Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1982 года по МПК H03K13/17 

(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение ртносится к измерительной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и информационно-измерительных системах.

. Известен аналого-цифровой преобразователь , содержащий переключатель, сравнивающее устройство, генератор пилообразного напряжения, два триггера, три клапана, линию задержки, генератор импульсов, реверсивный счетчик и устройство управления 1 .

Недостатками устройства являются необходимость определения кода коррекции перед каждым преобразованием входного напряжения, что снижает число преобразований в единицу времени, а также невозможность коррекции смещения нуля при преобразо-. вании разнополярного входного напряжения.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены к источникам положительного и отрицательного образцового напряжений, а также к входам измеряемого напряжения и нулевого потенциала, а входы управления - к выходам

дешифратора, выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертируюадему входу усилителя интегратора и к рд- ной обкладке конденсатора, другая оькладка которого соединена с шиной

10 нулевого потенциала, выход формирователя подключен к первому входу дешифратора и к первому входу устройст ва управления, первый выход которого соединен с одним входом клапана,

15 другой вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считыва20ния кода, вторые входы подключены к второму выходу устройртва управления, а выходы - к выхо- . ду преобразователя, остальные два выхода устройства управления соеди25нены с входами двух триггеров, выходы которых подключены к второму и третьему входам дешифратора t2.

