Быстродействующий преобразователь отношения двух напряжений в код Советский патент 1981 года по МПК G06G7/161 H03K13/02 

1

Изобретение относится к области информационно-преобразовательной, вычислительной и измерительной техники и может быть кспользовано при построении высокоточных измерителей отношения, частотомеров, фазометров, функциональных преобразователей, прямоугольно-координатных компенсаторов переменного тока, измерителей добротности, косинуса угла потерь и другой электронной аппаратуры.

Известен преобразователь отношения двух напряжений Г0 содержащий усилитель, масштабные резисторы, управляемый генератор импульсов, сумматор, ключи и фильтрующий конденсатор.

Известный преобразователь имеет хорошую точность преобразования, которая достигнута за счет снижения быстродействия, поскольку он содержит интегрирующие устройства и другие инерционные блоки. Повышение быстродействия известного преобразоватеЛЯ приводит к снижению точности работы.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является преобразователь отношения 23, построенный на основе параллельно аналогоцифрового преобразователя (АЦП) и содержагций на выходе регистр, выходы которого подключены к выходным пинам.

Использование в качестве преобразователя отношения АЦП, особенно параллельного типа, позволяет на несколько порядков (до единиц микросекунд) повысить быстродействие преобразования напряжений L) и UQ в код числа N, пропорционального отношению этих напряжений.

Однако известный преобразователь на базе АЦП имеет ограниченный динамический диапазон входных напряжений и недостаточную точность преобразования, обусловленные неидентичностью и нестабильностью характеристик компараторов напряжения, разбросом параметров элементов резисг лкой матрицы, ограниченным диапазоном входных напряжений компараторов и т. Целью изобретения является расширение дианамического диапазона гфе образуемых напряжений и повышение точности работы. Поставленная цель достигается тем что в быстродействующий преобразователь отношения двух напряжений в код, содержащий АЦП и регистр, входы которого подключены к выходам АЦП, а выходы регистра являются выходом преобразователя, введены блок коррек ции, делитель напрялсения, операционный усилитель и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), цифровые входы которого подключены к соответствующим выходам АЦП. Выход ЦАП подклю чен к инвертиру ощему входу операцион ноге усилителя и к первому входу блока коррекции, а аналоговый вход ЦАП и первьш вход АЦП объединены и подключены к выходу делителя напряжения, вход которого является первым входом преобразователя. Второй вход блока корреляции является вторым входо преобразователя, а выход подключен к неинвентирующему входу операционного усилителя, выход которого подключен ко второму входу А1Д1. Поставленная цель достигается такж тем, что блок коррекции содержит послед вательно соединенные делитель напряжения, операционный усилитель и сумматор, причем инвертирующий вход операционного усилителя является пер вым входом блока коррекции, вход делителя напряжения является вторым входом блока коррекции и подключен ко второму входу сумматора, выход которого является выходом блока коррекции . Функциональная схема быстродействующего преобразователя отношения двух напряжений в код приведена на чертеже. Преобразователь содержит делитель напряжения 1, операционный усилитель 2, АЦП 3, ЦАП 4, регистр 5, блок коррекции 6, который содержит делитель напряжения 7, операционный усилитель 8 и сумматор 9. Вход делителянапряжения 1 являе ся первым входом преобразователя, а выход соединен с аналоговым входом ЦАП 4 и первым входом АЩ1 3. Вход делителя напряжения 7 соеди нен со вторым входом сумматора 9 и вляется вторым входом блока коррекии. Выход делителя напряжения 7 содинен с инвертирующим входом усилителя 8, неинвертирующий вход которого является первым входом блока коррекции и подключен к инвертирующему входу усилителя 2 и к выходу ЦАП 4. Выход усилителя 8 соединен с первым входом сумматора 9, выход которого является выходом блока коррекции и подключен к неинвертирующему входу усилителя 2. Выход усилителя 2 соединен со входом АЦП 3, выходы которого подключены к цифровым входам ЦАП А и входам регистра 5, выходы которого являются выходом преобразователя. Преобразователь работает следующим образом. Входные напряжения поступают на делитель напряжений 1 и 7. Коэффициенты деления делителей напряжений 1 и и 7 выбираются равные К 1/2. Одновременно напряжение первого входного сигнала поступает на один из входов сумматора 9, блока коррекции 6. На аналоговые входы АЦП 3 и ЦАП 4 поступает напряжение с выхода делителя 1. Рассмотрим работу преобр зователя без блока коррекции 6, считая, что первый входной сигнал поступает непосредственно на инвертирующий вход усилителя 2, на неинвертирующий вход которого поступает напряжение с выхода ЦАП 4. В результате на вход АЦП 3 поступает напряжение, равное разности напряжения на первом входе преобразователя и напряжения на выходе ЦАП 4, которое преобразуется АЦП 3 в код N. Затем код числа N поступает на входы регистра 5 и на управляющие входы ЦАП 4. На аналоговый вход ЦАП 4 поступает напряжение, пропорциональное половине второго входного напряжения (так как К 1 /2) . . На выходе ЦАП формируется напряжение, пропорциональное коду N.. Если расписать математические выражения для кода на выходе АЦП и ЦАП и учесть, что коэффициент пропорциональности зависит от разрядности АЦП и ЦАП и реализуемого ими способа преобразования, то можно показать, что выходной код числа Ny преобразователя пропорционален отнощению напряжений на его входах.

