Параллельно-последовательный преобразователь напряжения в код

 

ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КОД по авт.св. Ю 513.490, о т л и- . чаю щи и с я тем, целью уменьшения динамической погрешности , введены генераторы пилообразного и ступенчатого изменяющегося напряжений, два элемента сравнения, регистр, вычитающее устройство, триргер с включенным параллельно его вхо дам элементом задержки и фиксирующие триггеры, управляющие входы которых подключены к первому входу триггера и входу генератора ступенчато изменяющегося/Напряжения, вы;ход которого непосредственно и че|рез вычитающее устройство соединен ,с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, при этом выход первого элемента сравнения соединен непосредственно с входами опроса компараторов первой ступени и через триггер -. с входом записи регистра , первый и второй входы которого .: соединены с выходами шифраторов первой и второй ступени соответственно , а выход второго элемента сравнения - с входами опроса компараторов второй ступени, причем вы (Л ходы устройства выделения старшей единицы соединены с управляющими входами ключей и входами шифрато|ра первой ступени через фиксирую-щие триггеры. .

„„SU„„> 039027 A

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ.

РЕСПУБЛИК

39 Н 03 К 13/18

«»

1 t

ГбСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 0THPbfA 9

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ":

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 513490 (21) 3399055/18-21 (22) 23 ° 02. 82. (46) 30.08.83. Бюл. Р 32 (72) В.К.Чепалов (53) 23.02.82(088.8) (56) 1; Авторское свидетельство СССР.

9 551133449900, кл. Н 03 К 13/18 1974 ,(прототип). (54)(57) ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

В КОД по авт.св. Р 513490, о т л и- . ч а ю шийся тем, что,с целью уменьшения динамической погрешности, введены генераторы пилообразного и ступенчатого изменяющегося напряжений, два элемента сравнения, регистр, вычитающее устройство, трит гер с включенным параллельно его вхо дай элементом задержки и фиксирующие триггеры, управляющие входы которых подключены к первому входу триггера и входу генератора ступенчато изменяющегося, напряжения, вы,ход которого непосредственно и че рез вычитающее устройство соединен ,с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, при этом выход первого элемента сравнения соединен непосредственно с входами опроса компараторов первой ступени и через триггер вЂ, с входом записи регистра, первый и второй входы которого соединены с выходами шифраторов первой и второй ступени соответственно, а выход второго элемента сравнения — с входами опроса ком- . Я параторов второй ступени, причем вы« ходы устройства выделения старшей единицы соединены с управляющими входами ключей и входами шифрато- С

:ра первой ступени через фиксирую,щие триггеры.

1039027

Изобретение относится к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть использовано при автоматическом измерении широкополосных периодических сигналов.

По основному авт.св. Р 513490 известен параллельно-последователь-. ный преобразователь .напряжения в код, содержащий источник эталонных напряжений, выходы которого соединены с одними входами компараторов первой ступени, вторые входы которых подключены к источнику преобразу емого напряжения, и с входами ключей, управляющие входы которых и входы шифратора первой ступени соединены с выходами устройства выделения старшей единицы, входы последнего подключены к выходам компара- торов первой ступени, компараторы второй ступени, одни входы которых соединены с выходом источника преоб. разуемого напряжения, другие - с выходами последовательного делителя напряжения, а выходы — с входами шифратора второй ступени, суммирующий и инвертирующий операционные усилители и резисторы, включенные между об- щей шиной и первым выходом ключей, вторые выходы которых через инвертирующий операционный усилитель подключены к одному входу последователь-30 ного делителя напряжения, второй вход которого соединен с выходом суммирующего операционного усилителя, один вход последнего подключен к выходу дополнительного, эталонного источни- 35 ка, а второй вход — к вторым выходам ключей.

Недостатком устройства является высокая динамическая погрешность преобразования в режиме амплитудно-вре- 40 менного квантования сигнала.

При амплитудно-временном квантовании непрерывного сигнала производится его преобразование в последовательность цифровых кодов, соответствую. щих мгновенным значениям измеряемого 45 сигнала в фиксированные моменты времени. В данном преобразователе между моментом определения старших разрядов выходного кода и моментом определения младших разрядов с помощью ком- 50 параторов второй ступени должно пройти определенное время, определяемое длительностью переходных процессов переключения ключей и установления выходного напряжения инвертирующего 55 и суммирующего усилителей. Динамическую ошибку, обусловленную временем преобразования, можно оценить по следующей формуле

4*ин1 5(2(ГО +Тзк)+ шифр+ уст) 60 где T — апертурное время примейяемых компараторов;

Тзк — время задержки компаратора;

Тщ„ф - время задержки шифратора ;

TycT — время установления переходных процессов переключения ключей и выходного напряжения усилителей

5 — скорость изменения сигнала.

