Способ время-импульсного аналого-цифрового преобразования напряжения постоянного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК H03K13/20 

сдвигают на выделенный интервал времени В результате такого итерационного процесса ср&внение развертьшаюидегося напряжения с выходом осуществляется в окрестности пэрехода напряжения помехи через нулевой уровень. Такой способ может быть осущесл-влен устройством, содержкцим генератор линей но-изменяющегося напряжения, вькод которого соединен с первым входом блока ср нения, выход которого соеданен с первым входом блока управления кгаочом, выход последнего подсоединен к входу запоминающего регистра и к первому входу кгаоча, второй вход которого подкточен к генератору образцовой частоты, а выход к счетному входу счетчика импульаэв, раз рядные выходы которого через запоминаю щий регистр соединены с входами цифрюво го отсчетного устройства, дополнит ;льно снабженным блоками выделения напряжени помехи, выделения интервала времени, ср внения кодов, триггером и реверсивным счетчиком импульсов, счетный вход котор го соединен с генератором образцовой чао тоты, а разрядные выходы - с одними входами блока сравнения кодов, другие входы которого связаны с разрядными вы ходами счетчика импульсов, а его выход подкгаочен к управляющему входу генера™ тора линейно-изменяющегося напряжения и к первому входу триггера, выход которого подключен к управляющему вх1эду блока сравнения кодов и к входу сб)роса счетчика импульсов, второй вход триггера : подключен к второму входу блока управле ния, ключом и к первому выходу блока выделения помехи, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения и щиной входного сигнала, а второй выходс первым входом блока выделения интервала времени, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а два его выходе, подключены к управляющим входам реверсивного счетчика импульсов, На фиг. 1 представлены временные диаграммы возможных случаев протекйния итерационного процесса; на фш. 2 изображена блок-схема устройсгвец реализующего способ; на фиг,3 и 4 - эпюры выходных сигналов отдельных блоков, При первом преобразовании в момент перехода напряжения помехи .) через нулевой уровень начинается формирование развертывающегося напряжения Ур и определяется интервал времени i между моментом сравнения Up с (U,(,) где Uy измеряемое напряжение, и бли- жайшим переходом помехи через нуль. ри этом знак -Ь, приникпхзтся попожительным, если равенство Up с (Uy + Un ) наступило раньше, чем бпн)дайший переход помехи через нулевой ровень. В противном случае знак t трицательный. При вторюм преобразовании начало развертки смещается относительно начала первом цикле на величину t в сторону, определяемую знакоь; t и в первом цикле, определяется i . В следующем цикле начало развертки снова смещается на величину tf относительно второго цикла, или на величину t + t относительно первого запуска. Смещение начала развертки в i -том шпсле относи- . тельно первого запуска определяется выражением . i Н в каждом i -том цикле определг ется информатлвный интервал времени t который квантуется нмпульсакш опорной частоты и соответствующее число импульсов кодируется в принятой системе счиоления. Приведенная ко входу погрешность преобразова1-1ия лУ} , обусловленная воздействием помех, в i -том цикле определяе.тся из следующего выражения/iUi(V-1) х (-S- Ux ). где V--|S - крутизна развертки; а - максимальная крутизна помехи; - полупериод помехи. Коэффициент подавления помехи в f-ом h 2oeg-f 2cy,-i)eg(v-i) Как Бидно из последнего выражения, процесс сходимости итерационного процесса является очень быстрым, и его скорость возрастает;с увеличением крутизны развертки. Через 3-4 цикла погрешность преобразования, обусловленная помехой, практически становится пренебрежимо малой. Устройство содержит блок 1 сравнения, генератор 2 линейно-изменяющегося напряжения, генератор 3 образцовой частоты, блок 4 выделения интервала времени, реверсивный счетчик 5 импульсов, блок 6 сравнения кодов, блок 7 выдeлe шя помехи, блок 8 управления ключом, ключ 9, счетчик 10 импульсов, запоминающий регистр 11, цифровое