Для повышения точности преобразования в преобразователь введен блок коррекции 6.

Допустим, что преобразование напряжения в код и кода в напряжение ч осуществляется АЦП и ЦАП с некоторой погрешностью ди. Тогда на выходе ЦАП получим

Vn ицАп+ ди.

Для исключения погрешности преобразования ли делят напряжение U, в два раза с помощью делителя напряжения 7.

В результате на выходе блока коррекции формируется опорное напряжение, равное половине первого входного напряжения, которое подают на инвертирующий вход усилителя 8, На его неинвертирующий вход nociynaeT напряжение с выхода ЦАП с погрешностью. При этом на выходе усилителя 8 формируется разностное напряжение

,.ди)-,

которое используется в качестве корректирующего и суммируется с входным напряжением в сумматоре 9.

В результате на неинвертирующий вход усилителя 2 поступает напряжени U-I и + , а на инвертирующий вход - напряжение ии,лгт При вычитании их, на вход АЦП 3 поступает напряжение

.,).An+йU)4

4 и,-(ц

в котором отсутствует погрешность .преобразования ли.

Таким образом, в предложенном техническом решении расширение динамического диапазона преобразованных напряжений в 2 раза достигнуто за счет использования в качестве опорных напряжений АЦП и ЦАП напряжения, в два раза меньшего, чем напряжение делителя. Автоматическое снижение в два раза уровня напряжения делимог обеспечивается за счет осуществления с помощью операционного усилителя 2 операции вычитания напряжения, формируемого ЦАП, из входного напряжения .делимого.

Повышение точности преобразования достигнуто за счет введения блока коррекции, обеспечивающего формирование корректирующего напряжения.

Таким образом, введение в преобра.зователь делителя напряжения, опера796026

ционного усилителя, цифро-аналогового преобразователя и блока коррекции позволяет расширить динамический диапазон преобразуемых напряжений и 5 повысить точность работы.

Формула изобретения I. Быстродействующий преобразователь отношения двух напряжений в код, содержалдай аналого-цифровой преобра0 зователь и регистр, входы которого подключены к выходам аналого-цифрового преобразователя, а выходы регистра являются выходом преобразователя, отличающийся тем, что, с

15 целью расширения динамического диапазона преобразуемых напряжений и повьш1ения точности работы, в него введены блок коррекции, делитель напряжения, операционный усилитель в

20 цифро-аналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к соответствующим выходам аналогоцифрового преобразователя, выход цифро-аналогового преобразователя под25 ключей к инвертирующему входу операционного усилителя и к первому входу блока коррекции, а аналоговый вход цифро-аналогового преобразователя и первый вход аналого-цифрового преобразователя объединены и подключены к выходу делителя напряжения, вход которого является первым входом преобразователя, второй вход блока коррекции является вторым входом преобразозателя, а выход подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход которого подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя.

jj 2. Преобразователь по п. I , о т личающийся тем, что блок коррекции содержит последовательно соединенные делитель напряжения, операционный усилитель и сумматор, причем инвертирующий вход операционного усилителя является первым входом блока коррекции, вход делителя напряжения является вторым входом блока коррекции и подключен ко второму входу сумматора, выход которого является выходом блока коррекции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР №523416, кл. G 06 G 7/161, 1974.

2.Дроздов Е.А., Пятибратов А.П. Автоматическое преобразование и кодирование информации. Н., Советское радио, 1964 с. 261-262 (прототип).

TTf

7

8

7Г

и Vz

/ Г

t

Щ