Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/20 

Изобретение относится к автоматике, телемеханике, электронной измерительной и вычислительной технике и используется в информационно-измерительных системах при опросе датчиков, выходной сигнал которых представляет собой экспоненциально р11стущее напряжение с большим, значением постоянной времени.

Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) кодо-импульсного типа, содержащий усилитель входного сигнала, запоминающее устройство, нуль-орган, цифроаналоговый преобразователь, регистр, блок управления и усилитель импульса запуска 1.

Недостатком данного АЦП является то, что он измеряет, мгновенное значение входного напряжения и не в состоянии определить максимальное значение, к которому стремится экспоненциально- растущее напряжение.

Цель изобретения,- повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий усилитель входного сигнала, выход которого соединен с первым- входом первого запоминающего устройства, второй

вход которого соединен с выходом усилителя импульса запуска, а выход - с первые входом первого нульоргана, блок управления, выходы которого соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя, дополнительно введены . второе и третье запоминающие устрой10ства, два элемента задержки, второй и третий нуль-органы, интегрирующая КС-цепь, ключ, триггер и блок определения знака разности временных интервалов, причем первые входы

15 второго и третьего запоминакадих устройств соединены с выходом усилителя входного сигна.па, второй, вход второго запоминающего устройства сое динен с выходом первого элемента

20 задержки и входом второго элемента задержки, второй вход третьего заПоминаницего устройства соединен с вьйодом второго элемента задержки и первым входом блока управления, вы25ходы второго и третьего запоминающих устройств соединены с первыми входами второго и третьего нуль-органа соответственно, вторые входы которых соединены со вторым входом пер30вого нуль-органа, выходом интегрирующей RC-цепи и выходом ключа, первый вход которого соединен с общей шиной, а второй вход - со/вторым вхо домблока управления, первым входом блока определения знака разности временных интервалов и выходом триг гера, первый вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, второй вход - с выходом третьего нульоргана при этом выход второго нульоргана соединен со вторь входом 6ло на определения знака разности временных интервалов, выход которого соединен с третьим входом блока ч управления, вход первого элемента задержки соединен с выходом усилителя импульса запуска, а вход- интегрируюсцей RC-цепи соединен с выходом цифроаналогового преобразователя. На фиг. 1 представлена структурная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - временные диаграммы/ поясняющие его работу. Аналого-цифровой преобразователь содержит усилитель 1 входного сигнала, запоминающие устройства (ЗУ) 2-4, нуль-органы 5-7, интегрирующую НС-цепь 8, ключ 9, усилитель 10 импульса запуска, элементы 11 и 12 задержки, блок 13 управления, регистр 14, цифроаналоговый преобразоват ль 15, триггер 16 и блок 17 определения знака разности временных интервалов. АЦП работает следующим образом. После подачи на первый вход АЦП экспоненциально растущего входного напряжения Ugy Oyd - ) , на второй его вход подается импульс за пуска, усиливаемый усилителем 10. В момент времеии Ц (фиг. 2)., соответствующий подаче импульса запуска входное напряжение, усиленное усили телем 1 входного сигнаипа, запоминае ся в ЗУ 2 (и, фиг. 2). В момент времени t. (фиг. 2), при котором им пульс запуска.появляется на выходе . элемента 11 задержки, входное напря жение запоминается в ЗУ 3 (и2,фиг.2 а в момент времени t. (фиг. 2), при котором импульс запуска появляется на выходе элемента 12 задержки входное напряжение запоминается в З 4 (Uj, фиг. 2). После этого блок 13 управления устанавливает в единицу все разряды регистра 14. На выходе ДАП 15 появляется максимальн напряжение и начинается экспонении.альный рост напряжения на конденсаторе С интёгрирующей RC-цепи 8 от произвольного уровня через резистор R до значения напряжения на выход ЦАП 15, которое поступает на входы нуль-органов 5-7. При достижении этим напряжением усювня, равного на 1}ряжвнию из г запомненному в ЗУ 4 нуль-органа 7, устанавливается триг гер 16- в состояние единица, замыкается ключ 9 и конденсатор разряжается до уровня напряжения U , запомненного в ЗУ 2. Нуль-орган 5 (MdMeHTt4 возвращает триггер 16 в состояние нуль и ключ 9 размыкается. При этом блок 13 управления устанавливает все разряды регистра 14 в состояние нуль, кроме старшего разряда регистра 14. При этом на вьпсоде ЦАП 15 появляется половина максимального значения напряжения 4-и, конденсатор С начинает заряжаться по экспоненте до значения напряжения на выходе ЦАП 15. При равенстве значения напряжения на конденсаторе С и значения напряжения на выходе ЗУ 3 срабатывает нульорган 6, импульс с выхода которого поступает на дход блока 17 определения знака разности временных интервалов . После заряда конденсатора С до уровня срабатывания нуль-органа 7 (момент tc. , фиг. 2) ключ 9 размыкается, а блок 13 управления устанавливает в состояние единица следующий после старшего разряд регистра : 14. При этом, если второй временной интервал был длиннее первого, то старший триггер регистра 14 остается в состоянии /единица , а если короче - то возвращается в состояние нуль.в После разряда конденсатора С до уровня напряжения (фиг. 2), поданного на нуль-орган 5, ключ 9 размыка.ется, конденсатор С снова заряжает ся и блоком 17 определения знака разности, временных интервалов измеряется новая, разность временных интервалов и определяется ее знак. В зависимости от знака этой разности перед следующим UHKIJOM заряда конденсатора С второй (после старшего) разряд регистра Г4 будет либо оставлен в состоянии единица , либо возвратится в состояние нуль, а третий разряд регистра - установлен в состояние единица . Работа АЦП будет продолжаться аналогично описанному вьвае до тех, пор, пока не будут перепробованы все разряды регистра 14. После окончания цикла работы в регистре 14 АЦП будет получено в цифровом коде значение напряжения, к которому стремится поданное на вход АЦП иапряжение,изменяющееся по экспоненциальному закону, задолго до того как Ugj равным ty.i Таким образом, отличие работы : .предлагаемого АЦП от известного АЦП КОДО-ИМПулЬСНОГО типа состоит в ТОМу что в каждом такте преобразования вместо определения соотношения (больше-меньше) между входным напряжением и напряжением на выходе ЦАП определяют разницу, ме:

