Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1981 года по МПК H03K13/20 

1

/ Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и предназначено для преобразования действующего значения переменного напряжения низких и инфранизких частот в цифровую форму.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор опорной частоты, выход которого соединен с первым входом первого модулятора и.через инвертор - с первым входом второго модулятора, вторые входы модуляторов соединены с выходом генератора растущего напряжения, а выходы через формирователи импульсов соединены со входами элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетчиком.

Недостатки этого устройства низкое быстродействие и ограниченный диапазон преобразования.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения , вход которого через полупарабо

лический функциональный преовразова- . тель соединен с выходом генератора . линейно-изменяющегося двухполярного опорного напряжения, прямой и инверсный выходы блока сравнения соединены через блок логики со входом ключа, импульсный вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход - со входом отсчетного устройства, а управляющие входы

10 генератора линейно-изменяющегося двухполярного опорного напряжения и блока логики соединены с выходами блока управления.

Однако в известном устройстве так15же низкое быстродействие и ограниченный диапазон преобразования.

Цель изобретения - повышение быстродействия и расширение диапазона преобразования.

20

Указанная цель достигается тем, что в аналогогцифровой преобразователь, содержащий первый блок сравнения, первый вход которого соединен 38 с выходом функционального генератора напряжения полупараболической формы,, ключр вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход - со входом цифрового отсчетного устройства, введены сумматор, источник напряжения смещения, дополнительный блок сравнения, четыре триггера, четире дополнительных ключа, три счетчика управляемый делитель частоты,,блок сравнения кодов, элемент ИЛИ5 реверсивный счетчик, формирователь шага квантования, формирователь периода,.причем выход формирователя периода соединен со входом формирователя шага квантования, первым входом первого триггера, с первыми входами первого, второго и третьего дополнительных ключей, вторые входы которых и управляющий вход четвертого дополнительного ключа соединены с выходом генератора эталонной частоты, третьи входы первого и второго дополнительных ключей соединены с выходами второго и третьего триггеров, а первый вход четвертого дополнительного ключа соединен с выходом первого триггера, первые входы второго и третьего триггеров соединены с выходом формирователя шага квантования и со входом функционального генератора напряжений полупараболической формы, а вторые входы - с выходами первого и дополнительного блоков сравнения, первый вход дополнительного блока сравнения соединен с выходом функционального генератора напряжения полупараболической формы, второй вход первого блока сравнения через сумматор соединен с шиной измеряемого напряжения, которая подключена ко входу формирователя периода, а второй вход дополнительного блока сравне ния соединен с выходом источника напряжения смещения и со вторым входом сумматора, выход первого дополнительного ключа соединен со входом первого счетчика,, выход второго дополнительного ключа через элемент ИЛИ соединен со входом второго счетчика, Выходы этих счетчиков соединены со входами блока сравнения кодов, выход которого соединен со вторым входом первого и первым входом четвертого триггеров, выход четвертого дополнительного ключа соединен со вторым входом элемента ИЛИ и с суммирующим входом реверсивно.о счетчика, выход которого через четвертый триггер подключен ко 1 второму входу ключа, выход третьего дополнительного ключа через третий счетчик соединен с управляющими входами управляемого делителя частоты, вшход пятого ключа соединен со входом управляемого делителя частоты, выход которого подключен к вычитающему входу .реверсивного счетчика. На чертеже приведена структурная электрическая схема устройства. Аналого-цифровой преобразователь содержит сумматор 1, блок 2 сравне- . НИЛ, триггер 3, ключ 4, счетчик 5, источник 6 напряжения смещения, блок 7 сравнения, триггер 8, ключ 9, элемент ИЛИ 10, блок 11 сравнения кодов, счетчик 12, формирователь 13 периода, формирователь 1A шага квантования, функциональный генератор 15 напряжения полупараболической формы, триггер 16, ключ 17, реверсивный счетчик 18, генератор 19 эталонной частоты, ключ 20, счетчик 21, триггер 22, ключ 23, управляемый делитель 2А частоты, цифровое отсчетное устройство 25. Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. Измеряемое напряжение U(t) поступает на входы формирователя 13 и сумматора 1, на другой вход которого подается постоянное напряжение смещения УО от источника 6. На входе блока 2 действует однополярное напряжениеЩ (t) Uo - U(t), (1) а на входе блока 7 - постоянное напря чение смещения U Q . На другие входы блоков 2 и 7 поступает напряжение полупараболической формы UA(t) от функционального генератора 15 (где k0 коэффициент полупараболического напряжения) , запускаемого с помощью формирователя И в моменты времени t| - kT/M, где Т - период измеряемого напряжения, М - число измерений мгновенны.