Недостатком устройства является 30 низкое быстродействие. Цель изобретения - повышение быстродействия. Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, инфор мационные входы которого подключены к выходам источников положительно го и отрицательного образцового напряжений, выход коммутатора соедине с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя интегратора, выход формирователя подключен к первому входу блока управления, первый выход кото рого соединен с первым входом клапа на, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу блок управления, введены два дополнительных клапана, суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, вентитти переписи кода, формирователь импульсов и резистор, причем третий выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора, к уп равляющему входу ключа и к входу предварительной установки вычитающего, счетчика, четвертый выход блока управления,соединен с вторым управляющим входом коммутатора, с входом предварительной установки счетчика импульсов и с управляющим входом вентилей переписи кода, входы которых подключены к выходу вычитающего счетчика, а выходы - к входу предварительной установки суммирующего счетчика, выход суммирующего счетчика соединен с входом формирователя импульсов, выход которого подключен ко второму входу, блока уп равления, пятый и шестой выходы бло ка управления соединены с третьим и четвертым управляющими входами коммутатора, седьмой выход блока управления подключен к первому входу первого дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход - с входом вычитающего счетчика, восьмой выход блока ,управления подключен к первому входу второго дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход - с входом суммирующего счетчика и третьим входом блока управления, неинвертирующий . вход интегратора подключен к первому выводу рьезистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого поте циала. На фиг.1 приведена структурная электрическая схема устройства;на . фиг.2-временная диаграмма его- работы. . Устройство содержит источник 1 положительного опорного напряжения, источник 2 отрицательного опорного напряжения, коммутатор 3, интегратор 4, нуль-орган 5, формирователь б, резистор 7, ключ 8, блок 9 управления, клапан 10, суммирующий счетчик 1.1, формирователь 12 импульсов, вентили 13 переписи кода, клапан 14, вычитающий счетчик 15, генератор 16 импульсов опорной частоты, клапан 17, счетчик 18 импульсов, вентили 19 считывания кода. Устройство работает следующим образом. В течение интервала времени, огГределяемого блоком 9, осуществляется интегрирование с помощью интегратора 4 измеряемого напряжения, поступающего на вход устройства. Затем происходит преобразование напряжения на выходе интегратора 4 с помощью образцового напряжения во време::ной интервал и заполнение в течение этого интервала импульсами образцовой частоты счетчика 18, причем подключение соответствующего источника 1 или 2 осуществляется в зависимости от сигнала на выходе формирователя б. Код на выходе счетчика 18 при этом пропорционален измеряемому напряжению. Автокоррекция нулевого уровня интегратора осуществляется в преобразователе цифро-аналоговым методом. . При этом напряжение смешения нуля интегратора 4 периодически преобразуется в промежуточный параметр временной интервал, который, в свою очередь, преобразуется в дополнительный код с помощью счетчика 15, выполняющего функцию аналого-цифрового преобразователя и запоминающего регистра. Код на выходе счетчика 15, соответствующий напряжению смещения интегратора 4, в процессе каждого измерения входного напряжения преобразуется в соответствующий временной интервал с помощью счетчика 11, выполняющего функцию цифро-аналогового преобразователя. Этот временной интервал алгебраически суммируется с временным интервалом, соответствующим напряжению на выходе интегратора 4. В течение полученного в результате суммирования временного интервала происходит заполнение .счетчика 18 импульсами образцовой частоты) при этом на выходе счетчика 18 формируется код преобразуемого напряжения без погрешности от сме- . щениянуля интегратора. При работе устройства возможны два варианта соотношения полярностей измеряемого напряжения и напряжени смещения интегратора, которым соот ветствуют два алгоритма работы пре образователя. При первом варианте работы устройства преобразуемое напряжение и напряжение смещения интегратора одинаковую полярность. Цикл коррекции нуля начинается с формирования на третьем выходе блока 9 сигнала, которьай поступает на коммутатор 3, на управляющий вход ключа 8 и На вход предваритель ной установки вычитающего счетчика 15. При этом коммутатор 3 подключает вход интегратора 4 к входу нулевого потенциала, ключ 8 замыкает цепь обратной связи с выхода нуль-органа 5 на неинвертирующий вход интегратора 4, который подключен через резистор 7 к нулевому по тенциалу, а разряды вычитающего счетчика 15 устанавливаются в состо ние 1. Напряжения на выходах интегратора 4 и нуль-органа 5 изменяются при этом в соответствии с временной диаграммой (фиг.2). В зависимости от состояния выхода формирователя 6/ которое запоминается блоком 9. до очередного цикла коррекции, последний по окончании сигнала на своем третьем выходе формирует сигнал на одном из своих выходов. При положительной полярнос ти найряжения смещения интегратора 4 блок 9 формирует сигнал на своем пятом выходе и подключает с помощью коммутатора 3 вход интегратора 4 к источнику 1/ при этом конденсатор интегратора 4-разряжается по ли нейному закону 1ФИГ.2}. Кроме того блок 9 формирует также сигнал на своем седьмом выходе, открывая клапан 14 и разрешая тем самым поступление И1 пульсов опорной частоты на вход вычитающего счетчика 15. Сигналы с седьмого и пятого выходов блока 9 снимаются при поступлении на его первый вход сигнала (перепада напряжения) с выхода формирователя 6. Формирователь б изменяет состояние своего выхода в момент равенства нулю напряжения на выходе интегратора 4, который фиксируется нуль-органом 5. Таким образом, длительность сигналов на пятом и седьмом выходах блока 9 пропорциональна напряжению смещения интегратора 4, при этом в вычитающем счетчике 15 (емкость которого так же, как и емкость сум мируницего счетчика 11, определяется максимально возможной величиной напряжения смещения интегратора и значительно меньше емкости счетчика 18| фиксируется дополнительный код временного интервала, пропорциЪналь ного напряжению смещения интегратор 4. На этом цикл коррекции заканчивается. Необходимость в очередном цикле коррекции определяется, в основнсйч. температурным и временнрлм дрейфами напряжения смещения интегратора. Цикл преобразования входного напряхсения начинается с формирования на четвертом выходе блока 9 сигнала определенной длительности, который поступает на коммутатор 3, на вход предварительной установки счетчика 18 импульсов и на управляющий вход вентиля 13. При этом интегратором 4 осуществляется интегрирование преобразуемого напряжения (фиг.2, разряды счетчика 18 устанавливаются в состояние О, а в суммирующий счетчик 11 записывается дополнительный код временного интервала .