отсчетное устройство 12 и триггер 13. На входы блока 1 сравнения 1 подает ся измеряемое напряжение (} , с напр 574жением помехи U л nfiixonnio н;дпряя-сение Up reiKpaTopa 2 лияейио-нпменяющ ТХ1СЯ напряжения, В момент рааенства этих напрян ений на выходе блока 1 сравнения появляется импульс, который поступает на второй вход блока 4 вьшеления интервала времени и первый вход блока 8 управления ключом. Входное напряжение также подается на вход блока 7 выделения напряжения помехи, на выходах которого формируются прямоугольные нмпульсьь Первый выход блока 7 выделения напряжения помехи соединен с вторым вхо дом блока 8 управления ключом и вторым входом триггера 13, которые срабатьшают при каждом переходе помехи через нулевой уровень с положительной производной. Вто рой выход блока 7 выделения помехи подключен к второму входу блока 4 выделения интервала времени, на выхода; : формируются прямоуглэльные импульсы,дл1ГгельностЬ. которых равна интервалу времени моментом сравнения Up и J + U п моментом перехода напряжения помехи через нулевой уровень с отрицательной про изводной, причем на первом выходе олока 4 появляется импульс если сравнение осуществилось раньше перехода натряжения помехи через нуль, в противном случае импупьс появляется на втором выходе. Эти импульсы подаются сюотзетственпо на входы суммирования и .вычитания счетчике 5, счетный вход которого подсоединен к вьгходу генератора3. Счетчик 5 в течение длительности управляющего импульса работает на суммирование или вычитание в зависимости от того, на кской вход пртпел импульс с выходов блока 4 выделения интервала времени. На выходе блока S управления ключом формируется прямоугольный импупьс, дли- тельность которого определяется интервалом времени между переходом напряжения помехи через нулевой уровень с нолохчительной производной и последующим моментом сравнения. Этот импульс открывает ключ 9, через которьп с генератора 3 импульсы образцовой частоты поступшот на счетный вход счетчпка 10, кроме TorO он поступает на управляющий вход зало- минагацего регистра 11. Отрицательный фронт импульса дает разрешение на запис кода из счетчика 10 в запоминающий регистр 11, выхолсы которого связаны с вхо цами отсчетного цифрового ус-тройства 1 Разрядные выходы счетчиков импульсо 5 и 1О подк-шочены к входам блока 6 Ьравнения кодов, в момент равенства ко дов обоих счетчюсов на.выходе которой 56 появляется т.шульс, который подается на и на первый вход запуск генератора Триггера 13, опрокидывающий его. И пyлtтсь с выхода Tpisrrepa подаются на вход a ixica счетчика импульсов 1О и управляющий вход блока сравнения кодов 6, причем счетчик л пульсов 1О обнуляется фронтакш импульсов, а блок сравнения кодов 6 огкточается задними и включается передними фронтами имп}-льсоо. При включении усгройства в реверсивном счетчике импульсов 5 устана11пиваетс г произвольное число ч , В момент перехода напряжения помехи через нулевой уровень с отрицательной производной по сигналу КЗ блока 7 вьдепения помехи (фиг, 3; 4) триггер 13 опрокидывается в единичное состояние и открывается ключ 9,в результате чего, после обш/леиия, счетчнк 10 начш-ает заполняться 1-;м1ГуЛЬсакш образцово частоты fg и включаатск блок 6 ср тв ;ения КОДОБ Г(рк достикчешпг числа пм- пульсов в счетчике 10 равного М срабатываэт блок 6 сравнения и ее выхоР ной пмпульс за5тускаат генератор 2. Крутизна развертьюающегося напряжения гене ратора 2 выбрана с таким расчетом, что KftiKCHivianbHO BO3Mox Jioe время преобразования леньше половины периода помехи 5™. с выхода блока сравнения кода 6 опрокндьшает триггер 13, зследствие чего отключается блок срав нения кодов 6 и обнуляется счетчшс импульсов 10, которьп начинает заполняться вновь. Когда развертывающееся напряжтэние Up на выходе гокератора 2 достигает зиаченпя U;i;-:- Uj-i срабатывает блок сравнения 1, вььходной импульс которого че- рэез блок упраалення ключом 8 закрывает ключ 9, в результате чего прекращается поступление HNiny.ibCOB в счетчик Ю от генератора 3, В счетчике 10 в течение времени t зефиксируотся чиспо импульсов , пропорциональное входному капряжегтию. Выходной