интервалаB msми времени ty, - tJjH t - Ц , по которой определяют соотношение между напряжениемг к которому по экспоненте стремится входное напряжение,. и напряжением на выходе ЦАП, к которому стремится по экспоненте напряжение, на конденсаторе С. Если |t - t TtJ, - t H-t/ то напсяжение на выходе ЦАПа меньше U.

если

j,

и и t,J - trt., то больше.

11редлал:ае(Ф1й АЩ1 за весьма ко - , роткое время определяет конечное значение напряжения,, к которому стремится экспоненциально возрастающее напряжение Uy, задолго до окончания переходного процесса.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь содержсщий усилитель входного сигнала, выход которого, соединен с первым входом первого запоминающего устройства, второй вход---которого соединен с выходом усилителя импуль са запуска, а выход - с первым входом первого нуль-органа, блок управления, выходы которого соединены с входами регистра, выходы которого соединены с входами цифроаналогового преобразователя , отличающийся тем, что, с целью повыления его быстродействия, в него введены второе и третье запоминающие устройства, два элемента задержки , второй и третий нуль-органы, интегрирующая RC-цепь, ключ, триггер и блок определения знака разностивременных интервалов, причем первые входы второго и третьего запоминающих устройств соединены с выходом усилителя входного сигнала, второй вход второго запоминакнцего устройства соединен с выходом первого элемента задержки .и входом второго элемента задержки, второй вход третьего запоминающего устройства соединен с выходом второго элемента задержки и первым входом блока управления, выходы второго и третье0го запоминакяцих. устройств соединены с первыми входами второго и третьего нуль-органа соответственно, вторые входы которых соединены со вторым входом первого нуль-орггша, вы5ходом интегрирующей RC-цепи и выходом ключа, первый вход которого соединен с общей шиной, а второй вход - со входом блока управления ,первым входом блока опре0деления знака разности временных интервалов и выходом триггера, первый вход которого соединен с выходом первого нуль-органа, второй вход - с выходом третьего нуль-органа, причем выхо;ц второго нуль-орга5на соединен со вторым входом блока определения знака разности временных интервалов, выход которого соединен с третьим входом блока управления, вход первого элемента задерж0ки соединен с выходом усилителя импульса запуска, а вход интегри-руквдей RC-цепи соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, Источники информации,

5 принятые во внимание при.экспертизе

1. Хлистунов В.Н. Основы цифровой , электроизмерительной техники н цифровые преобразователи. М., Энергия , 1966, с. 179 (прототип). / t tj t ff isfftffjtjtflftfty ,1