коррекции. По окончании сигнала на четвертом выходе блок 9 формирует сигнал на своем восьмом выходе (фиг.2), который поступает на управляющий вгход клапа-на 10 и разрешает тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход суммирующего счетчика 11. Кроме того, в зависимости от полярности преобразуемого напряжения и ее соотношения с полярностью напряжения смещения {в зависимости от состояния выхода формирователя б в цикле преобразования и его соотношения с состоянием выхода последнего в цикле коррекции) формируется сигнал либо на первом, либо на одном из выходов, -шестом или пятом, блока 9. В рассматриваемом случае (при первом варианте работы устройства)блок 9 формирует одновременно сигналы на своих первом и восьмом выходах. Сигнал с первого выхода блока 9 поступает на управляющий вход клапана 17, разрешая тем самым поступление импульсов опорной частоты на вход счетчика 18 (фиг.2). При переполнении суммирующего счетчика 11 формирователь 12 формирует на .своем выходе импульсный сигнал (фиг.2), и тем самым заканчивается формирование временного интервала коррекции. По окончании этого интервала снимается сигнал с восьмого выхода блока 9 и формируется сигнал на его шестом выходе, который поступает на коммутатор 3 и подключает вход интегратора 4 к источнику 2; при этом осуществляется преобразование путем линейного разряда конденсатора напряжения на выходе интегратора 4 в пропорциональный ему временной интервал (фиг.2), окончание которого фиксируется нуль-органом 5. Изменение состояния выхода нуль-органа 5 вызывает перепад напряжения на выходе формирователя 6, который поступает на первый вход блока 9. При эJOM снимаются сигналы с первого и шестого выходов блока 9, и формируется сигнал на его втором выходе. На этом цикл преобразования заканчивается: вход интегратора 4 отключается от источника 2, прекращается поступление импульсов образцовой частоты на вход счетчика 18, и осуществляется выдача результата преобразования на выход через вентили 19, на управляющие входы которых поступает разрешающий сигнал со второго выхода блока 9. При этом код напряжения на выходе интегратора 4 оказывается скорректированным в счетчике 18 на величину напряжения смещения интегратора 4 (фиг.2/. При втором варианте работы устройства преобразуемое напряжение л напряжение смещения интегратора имеют разную полярность ( преобразуе мое напряжение - отрицательную, напряжение смещения - положительную полярность). Цикл преобразования входного напряжения в рассматриваемом варианта отличается от описанного выше тем, что по окончании интегрирования преобразуемого напря жения блок 9 формирует сигнал на своем пятом выходе вместо шестого (.фиг.-2), осуществляя тем самым подключение к входу интегратора 4 источ ника 1. При этом сигнал на пятом выходе формируется одновременно с сигналом на восьмом выходе блока 9, а сигнал на первом выходе по отношению к указанным выше сигналам - с задержкой равной длительности временного интервала коррекции, что обеспечивает коррекцию кода напряжения на выходе интегратора 4 на величину напряжения смещения последнего (фиг.2). Работа устройства при отрицательной полярности напряжения смещения интегратора осуществляется в соответствии с двумя вариантами, рассмот ренными выше. 1 Таким образом, устройство обеспечивает достаточно длительное время хранения величины сигнала коррекции которое определяется дрейфом-частоты генератора импульсов опорной частоты Дрейф частоты кварцевого резонатора входящего в состав генератора импуль сов опорной частоты, на несколько г|орядков меньше дрейфа напряжения см 15ения, входящего в состав интегратор усилителя. Следовательно, период цик ла определения сигнала коррекции нулевого уровня устройства определяется дрейфом напряжения смещения усили теля и значительно больше, чем у, про тотипа (у которого определение сигна ла коррекции осуществляется перед каждым пpeoбpaзoвaниeм, что обеспеч вает повышение б1 стродействия аналого-цифрового преобразователя. Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содержащий коммутатор, информационные входы которого подключены ц выходам источников положительного и отрицательного образцового напряжений , выход коммутатора соединен с входом интегратора, выход которого подключен к входу нуль-органа, выход нуль-органа соединен с входами формирователя и ключа, выход которого подключен к неинвертирующему входу усилителя интегратора, выход формирователя подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с цервым входом клапана, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов опорной частоты, а выход - к входу счетчика импульсов, выход которого соединен с первыми входами вентилей считывания кода, вторые входы которых подключены к второму выходу блока управления, отличающийс я тем, что, с целью повышения быстродействия, введены два дополнительных клапана,суммирующий счетчик, вычитающий счетчик, вентили переписи кода, формирователь импульсов и резистор, причем третий выход блока управления подключен к первому управляющему входу коммутатора, к управляющему входу ключа и к входу предваритель,ной установки вычитающего счетчика , четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом коммутатора, с входом предварительной установки счетчика импульсов и с управляющим входом вентилей переписи кода, входы которых подключены к выходу вычитающего счетчика, а выходы - к входу предварительной установки суммирующего счетчика, вь1ход суммирующего счетчика соединен с входом формирователя, импульсов, выход которого подключен к второму входу, блока управления, пятый и шестой выходы блока управления соединены с третьим и четвертым управляющими входами коммутатораj седьмой выход блока управления подключен к первомувходу первого допол нительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты, а выход с входом вычитающего счетчика, восьмой выход блока управления подключен к первому входу второго дополнительного клапана, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов опорной частоты,а выход - с входом суммирующего счетчика и третьим входом блока управления, чеинвертирующий вход интегратора подключен к первому выводу резистора, второй вывод которого соединен с шиной нулевого потенциала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Г7 .Л у

1У|7{/У|ЯЯ 1 Г7

ИЛ

1

3

м

Н-ЗЯй /