х значений напряжения за период, k 1-М - индекс, показывающий моменты измерения мгновенных значений. В течение шага квантования i.t Т/М на выхоДе триггеров 3 и 8 получают сигналы длительностей Т,, и т , равные интервалам времени между моментами запуска функционального генератора 15 и срабатываний блоков 2 и 7, которые заполняются импульса (ми частоты fp генератора 19 с помощью ключей h и 9. Формирователь 13 формирует импуль длительность которого равна периоду измеряемого напряжения. На это время открываются ключи 4,9 и 20. Число су мированных за один период импульсов на счетчике 5 будет N,o)2M(tK) (2) K-iI a на счетчик 12 в течение этого же периода через элемент ИЛИ 10 проходит число импульсов, равное За это время с выхода ключа 20 на вх счетчика 21 поступают импульсы с ген ратора 19 f(j. По окончании периода Т ключи 4,9 и 20 закрываются, триггер 16 устанав ливается в положение, отпирающее ключ 17, и через элемент ИЛИ 10 на вход счетчика 12 поступают импульсы эталонной частоты f до момента равенства числа импульсов, записанных на счетчиках 5 и 12, который фиксируется блоком 11 кодов. Одновременно импульсы с частотой f через ключ 17 поступают на суммирующий вход реверсивного счетчика 18. В момент равенства числа импульсов выход ной сигнал блока 11 возвращает триггер 16 в исходное состояние и перебрасывает триггер 22 в положение, от пирающее ключ 23. При этом поступление импульсов на суммирующий вход реверсивного счетчика 18 прекращается,а на входы управляемого делителя 24 и цифрового отсчетного устройства 25 начинают поступать импульсы с частотой fjjOT генератора 19. Число импульсов, поступивших на суммирующий вход реверсивного счетчика 18 будет (4) а интервал времени t между моментами окончания периода Т и срабатыв ния блока 11 определяется из условия равенства числа импульсов,посту пивших на входы счетчиков 5 и 12, от куда получаем .1 V.li ф K-l а следовательно - .). N,Частота импульсбв, поступающих с выхода управляемого делителя 24 на вычитающий вход реверсивного счетчика 18, равна V-lfj T o Импульсы частоты fg, поступают на вычитающий вход реверсивного счетчика 18 до момента его обнуления, когда соответствующий импульс возвращает триггер 22 в исходное состояние, закрывая тем самым ключ 23. Время, в течение которого ключ 23 открыт, равно Д-С-гНзНа или после подставки выражений (6) и (7) .f,, (9) В течение этого времени на цифровое отсчетное устройство 25 поступает число импульсов эталонной частоты, равное /1 I W Np-% :-j|-4-su :,).(o) Таким образом, код, записанный на цифровом отсчетном устройстве, прямо пропорционален квадрату действующего значения переменного напряжения. Цифровой эквивалент действующего значения не зависит от частоты и измеряемого напряжения и определяется лишь стабильностью коэффициента полупараболического напряжения. Время преобразования определяется одним периодом измеряемого напряжения. Устройство может быть использовано для построения цифровых вольтметров переменного напряжения,а также для преобразования и кодирования информации в измерительных информационных системах. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый блок сравнения, первый вход которого соединен с выходом функционального генератора напряжения полупараболической формы, ключ, вход которого соединен с выходом генератора эталонной частоты, а выход со входом цифрового отсчетного устройства, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и расширения диапазона преобразования, введены сумматор, источник напряжения смещения, дополнительный блок сравнения, четыре триггера, четыре.дополнительных ключа, три счетчика, управляешй делитель частоты, блок сравнения кодов, элемент ИЛИ, реверсивный счетчик, формирователь шага квантования, формирователь периода, причем выход формирователя периода соединен со входом формирователя шага квантования, первым входом первого триггера, с первыми входами первого, второго и третьего дополнительных ключей, вторые входы которых и управляющий вход четвертого дополнительного ключа соединены с выходом генератора эталонной частоты, третьи входы первого и второго дополнительных ключей соединены с вы дами второго и третьего триггеров, а первый вход четвертого дополнитель ного ключа соединен с выходом первого триггера, первые входы второго и третьего триггеров соединены с выходом формирователя шага квантования и со входом функционального гёне|эато ра напряжения полупараболической фор мы, а вторые входы - с выходами первого и дополнительного блоков сравн ия,первый вход дополнительного бпоа сравнения соединен с выходом функионального генератора напряжения поупараболической формы,второй вход первого блока сравнениячерез сумматор соединен с шиной измеряемого напряжения, которая подключена ко входу формирователя периода, а второй вход дополнительного блока сравнения соединен с выходом источника напряжения смещения, и со вторым входом сумматора, первого дополнительного ключа соединен со входом первого счетчика, а выход второго дополнительного ключа через элемент ИЛИ соединен со входом второго счетчика, выходы этих счетчиков соединены со входами блока сравнения кодов, выход которого соединен со вторым входом первого и первым входом четвертого триггеров, выход четвертого дополнительного ключа соединен со вторым входом элемента ИЛИ и с суммирующим входом реверсивного счетчика, выход которого через четвертый триггер подключен ко второму входу ключа, выход третьего дополнительного ключа через третий счетчик соединен с управляющими входами управляемого делителя частоты, выход пятого ключа соединен со входом управляемого делителя частоты, выход которого подключен к вычитакндему входу реверсивного счетчика.