Функциональный аналогоцифровой преобразователь

 

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, информационный вход первого ключа через первый, масштабный резистор соединен с входом преобразователя, а информационный вход второго кл1рча через второй масштабный резистор - с выходом источника о.порного сигнала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к соотвещ-ствующим выходам триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом старшего разряда счетчика, подключенного счетным входом к выходу тактового генератора, отличающийся тем, что, с целью повышения,точности, в него введены неинвертирующий операционный усилитель , регистр, пороговое устройство , и ограничитель, причем вход интегратора подключен к входу неинвертирующего операционного усилит1вля, .выход которого через пороговое устройство подключен к входу записи регистра, информационные входы кототрого подключены к соответствующим цифровым выходам счетчика, выход неинвертирующего операционного усилителя через ограничитель подключен к входу источника опорного сигнат ла, содержащего п потенциометров, два аналоговых мультиплексора и блок формирования прЬизводной, -первые выводы каждого п-го потенциометра объединены и являются аналоговым входом источника опорного , а вторые вывода соединены с шиной нулевого потенциала, выводы подвижных контактов с первого по (п-1)-й потенциометров соединены соответственно с аналоговыми входами первого мультиплексора, а выводы подвижных контактов с второго по п-й потенциометр соединены соответственно с аналоговыми входами второго мультиплексора, соответствующие управляющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и последовательно подключены к первой группе цифровых выходов счетчика, начиная с старшего -разряда счетчика , а выходы первого и второго мультиплексоров подключены к соответствующим аналоговым входам блока формирования производной, управляющие входы которого подключены соответственно к второй группе цифровых выходов счетчика, выход блока формирования производной является выходом источника опорного сигнала.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) 3(Ю G 06 G 7/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3496095/18-24 (22) 27.09.82

1 (46) 07.02.84. Бюл. 9 5 (72) В.Я. Грошев (71) Научно-исследовательский институт электронной интроскопии при Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им. С.И-.Кирова (53) 681.335(088.8) (56). 1. Авторское свидетельство СССР

Р 746582, кл. G 06 а 7/26, 1978..

2. Патент США Р 4110746, кл. Н 03 К 13/02, опублик. 1978 .

{прототип). (54)(57) ФУНКцИОНАЛ)НЫЙ АНА))ОГО- (ИФРОВОй ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ., содержащий интегратор, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, информационный вход первого ключа через первый масштабный резистор соединен с входом преобразователя, а информационный вход второго ключа через второй масштабный резистор — с выходом источника опорного сигнала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к соотвщгствующим выходам триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом- старшего разряда счетчика, подключенного счетным входом к выходу тактового генератора, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повыаения,.точности, в него введены неинвертирующнй операционный усилитель, регистр, пороговое устройство и ограничитель, причем вход интегратора подключен к входу неинвертирующего операционного усилителя, .выход .которого через пороговое устройство подключен к входу записи регистра, информационные входы кото-. рого подключены к соответствующим .цифровым выходам счетчика, выход неинвертирующего операционного усилителя через ограничитель подключен к входу источника опорного сигна-. ла, содержащего и нотенциометров, два аналоговых мультиплексора и блок формирования производной, -первые выводы каждого n-ro потенциометра объединены и являются аналоговым входом источника опорного сигнала, а вторые выворщ соединены с шиной Е нулевого потенциала, вывбды подвижных контактов с первого по (n -1)-й потенциометров соединены соответственно с аналоговыми входами первого мультиплексора, а выводы подвижных контактов с второго по и-й Я потенциометр соединены соответственно с аналоговыми входами второго мультиплексора, соответствующие управляющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и последовательно подключены к первой группе цифровых выходов счетчика, начиная с старшего разряда счетчика, а выходы первого и второго мультиплексоров подключены к соответст- вующим аналоговым входам блока формирования производной, управляющие входы которого подключены соответст- венно к второй группе цифровых выходов счетчика, выход блока формирова- ф» ния производной является выходом ис-. точника опорного сигнала.

1072066

Изобретение относится к вычисли= тельной технике, а именно к преоб разователям аналоговой величины сигнала в код, и предназначено преимущественно для компенсации нелинейности измерительных датчиков.

Известен функциональный аналогоцифровой преобразователь, содержащий первщй интегратор, вход которого через первый ключ соединен с первой входной клеммой устройства, выход 10 первого интегратора через второй ключ соединен с входом второго интегратора, соединенным также через третий ключ с второй входной клеммой

Недостатками устройства являются невозможность прямого программирования функции линеариэации по извест-З5 ным значениям входной функции, узкий класс реализуемых,функций, ограниченный чисто степенной зависимостью второго порядка, а также низкая точность, связанная с сдвигом 40 и дрейфом обоих интеграторов и особенно входного блока сравнения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является функциональный аналого-цифровой нре- 45 обраэователй, содержащий интегратор, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, информационный вход первого ключа через первый масштабный резистор соединен с входом преобразователя, а информационный вход второго ключа через второй масштабный резистор соеДинен с выходом источника опорного сигнала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к соответствующим выходам триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом старшего разряда счетчика, подключенного счетным входом к выходу тактового генератора (2) .