При высокой скорости нарастания измеряемого сигнала младшие разряды выходного кода будут определяться неверно, при этом ошибка в опре-. делении:мгновенного значения .сигнала может достигать кванТа преобразования компараторов первой ступени.

Цель изобретения — уменьшение ди- . намическбй погрешности..

Для достижения поставленной цели в параллельно-последовательный преоб. разователь напряжения в код введены генераторы пилообразного и ступенчатого изменяющегося напряжений, два элемента сравнения, регистр, вычитающее устройство, тригггер с включенным параллельно его входам элементом задержки и фиксирующие триггеры, управляющие входы которых подключены к первому входу триггера и входу генератора ступенчато изменяющегося напряжения, выход которого непосредственно и через вычитающее устройство соединен с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, при,этом выход первого элемента сравнения соединен непосредственно с входами опроса компараторов первой ступени и через триггер — с входом записи регистра, первый и второй входы которого соецинены с выходами шифраторов первой и второй ступени соответственно, а выход второго элемента сравнения -. с входами опроса компараторов второй ступени, причем вйходы устройства выделения старшей единицы соединены с управляющими входами ключей и входами шифратора первой ступени через фиксирующие триг геры.

Компараторы имеют дополнительный вход спроса, компаратор изменяет свое состояние,только при наличии импульса на входе опроса. Таким образом, можно зафиксировать состояние компаратора, т.е. произвести сравнение входного сигнала с эталонными напряжениями, в определенный момент времени. Генератор пилообразного напряжения, элементы сравнения и генератор ступенчатоизменяющегося напряжения образуют систему автосдвига синхроимпульсов, обеспечивающую стробоскопический режим работы преобразователя. Введением элемента задержки, регистра, фиксирующих триггеров обеспечивается распределение синхроимпульсов, при котором or.;ðåäåëåíèå старших и младаих разрядов происходит в разных

1039027

10 *„„2 =.5 Т т. е. исключаются составляющие

Т, Т,„„ф и .Т„, поскольку процессы ,шифрации и установления переходных процессов протекают в течение перно- 15 ,ца входного сигнала.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразо вателя, на фиг.2 - временные диаграм. мы, поясняющие его работу.

Преобразователь содержит компараторы .1 первой ступени, источник 2 эталонных уровней, ключи 3, резисторы 4, устройство 5 выделения старшей единицы, суммирующий усилитель 6, инвертирующий усилитель .7, последо- 25 ! вательный делитель 8 напряжения, компараторы 9 второй ступени, шифратор 10 первой ступени, шифратор 11 второй ступени, дополнительный эта лонный источник 12,генератор 13 пило; 30 образного напряжения, элементы 14 и

15 сравнения, генератор 16 ступенчатоизменяющегося напряжения, вы-. читающее устройство 17, триггер 18, элемент 19 задержки, регистр 20, фик-З5 сирующие триггеры 21.

На вход измеряемого сигнала U поступает периодический сигнал (фиг.2 ) на вход генератора 13 пи;лообразного напряжения подается по- . следовательность оинхроимпульсов 40 (фиг.2 б ) сопровождающих измеряемый сигнал. При поступлении очередного .синхроимпульса генератор 13 пилообразного напряжения вырабатывает пилообразные импульсы (фиг.2 в), кото-45 рые сравниваются элементом 14 с напряжением, снимаемым с выходом генератора 16(0„ на фиг.2Е)и элементом 15 с напряжением, снимаемым с выхода вычитающего устройства 17 50 (U2 на фиг.2 б) . В моменты равенст,ва напряжений на входах элементов: 14

;и 15 последние формируют на своих выходах импульсы (фиг.2 ъ -., с выхода .элемента 15 и фиг.2 д — с выхода . элемента 14 ).

Изменение выходного напряжения генератора 16 ступенчато изменяющегося напряжения U< (фиг.2 б) проис-. ходит скачком на величину d при поступлении на вход генератора 16 им .. 0 пульса (фиг.2 е), представляющего собой импульс (фиг. 2 д), задержанный на времяФ „ элементом 19 задержки.

С каждым йериодом измеряемого.сиг.нала задержка импульсов (фиг.2д)отно: периодах входного сигнала, с определенной задержкой относительно начала периода. Положительный эффект, таким образом, достигается тем, что старшие и младшие разряды кода определяются в одной эквивалентной точке входного сигнала, и динами- ческая погрешность определяется только апертурным временем компаратора.,сительно синхроимпульсов (фиг. 2Ь) увеличивается на время а1,. определяемое величиной приращения аО напряжения 0 и крутизной 5 пилообразного напряжения с выхода генератора 13 пилообразного напряжения. С помощью вычитающего устройства 17 иэ напряжения U вычитается постоянная величина л 0 „ и напряжение с. выхода вычитающего устройства 17 равно 02

