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

54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в системах автоматики, вычислительной техники и средств связи.

Известен аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием во временной интервал, содтоящий из нуль-органа, генератора /1илообразного напряжения, счетчика, генератора тактовых импульсов и логического блока Cl .

Недостатками этого преобразова.теля являются низкая помехозащищен.ность и невысокая точность.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является аналого-цифровой преобразователь с многоступенчатым интегрированием, содержащий источник опорного напряжения, соединенный со входом ключа , второй ключ, вход которого соединен с входом шиной устройства, выходы ключей объединены и подключены через резистор ко входу операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен конденсатор, выход операционного усилителя подключен к нуль-органу, генератор синхоимпульсов, счетчик и блок

управления, входал которого подключены соответственно к выходкам нульоргана и генератора синхроимпульсов, выходы блока управления подсоединены соответственно ко входу счет чика импульсов и к управляющим входам ключей, выход счетчика подключен к соответствующему входу блока управления С2.

10

Известный аналого-цифровой преобразователь обладает высокой помехозащищенностью и характеризуется высокой .точностью преобразования.

Однако для входных напряжений с

15 большим динамическим диапазоном изменения сигнала относительная погрешность преобразования зависит от амплитуды входного сигнала и определяеуся по формуле

20

100У,1(%), (2 -ilVt. .где Д -.относительная погрешность преобразования ;

Vpнапряжение источника опор25ного напряжения , УХ - напряжение входного сигнала ;

П - число разрядов счетчика. Таким образом, для входных сиг30налов с минимальной величиной напряжения относительная погрешность преобразования будет максимальна. Цель изобретения -.повышение точности преобразования. Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразоваталь, содержащий источник опорного напряжения, соединенный с входом ключа, второй ключ, вход которого соединен с входной шиной устройства, выходы ключей объединены и подключены через резистор к входу операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен конденсатор, выход операционного усилителя подключен к нуль-органу, генератор синхроимпульсов, счетчик и блок управления, входы которого подключены соответственно к выходам нуль-органа и генератора синхроимпульсов, выходы блока управления по ключены к входу счетчика импульсов И: к управляющим входам ключей, выхо счетчика-подключен к соответствующе му входу блока управления, введены второй источник опорного напряжения третий ключ, второй резистор и компаратор, выходы третьего ключа и компаратора подключены к входной ши не устройства, второй вход компарат ра соединен с выходом второго источ ника опорного напряжения, выход компаратора подключен к входу блока управления, управляющий вход третье го ключа соединен с выходом блока управления, выход третьего ключа че рез второй, резистор подключен к вхо ду операционного усилителя, На чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого преобразователя. Он содержит источник 1 и 2 опорного напряжения,,ключи 3-5, компаратор 6, блок 7 управления, счетчик 8, резисторы 9 и 10, конденсато 11, операционный усилитель 12, нуль орган 13, генератор 14 синхроимпуль сов. Операционный усилитель 12, . конденсатор 11 и один из резисторов 9, 10 составляют схему интегратора. Преобразователь работает следующим образом. Допустим, что измеряемый сигнал имеет напряжение, большее чем напряжение источника 2 опорного напряжения, T.e.Vj( V . Тогда с выхода компаратора 6 в блок 7 управления поступает высокий уровень сигнала. В результате этого в начале цикла преобразования блок 7 управления замыкает ключ 4 ключи 3 и 5 при этом разомкнуты ), подавая через резистор 9 на вход интегратора измеряемое напряжение Vx В это же время на вход счетчика 8 начинают поступать синхроимпульсы от генератора 14. По истечении некоторого ин тервала времени Т, величина которого определяется количеством импул сов, поступивших в счетчик 8 (например, переполнение счетчикаJ, на выходе интегратора формируется напряжение-R,c j сопротивление резистора 9; С - емкость конденсатора 11. В это время блок 7 управления размыкает ключ 4, сбрасывает счетчик 8 и замыкает ключ, 3. При этом на вход интегратора поступает напряжение - Vf. от источника 1 опорного напряжения. Интегрирование продолжает ся до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора станет равным нулю. В .этот момент времени с выхода нульоргана 13 в блок 7 управления поступает низкий уровень сигнала, который блокирует счетчик 8 и размыкает ключ 3. На этом цикл преобразования заканчивается . Поскольку Напряжение на выходе интегратора в начале и в конце цикла одинаково и равно нулю, то можно записать уравнение (-VJolt 0, v. откуда где Tj - длительность цикла преобразования ; п - количество разрядов счетчика 8 ; N - число S счетчике 8 и в конце цикла преобразования. Если величина входного сигнала V оказалась меньше напряжения источника 2 опорного напряжения, т.е. .x TflTO в блок 7 управления поступает низкий уровень сигнала с выхода компаратора 6. Это приведет к замыканию в начале цикла преобразования ключа 5. При этом в конце интервала Т на выходе интегратора формируется напряжение В конце цикла преобразования напряжение- на выходе интегратора описывается уравнением (-Vr), откуда h. где Rj - сопротивление резистора 10 N число в счетчике 8 в конце цикла. . Если принять соотношение сопроти лений Ъ где Е - целочисленная функция; к имальный и минимальный уровни входно го сигнала, то чтобы числами N в счетчике 8 имели одинаковый масштаб, число Ы необходимо разделить на 2. Это означает, что в этом случае запятую в с гетчике необходимо перенести на Ю разрядов влево. Сигнал переноса запятой с блока 7 управления поступает на выход уст ройства. Для максимального использования всех разрядов счетчика 8 напряжение f источника 2 опорного напряже, ния следует выбирать из условия Таким образом, при изменении на пряжения входного сигнала в диапаз не .,,.преобразование произв дится с относительной погрешностью Д а в диапазоне tV,Vj( погрешностью - Благодаря такому схемному решению точность измерения входных сигналов с минимальным напряжением повьппается в 2 раз. Формула изобретения Адаптивный аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, соединенный с входом ключа,второй ключ,вход которого соединен с входной шиной устройства выходы ключей Объединены и подт ключены через резистор к входу операционного усилителя, в цепь обратной связи которого включен конденсатор, выход операционного усилителя подключен к нуль-органу, генератор синхроимпульсов, счетчик и блок управления, входы которого подключены соответственно к выходам нуль-органа и генератора синхроимпульсов, выходы блока управления подсоединены к входу счетчика импульсов и к.управляющим входам ключей,, выход счетчика подключен к ссоответствующему входу блока, управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй источник опорного напряжения, третий ключ, второй резистор и компаратор, выходы третьего ключа и компаратора подключены к входной шине устройства, второй вход компаратора соединен с выходом второго источника опорного напряжения, выход компаратора подключен к входу блока управления, управляющий вход третьего ключа соединен с выходом блока управления, выход третьего ключа через второй резистор подключен к входу операционjHoro усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Швецкий Б.И.Электронные измерительные приборы с цифровым отсчетом. Киев, Техника, 1970,с. 34, рис. 8. 2.Харрисон Т. Управляющие вычислительные машины в АСУ технологическими процессами. Мир, 1975, т. 1, с. 309, фиг. 3-87 (прототип).