодпрованием, имеюшим такое же число разрядов, а в пределе стремится к быстродействию преоб|разователя параллельного считывания.

Блок управления 16 и ретиСТр 17 имеет также знаковый раЗ|ряд, или триггер знака.

К моменту П1рихода очередного запускающего импульса на вход 19 регистр 17 обнулен, т. е. на выходе Л1инейного дакодируюшего преобразователя 1 установлено нулевое выходное напряжение. В этом случае состояние нуль-Органов 2-6 « 8 зависит как от уровня, так и от знака «а;пряжен,ия источника 15.

Если напряжение источника 15 положительно, то после прихода импульса запуска на вход 19 знаковый разряд в регистре 17 не включится, так как ф,иксирующ;ий нульорган 8 находится в невозбужденном состоянии и пмпульс запуска (вход 19) не проходит через схему «И 49 на знаковый разряд регистра 17. При этом состоянии в блоке управления 16 сигналам знакового разряда регистра 17 отключены схемы «И 34-38 и 45. После задержки в элементе задержки 46 импульс запуска (вход 19) поступает на вход тригера управлеиия 18, переводя его в возбужденное состояние. После этого подается с выхода триггера управления /8 разрешающий сигнал на все схемы «И, но подключенными остаются только схемы «И 29-33 и 20, так как только на них подан разрешающий сигнал знакового разряда.

Дальше работа происходит точно также, как и в описанной ранее схеме.

Если измеряемое напряжение источника 15 отрицательное, то в.се нуль-органы 2-6 и 8 в исходном состоянии срабатывают, а после прихода импульса запуска через схему «И 49 включается знако1вый разряд регистра 17, который отключает схемы «И 29-33 и 20 и подключает схемы «И 34-38 и 49. По сигналу знакового разряда падготавливается также линейный декодирующий преобразователь 1 для формирования отрицательных напряжений, срабатывает коммутатор полярности 26 вспомогательного источника 27, в результате чего вспомогательные источники 9-13 изменяют свою полярность, при этом в зависимости от знака разности

SignA; -U -Ь

часть нуль-органов возвращается в невозбужденное состояние, причем это зави.сит от урОВня измеряемого напряжения )1сточни; а 15. Процесс преобразования згткаи-швается тогда, когда все нуль-органы 2-6 м о ::риходят в невозбужденное состояние.

Завершение преобразования г:ро; сходпт тогда, когда сигнал фиксирующего нуль-органа 8 через схемы «П 47 или 48 (в зависимости от состояния зиакового разряда регистра 17) не устанавливает триггер управления 18 в исходное состояние. После этого считывается код с разрядов регистра 17.

Вспомогательные источники 9-13 и нульорганы 2-6 стабильны. Однако стабильность снижается, если велич Нна каждого из вспомогательных источников 9-13 увеличивается на сумму максимального значения нестабильности любого из вс.г омогательных эталонов и дрейфа нуля соответствующего нуль-органа, что обеспечивается включеи}{ем дополнительного резистора 25 между точкой подключения источника 15 измеряемого напряжения с вспомогательным источником 27 и общим входом резистивного делителя 28. Номинал резистора 25 выбирается таким образом, что иадение напряжения на нем равняется указанной сумме уходов. В этом случае неправильные срабатывания нуль-органов 2-6 исключается, а полное уравновешивание измеряемого напряжения источника 15 обеспечивается благодаря тому, что регистр 17 выполняется в виде счетчика, его заполнение до момента аюлного уравновешивания осуществляется в зависимости от знака напряжения источника 15 через схему «П 20 или 45.

Пред м е т изобретения

1. Преобразователь «напряжение-код, содержащий линейный декодирующий преобразоватсль, набор вспомогательных эталонов, выполненных, например, в виде вспомогательиого псточника и вззешениого резистивного делителя, фиксирующий нуль-орган, нуль-органы, соединенные со вспомогательными эталонами, блок управления, триггер управления и регистр линейного декодирующего преобразователя, причем выход линейного декодирующего преобразователя подключен ко входам нуль-органов, ко вторым входам которых подключены вспомогательные эталоны, блок управления подключен к регистру линейного декодирующего преобразователя (ЛДП), вход которого через схему «И соединен с выходом триггера управления, а входы триггера управленПя соединены с запуском и выходом фиксирующего нуль-органа, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точноCT:i преобразования разнополярпых напряжений, в него введены коммутатор полярности

вспомогательных эталонов, элемент задержки.

9

логические схемы «И в цепи сброса триггера управления, логическая схема «И в цепи запуска регистра, логический инвертор сигналов фиксирующего нуль-органа, причем вспомогательные эталоны вторым зажимом подключены к одноименному полюсу источника измеряемого напряжения, выход фиксирующего нуль-органа подключен к первой схеме «И в цепи сброса триггера управления, а через инвертор - ко второй схеме «И в цепи сброса триггера управления, причем первая схема «И в цепи сброса триггера управления подключена к прямому, а вторая к инверсному выходам знакового разряда репистра, прямой выход которого соединен с блоком управле10

ния, а инверсный выход знакового разряда регистра к блоку управления подключен через схему «И в цепи запуска регистра и к коммутатору полярности вспомогательных эталонов.

2. Преобразователь «напряжение-код по пункту 1, отличающийся тем, что, с целью снижения требований к стабильности нуль-органов и вспомогательных эталонов, в него введен вспомогательный резистор, один конец которого подключен к вспомогательному источнику и источнику измеряемого напряжения, а второй -- к общей точке вспомогательных эталонов.

Фиг,:2

21