0 †. aU (фиг.2e) Благодаря наличию вычйтающего устройства импульсы (фиг.2ъ

:с выхода элемента 15 постоянно опе режают импульсы (фиг. 2д)на время, равное М

Импульсы (фиг.2д)поступают на вхо.ды опроса компараторов 1, тем самым фиксируя единичный код старших разрядов, соответствующий мгновенному значению напряжения измеряемого сигнала в момент времени 12 точка Б на измеряемом сигнале, (фиг.2о}на выходах компараторов 1. По номеру стар- шего сработавшего компаратора устрой-. ство 5 выделения старшей единицы фор° мирует код с единицей в одной позиции, соответствующей старшему сработавшему компаратору. Этот код поступает на входы фиксирующих триггеров 21, выполненных по схеме триггера-защелки. На управляющие входы, триггеров 21 поступает импульс (фиг.2 е ) с выхода элемента 19 задержки. При поступлении импульса (фиг.21 на выходах триггеров 21 фиксируется код, сформированный устройством 5 выделения старшей единицы. Этот код подается на шифратор 10 первой ступени, который формирует код старших разрядов, и на управляющие входы ключей 3; при этом ключ, соответствующий старшему сработавшему компаратору, отключает соответствующий выход эталонного источника 2 от резистора 4 и подключает его к входам усилителей б и 7. Номинальное напряжение дополнительного эталонного источника 12 равно величине кванта первой ступени о.. На выходе инвертирующего усилителя 7 напряжение по модулю равно 1-Я ., где 1 — номер старшего сработавшего компаратора. Аналогично, на выходе суммирующего усилителя 6 модуль напряжения равен (i + 1), на .входах делителя 8 напряжения будут присутствовать два напряжения.. одно равно ближайшему меньшему, чем U< напряжению эталонного источника 2, другое — ближайшему большему. Разность между соседними эталонными уровнями, подаваемыми с выходов делителя 8 на входы компараторов 9 "равна величине кванта второй ступени. Импульсы (фиг.2Ъ) поступающим с выхода элемента 15 на входы опроса компараторов 9, фиксируется состояние компараторов 9, единичный код с их выходов, соот1039027 ветствующий мгновенному значению напряжения измеряемого сигнала в точке Б (момент времени t> фиг.2a), подается на шифратор 11 второй ступени, который формирует код младших разрядов. Импульсом Б (фиг.2wj< 5 сформированном из импульсов (фиг. 2 д и 2 е )с помощью триггера 18, полученный код, соответствующий мгновенному значению сигнала в точке Б, заносится в выходной ре- 10 гистр 20. Далее преобразование мгно венных значений периодического сигнала(фиг.2а )происходит аналогично: в мо. мент времени t определяется код старших разрядов значения сигнала в 15 точке В, в момент времени формируется код младших разрядов, соответствующий значению сигнала в.точ-, ке В (фиг. 2a) полученные коды заносятся в регистр 20 импульсом В (фиг.2, образуя новое значение кода выборки сигнала. Смена кодов, соответствукнцих значениям выборок, происходит по импульсам (фиг.2ж)с частотой следования измеряемого сигнала.

Элемент задержки необходим для того, чтобы предотвратить изменение старших и младших разрядов кода в момент записи в регистр 20 °

Таким образом, в предлагаемом пре- ЗО образователе реализован стробоскопический режим работы. При этом в течение периода измеряемого сигнала формируется один полный цифровой код, соответствующий мгновенному зна чению сигнала, сигнал квантуется с эквивалентным периодом квантования равным

Благодаря синхронизации компарато ров 1 и 9 старших и младших разрядов старшие и младшие разряды выходного кода определяются в одной точке измеряемого сигнала, H динамическая погрешность .преобразования Определяется только апертурной погрешностью компараторов, обычно имеющую малую величину.

При скорости нарастания входного сигнала 5 = 1 В/мкс динамическая погрешность предлагаемого устройства 8 „„2= 5Тп=З мВ, динамическаЯ погрешность прототипа вдин1 ((о+тзк}+Tш ф +T ст)=4Т мВ, т.е. в сравнении с прототипом имеется выигрыш в точности преобразова ния в 160 раз.

Процессы переключения ключей и установления выходного напряжения суммирующего и инвертирующего уси1 лителей протекают в течение време ни между импульсами опроса(Ф „ фиг.2ä) и не оказывает влияния на.динами ческую погрешность,.преобразования.

Это дает возможность дополнительно снизить общую погрешность преобразования путем применения менее быстродействующих, зато более точных усилителей и ключей.

10390?7

1039027

В Г

Составитель B.Ñîëîäîâà

Техреду В.Далекорей КорректоР .И.Ватрушкина ;

Редактор С.Юско

I Закаэ 6241/59. Тираж 936 Подпи,с ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. А/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, Ул. Проектная, 4