Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1977 года по МПК H03K13/20 

вой прео бразователь, содержащий генератор тактовых импульсов и двухвходовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой-с выходом двухпозиционного ключа, входы которого подключены к выходам источника образцовых напряжений, а управляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу триггера, один вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен € выходом геиератора лииейно-изменяющегося напряжения, введен ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом двухвходового интегратора, управляющий вход этого ключа соединен с выходом триггера, а выход - с входом установки начального состояния генератора линейио-изменяющегося напряжения, причем второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя; иа фиг. 2- временная диаграмма, поясняющая его работу.

Аналого-цифровой преобразователь содерлшт двухвходовый интегратор I, состоящий из операционного усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и двух суммирующих резисторов 4 и 5, двухиозиционный ключ 6, источник 7 образцовых напряжений, триггер 8, ключ 9, генератор 10 линейно-измеияющего.ся напряжения, состоящий из конденсатора И и источника 12 постоянного тока, компаратор 13, зажим 14 источника постоянного опорного напряжения, генератор 15 тактовых импульсов и -цифровой измеритель 16 временного интервала, входной зажим 17. Один вход интегратора 1 соединен с входным зажимом, а другой - с выходом двухпозиционного ключа 6, входы которого соединены с выходами источника 7. Выход интегратора соединен с входом ключа 9, выход которого соединен с входом установки начального состояния генератора 10. Выход последнего соединен с первым входом компаратора 13. Второй вход компаратора 13 соединен с источником опорного напряжения, а выход компаратора 13 подключен к первому установочному входу триггера 8. Второй установочный вход триггера 8 соединен с выходом генератора 15, а выход триггера 8 подключен к управляющим входам обоих ключей 6 и 9 и к входу цифрового измерителя 16.

АЦП, показанный на фиг. 1, является двухполярным, т. е. он может без дополнительных переключений во входных цепях преобразовывать входное напряжение лкзбой полярности. Это обеспечивается применением двухполярного источника образцовых напряжений (+Uo и - Uo) и -соответственно двухпозиционного ключа 6. Этот вариант выполнения, как более универсальный, и рассматривается в дальнейшем. Возможно выполнение предлагаемого АЦП и однополярным. Сущность изобретения при этом остается неизменной.

Рассмотрим работу АЦП с некоторого момента времени ti (фиг. 2), когда триггер 8 находится в таком состоянии, при котором ключ 9 замкнут, а ключ 6 находится в положении, при котором на вход интегратора 1 поступает образцовое напряжение -f-f/o. Выходное напряжение интегратора 1 при этом Зменьщается по величине. Поскольку выход интегратора 1 соединен через ключ 9 с входом начальной установки генератора 10, то напряжение на конденсаторе 11 в течение времени, когда замкнут ключ 9, поддерживается равным выходному напряжению интегратора I.

В момент времени 4 имлульсом с выхода геиератора 15 тактовых импульсов триггер 8 опрокидывается в противоположное состояние, при котором ключ 9 размыкается, а ключ 6 устанавливается в положение, при котором

на вход интегратора 1 поступает образцовое напряжение - UQ. С этого момента выходное напряжение интегратора начинает возрастать, а также начинается заряд конденсатора 11 постоянным по величине током /ст с выхода

источника 12. Напряжение иа конденсаторе 11 линейно возрастает, и когда оно достигнет уровня опорного напряжения f/on на втором входе комларатора 13, последний срабатывает и по второму установочному входу опрокидывает триггер 8 снова в состояние, при котором ключ 9 замыкается (з). Напряжение на конденсаторе 11 с этого момента устанавливается равным текущему значению выходного напряжения интегратора, а напряжение на выходе ключа 6 - равным . В момент времени 4 импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов -снова опрокидывает триггер 8, и процесс, таким образом, повторяется. Как видно из описания и диаграммы работы

АЦП, в нем узел, состоящий из генератора 10 лииейно-изменяющегося напряжения, компаратора 13, генератора 15 тактовых импульсов и триггера 8, осуществляет преобразование в интервал времени Ti мгновенных значений

выходного на-пряжения интегратора 1, относящихся к фиксированным моментам времени, отстоящим друг от друга на интервал времени Т, который является периодом повторения «мпульсов с выхода генератора 15.

При подаче на вход АЦП преобразуемого напряжения уровень выходного напряжения интегратора 1 снижается и -соответственно увеличивается время заряда до уровня L/on конденсатора 11, т. е. увеличивается интервал времеии TI, в течение которого на вход интегратора 1 поступает компен-сирующее 0:бразцовое напряжение - f/o- Графики изменения входного напряжения Ux и выходных напряжений t/инт. интегратора 1, f/глин генератора 10 линейно-изменяющегося напряжения и напряжения на выходе ключа 6 показаны для этого случая на фиг. 2 оплошными линиями. Соответственно, для случая эпюры напряжений в тех же точках схемы показаны

штриховой линией.

Преобразование относительной величины интервала времени (Ti-Га) Т в цифровой код выполняется цифровым измерителем 16 временного интервала.

Статическая точность предлагаемого преобразователя не зависит от величин параметров элементов прямой цепи преобразования, т. е. от величин емкости интегрирующего конденсатора 3, а также емкости конденсатора 11 и величины тока генератора 10 линейно-изменяющегося напряжения. iHe вносит дополнительных погрешностей также и медленное изменение порога срабатывания компаратора 13. Помехозащищенность и быстродействие предлагаемого АЦП выше ло сравнению с известным. Действительно, в АЦП производится преобразование в интервал времени мгновенных значений выходного напряжения интегратора 1, соответствующих моментам прихода на вход триггера 8 импульсов с выхода генератора 15, период повторения которых является постоянной величиной. Если выбрать его равным периоду помехи, то мгновенное значение напряжения на выходе интегратора 1 в эти моменты времени не будет зависеть от неличины помехи. Поскольку в течение всего времени Ti преобразования выходного напряжения интегратора в длительность интервала времени генератор линейно-изменяющегося напряжения оказывается отключенным от интегратора, то помехи не влияют на этот процесс.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов и двухвходовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой - с выходом двухпозиционного ключа, входы которого подключены к выходам источника образцовых напряжений, а управляющий вход ключа и вход щифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу триггера, один вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно-изменяющегося напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, в него введен ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом двухвходового интегратора, управляющий вход этого ключа соединен с выходом триггера, а выход - с входом установки начального состояния генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 365038, кл. Н ОЗК 13/20, 01.02.71.

2.Патент США № 3051939, кл. 340-347, 1970.

J5

tu,

Lf,,

Pus.Z