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

Изобретение относится к вычисли- , тельной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и системах числового программного управления, например, промышленными роботами. Известен аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой, содержащий последовательно соединенные генератор пилообразного сигнала, первый компаратор и преобразователь интервал-код, последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик и блок регулирования наклона, выход которого соединен с входом генератора пилообразного сигнала, формирователь импульса, выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй и третий компараторы, первые входы которых соединены с выходом генератора пилообразного сигнала, вторые входы соединены с соответствующими шинами опорных напряжений, а выход - с входом формирователя импульса и другим входом блока регулирования наклона, второй вход первого компаратора соединен с шиной преобразуемого напряжения, разрядные выходы счетчика соединены с соответствующими входами преобразователя интервал-код, а также через дешифратор - с входом синхронизации генератора пилообразного сигнала L . Недостатком устройства является отсутствие компенсации погрешности компараторов. Кроме того, измеряемый интервал времени не синхронизирован с заполняющими его импульсами, что, как известно, влечет за собой увеличенную погрешность квантования.. Соединение генератора импульсов с входом счетчика через делитель частоты, с целью уменьшения погрешности квантования, увеличивает время преобразования, т.е. сужает функциональные возможности устройства. Известен аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой. содержащий последовательно соединенные генератор пилообразного сигнала, компаратор и преобразователь интервал-код, аналоговые ключи, соединяющие второй вход компаратора с шинами преобразуемого и опорных напряжений, последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик и блок регулирования частоты, выход которого соединен с входом управлени частотой генератора импульсов, блок запуска, выход которого соединен с входом запуска генератора импульсов, и блок управления, вход которого соединен с выходом компаратора, а выхо соединены соответственно с входами управления аналоговых ключей, входом синхронизации генератора пилообразного сигнала, с вторым входом пре образователя интервал-код, с вторым 3ходом блока регулирования частоты и входом узла блока запуска, вход сброса счетчика и второй вход блока управления соединены с выходом внешнего таймера, выход генератора импул сов соединен с третьим входом преобразователя интераал-код С2. Недостатком устройства является его сложность и ограниченные функциональные возможности. Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функционал Hbix возможностей. Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой, содержащий по-следовательно соединенribie генератор пилообразного сигнала компаратор, второй вход которого мераз аналоговые ключи соедине -г с шина ми преобразуемого и опорных напряжений ,и преобразователь интервал-код последовательно соединенные, генератор нмпульсов и счетчик импульсов, выходы блока управления соединены со ответственно с входами управления ан логовых ключей, входом синхронизации генератора пилообразного сигнала и вторым входом преобразователя интервал- код, третий вход которого соеди нен с выходом генератора импульсов, введены блоки регулирования наклона и смещения, первые входы которых соединены с выходом компаратора, вторые и третьи входы соединены с соответствующими управляющими оыходами блока управления, а выходы - с входа ми генератора ги-июобрзаного сигнала ВХОДЫ блока управления соединены с разрядными выходами счетчика импульсов. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства. Аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой содержит генератор 1 пилообразного сигнала, компаратор 2, преобразователь 3 интервал-код, аналоговые ключи -6, генератор 7 импульсов, счетчик 8 импульсов, блок 9 управления, блок 10 регулирования наклона, блок 11 регулирования смещения. На временной диаграмме фиг. 2 кривая 12 изображает импульс синхронизации генератора I, сформированный блоком 9; кривая 13 выходной сигнал генератора 1; кривая 1 - сигнал на втором входе компаратора 2; кривая 15 выходной сигнал компаратора 2; кривые 1б и. 17 - калибровочные импульсы, сформированные блоком 9 и поступающие на третий и второй входы блока 10 соответственно; кривые 18 и 19 - калибровочные импульсы, сформированные блоком-узлом 9 и поступающие на третий и второй входы блока 11; кривая 20 - импульс,сформированный блоком 9 и поступающий на вход преобразователя 3; моменты времени: Т1 - начало прямого хода пилообразного си|- нала; Т2 - эталонный момент времени, соответствующий началу опорного интервала, ТЗ - момент подключения напряжения УХ , начало отсчета; Т момент подключения опорного напряжения V 2; Т5 - передний фронт калибровочного -импульса 16; Тб - эталонный момент времени, соответствующий концу опорного интервала; Т7 момент подключения опорного напряжения 1 , начало обратного хода пилообразного си гнала. Цикл работы устройства совпадает с циклом работы счетчика 8 и состоит из фазы калибровки и фазы измерения. В фазе калибровки ко входу компаратора 2 с погющью аналоговых ключей k и 6 последовательно подключаются опорные напряжения V 2 и V 1. Эталонные моменты времени 12 и Тб представленье парами калибровочных импульсов, расположенных внутри соответствующих интервалов подключения опорных напряжений-. Их расположение учитывает задержки и переходные процессы 591 при переключениях напряжений. Блоки 10 и П контролируют совпадение эталонных моментов времени с соответ ствующими отрицательными фронтами сигнала 15. При наличии рассогласова ния фронта сигнала 15, например, с м ментом Т2, что отмечено пунктирными линиями, блок 11, в зависимости от знака рассогласования, выделяет импульс совпадения, соответственно, ин версного значения сигнала 15с импульсом 18 или сигнала 15 с импульсов 19. Воздействие импульса на блок 11 приводит к изменению его выходного напряжения и соответствующему смещению пилообразного сигнала по оси напряжений в сторону уменьшения рассогласования. Благодаря наличию в блоке 11 интегратора результатом действия блока 11 является практическое отсутствие статической ошиб ки совмещения контролируемых фронтов Действие блока 10 аналогично, В фазе измерения к входу компаратора 2 подключается преобразуемое напряжение Vj и выполняется преобразЪвание в код интервала, начало jKOToporo задает отрицательный фронт импульса 20, а конец - ближайщий по времени отрицательный фронт сигнала 15, При подсчете импульсов, запол няющих интервал, на вход счетчика преобразователя 3 поступают импульсы, инвертированные по отношению к импульсам генератора 7 и, следовательно, сдвинутые по отношению к началу интервала на половину их периода, что обеспечивает минимально возможную для данной разрядности погреш ность квантования, равную половине веса младшего разряда. Использование полученного в счетчике 8 числа осуществляется в фазе калибровки. При измерении абсолютных значений разнополярных напряжений отсчет производится от середины фазы измерений с выявлением знака напряжения. В это случае блок 9 формирует соответствую щий импульс, задающий начало отсчета, а преобразователь 3 содержит блок выявления знака. Устройство более простое по сравнению с известным и имеет более широкие функциональные возможности. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой, содержащий последовательно соединенные генератор пилообразного сигнала и компаратор, второй вход которого через аналоговые ключи соединен с шинами преобразуемого и опорных напряжений, и преобразователь интервал-код, последовательно соединенные генератор импульсов и счетчик импульсов, выходы блока управления соединены соответственно с входами управления аналоговых ключей, входом синхронизации генератора пилообразного сигнала и вторым входом преобразователя интервалкод, третий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью упрощения преобразователя и расширения его функциональных возможностей в него введены блоки регулирования наклона и смещения, первые входы которых соединены с выходом компаратора, вторые и третьи входы - с соответствующими управляющими выходами блока управления, а выходы - с входами генератора пилообразного сигнала, входы блока управления соединены с разрядными выходами счетчика импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.ПатентСША N 3961325, кл. ,1976. 2,ПатентСША К 3665305, кл, ,19б9 (прототип).

ги

W

/у

ГУ

f

X

т 2 rj

77

IK

vt

Г- TJ Tff Т7

Фиг. 2.