пмпульс бJЮкa сравнения 1 также подается в блок выделения интерае ла apeNieHSi, 4, который выделяет г- . времени t, между моментом сргшнения Up + Ui-i и моментом перехода нап- рялФнг/я помехи через далевой уровень с отрицагтельной производной. На протяж1этш в резерашный нитервала времени счотч1 К импульсов о поступают импульсы г-энератора 3, в результате чего в нем аефикснруется чпсло (i)tf PQ, где знак определяется тем, на какой вход реверсивного счетчика 5(+) или (-) по77ступил импуДэС с выхода блока выделения интерВЁьпа времени 4, В следующий момент перехода напряжения помехи через ноль с положительной производной устройство начинает работать как при первом измерении лишь с той разницей, что запуск развертьюаквдегося напряжения смещается относительно первого запуска на величину t в сторону, определяемую 4 выделения интер)ала времени, т.е. в зависимости от того, что раньше наступило: момент сравнения Up с U; + Un или момент перехода напряжения помехи через ноль с отрицепгелыной производной. том такте смещение начала запуска развертки относительно первого уакта определяется величиной iTj-, .Z (+ t а знак определяется как прежде. В результате такого итерационнотю процесса, момент запуска раэвертывеиоцегося напряжения автоматически выбирает- Ся таким, что сравнение входного и раэабртывающегося напряжения ос тдествляет Ся а окрестности перехода напряжения помехи через нулевой уровень с отрид тель|«зй производной. формула изобретения 1,Способ время-«импульсного аналогоцифрового преобразования напрялсения постоянного тока, заключающийся в том, что формируют образцовое развертьшающееся напряжение, квантуют импульсами стабиль нойЧастоты интервал времени от начапа формирования до момента равенства образ цового и преобразуемого напряжений, от личающийся тем, 4TOt с целью повьпиения точности, в каждом цикле преобразования выделяют интервал времени между моментом равенства развертьшаю- щегося и входного напряжений и ближайшим моментом перехода напряжения поiviexH через нулевой уровень, в следующем цикле начало формирования развертьшакхце1х с:я напряжения сдвигают на выделенный интервал времени. 2,Устройство для осуществления спо соба время-импульсного аналого-цифрового 758 преобразования напряжения постояниогО тока по п. 1, сюдержоцее генеротор лннейноизменяющегося напряжения, выхоп которого соединен с первым входом блока срданения, выход которого соединен с первым входом блока управления ключом, выхоп последнего подсоединен к входу запоминающего регистра и к первому входу ключа, второй вход которого подключен к генератору образцовой частоты, а выход - к счетному входу счетчика импульса, разрядные выходы которого через запоминающий регистр соединены с входами цифрового от счетного устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, Б него дополнительно введены блок выделения напряжения помехи, блок выделения интервала времени, триггер, блок сравнения кодов и реверсивный счет чик импульсов, счетный вход которюго соединен с т нератором образцовой частоты, а разрядные выходы - с одними входами блока сравнения кодов, другие входы которого связаны с разрядными выходами счетчика импульсов, а его выход подклзочен к управляющему входу генератора линейно-изменяквдегося напряжения и к первоыу входу , выход которого подсоединен к управляющему входу блока сравнения кодов и к входу сброса счетчика импульсов, второй вход триггера подключен к второму входу блока управления ключом и к первому выходу блока выделения помехи, вход которого соединен с вторым входом блока сравнения и шиной входнотхэ сигнала, а второй выход - с первым входом блока выделения интервала времени, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а два выхода подключены к управляющим входам реверсивного счетчика импульсов соответственно. Источники информации, принятьге во внимание при экспертизе 1.Швецкий Б. И. Этектрогтоые измерительные приборы с цифровым отсчетом, Киев, 1970, c.48-2i. 2.Гореликов Н. И. и др. Малогабаритный Щ1ФРОВОЙ вольтметр на микросхемах. Приборы и системы управления, 1973, N 2, с, 16-17 (прототип).

V

Й /ГУ/лГ/Л/