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

(5) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измерительных системах. Известна схема цифро-аналоговой компенсации аддитивной погрешности времяимпульсных аналого-цифровых преобразователей (АЦП ) ti 3. Недостаток схемы заключается в том что определение направления коррекции,осуществляется по мгновенному , значению выходного напряжения компара тора ( которое представляет собой случайный процесс )и приводит к дополнительной погрешности. Известен цифровой интегрирующий вольметр, содержащий интегратор компаратор, цифровой индикатор и коммутатор измеряемого и образцовых напряжений, который снабжен схемой компенсации дрейфа нуля, выполненной в виде последовательно соединенных между выходом компаратора и входом интегра- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ тора ключа и резистора, между общей точкой которых и землей подключены последовательно соединенные резистор и конденсатор, а между входом интегратора и землей включены последовательно соединенные резистор и ключ 2. В этой схеме дрейф нуля интегратора запоминается после каждого измерения, что ограничивает быстродействие прибора. Кроме того, ввиду конечных постоянных времени заряда и разряда цепи коррекции происходит неполный заряд конденсатора в течение интервала времени запоминания и разряд конденсатора в течение интервала коррекции, что снижает точность преобразования. Наличие в третьем такте обратной связи снижает устойчивость схемы, что предъявляет жесткие требования к частотным свойствам компаратора. Цель изобретения - повышение точности и быстродействия преобразования . Поставленная цель достигается тем, что в интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий интегратор, вход которого через первый резис тор и соответствующие первый, второй, третий и четвертый ключи соединен с шинами измеряемого напряжения, положи тельного и отрицательного рбразцовых напряжений и общей шиной, а выход соединен с входом компаратора, выход которого через пятый ключ и второй резистор соединен с входом интегратора и с входом управляющего автомата, первый, второй, третий, четвертый и п тый выходы которого подключены к управляющим входам ключей, введены цифро-аналоговый преобразователь, реверсивный счетчик и узел определения зна ка математического ожидания, первый вход которого соединен с выходом компаратора, второй вход соединен с шестым выходом управляющего автомата, а выход через реверсивный счетчик, цифро-аналоговый преобразователь и третий резистор подключен к входу интегратора, а седьмой выход управляющего автомата подключен к управляющему входу реверсивного счетчика. На чертеже представлена функциональная электрическая схема интегрирующего аналого-цифрового преобразова теля ( ЩП). Схема интегрирующего АЦП содержит ключи , интегратор 5, компаратор 6 ключ 7, реверсивный счетчик 8, цифро аналоговый преобразователь ч ЦАП; 9, управляющий автомат 10, резисторы 1113, узел 14 определения знака математического ожидания, шину 15 измеряемо го напряжения, шины 16 и 17 положительного и отрицательного образцовых напряжений, общую шину 18. Устройство работает следующим образомВ течение первого такта работы АЦП ключ 1 замкнут, а все остальные ключи разомкнуты. При этом производится интегрирование измеряемого напряжения за определенный интервал времени. Во втором такте замкнут один из ключей 2 или 3 (в зависимости от полярности Vx , а все остальные ключи разомкнуты При этом интегрируется образцовое напряжение и выходное напряжение интегратора в определенный момент достигает нулевого значения. Этот момент соответствует окончанию второго такта интегрирования и фикси9814 руется компаратором Длительность такта пропорциональна измеряемому напряжению и преобразуется в цифровую форму. В течение третьего такта ключи и 7 замкнуты При этом происходит установка начальных нулевых условий интегратора. Один раз в несколько циклов измерения выделяется дополнительный интервал времени, необходимый для формирования сигнала компенсации дрейфа нуля интегратора и называемый в дальнейшем интервалом коррекции , в течение которого ключ k замкнут, остальные ключи разомкнуты напряжение дрейфа нуля интегратора при этом интегрируется и подается на вход компаратора о Напряжение на выходе компаратора на интервале коррекции представляет .собой случайный процесс, содержащий информацию о разности дрейфа нуля усилителя интегратора и компенсирующего напря : ения,, Узел 1 определяет знак математического ожидания этого процесса и передает соответствующую информацию на вход управления направлением счета реверсивного счетчика 8„ В конце интервала коррекции на счетный вход реверсивного счетчика 8 из управляющего автомата 10 поступает импульс, что приводит к изменению содержимого счетчика и выходного напрях(ения управляемого им ЦАП 8, соответствующего уменьшению разности .напряжений дрейфа-нуля и компенсирующего сигнала, пропорционального выходному напряжению ЦАП и подаваемого через резистор 13 на вход интегратора 5. Затем цикл измерения повторяется. Таким образом, за несколько интервалов коррекции на выходе ЦАП устанав- ливается напряжение, необходимое для компенсации дрейфа нуля интегратора. Преобразователь позволяет скомпенсировать дрейф нуля даже в том случае, если он меньше кванта АДЦ и исключить дополнительную погрешность, вызванную наличием случайного процесса на выходе компаратора Разделение функций установки нулевых начальных условий интегратора, осуществляемой перед каждым циклом измерения, и запоминания дрейфа нуля интегратора, осуществляемого один раз в несколько циклов измерения, а также выделение постоянной составляющей дрейфа и замена аналоговой памяти циф