50

Недостатком известного преобразователя является сложность регулировки коэффициентов деления, при этом точность. преобразователя ограничена

65 устройства, причем управляющие вхо- 3 5 ды ключей подключены соответственно к выходу схемы сравнения, к инверсному выходу триггера и его неинверсному выходу, выход второго интегратора соединен с входом блока сравнения, выход которого подключен к блоку определения начальных условий первого интегратора, первому входу схемы совпадений и управляющему входу блока задания и измерения интервалов времени, управляющий выход которого подключен к тактовому входу триггера, инверсный выход которого подключен к второму входу схемы сравнения, выходы блока задания и измерения интервалов времени являются кодовыми выходами устройства (1 . кусочно-линейной аппроксимацией и дискретностью установки коэффициентов деления соответствующих счетчиков.

Цель изобретения — повышение точности. .Поставленная цель достигается тем, что в функциональный аналогоцифровой преобразователь, содержащий интегратор, вход которого соеди нен с выходами первого и второго ключей, информационный вход первого ключа через первый масштабный реэистор соединен с входом преобразователя, а информационный вход второго ключа через второй масштабный резистор соединен с выходом источника опорного сигнала, управляющие входы первого и второго ключей подключены к соответствующим выходам триггера, вход синхронизации которого соединен с выходом старшего разряда счетчика, подключенного счетным входом к выходу тактового генератора, введены неинвертирующий операционный усилитель, регистр, пороговое устройства и ограничитель, причем выход интегратора подключен к входу неинвертирующего операционного усилителя, выход которого через пороговое устройство подключен к входу записи регистра, информационные входы которого подключены к соответствующим цифровым выходам счетчика, выход неинвертирующего операционного усилителя, через ограничитель подключен к входу источника опорного сигнала, содержащего и потенциометров, два аналоговых мультиплексора и блок формирования производной, первые выводы каждого и-го потенциометра объединены и являются аналоговым входом источника опорного сигнала, а вторые выводы соединены с шиной нулевого потенциала, выводы подвижнйх контактов с первого по (и-1)-й потенциометров соединены соответственно с аналоговыми входами первого мультиплексора, а выводы подвижных контактов с второго по и-й потенциометр соединены соответственно с аналоговыми входами второго мультиплексора, соответствующие управляющие входы первого и второго мультиплексоров объединены и последовательно подключены к первой группе цифровых выходов счетчика, начиная с старшего разряда счетчика, а выходы первого и второго мультиплексоров подключены к со ответствующим аналоговым входам блока формирования производной, управляющие входы которого подключены соответственно к второй группе цифровых выходов счетчика, выход блока формирования производной

1072066 является выходом источника опорного сигнала.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого преобразователя, на фиг. 2 - схема источника опорного сигнала.

Функциональный аналого-цифровой преобразователь содержит интегратор 1, первый и второй масштабные резисторы 2 и 3, первый и второй ключи 4 и 5, неинвертирующий операционный усилитель 6, триггер 7, источник 8 опорного сигнала, счетчик

9, тактовый генератор 10, регистр

11, ограничитель 12, пороговое устройство 13, программный блок 14, содержащий и потенциометров, первый и второй мультиплексоры 15 и 16, блок 17 формирования производной.

10 Греобразователь работает следующим о бра зом.

В первом такте интегрируется напряжение, поступающее на вход интегратора 1 через первый масштабный резистор 2 и замкнутый первый ключ, 4, управляемый триггером 7. Так как неинвертирующий операционный усилитель обладает большим коэффициентом усиления, то при поступлении тока на вход интегратора 1 он попадает в режим насыщения, при этом фазы интегратора 1 и неинвертирующего операционного усилителя 6 выбраны таким образом, что напряжение насыщения на выходе неинвертирующего 35 операционного усилителя 6 всегда имеет противоположную полярность по отношению к входному сигналу пре образователя. С помощью ограничителя 12 формируется опорное напря- 4Q жение необходимой полярности, которое подается на вход источника 8 опорного напряжения сигнала. Счетчик 9 непрерывно производит подсчет импульсов тактового генератора 10 и в 4S моменты возвращения в нулевое состояние переключает триггер 7. При этом разьыкается первый ключ 4 и за« . мыкается второй ключ 5, подключая к входУ интегратора 1 через второй масштабный резистор 3 источник 8 опорного сигнала, Разряд интегратора 1 продолжается до возвращения его в исходное состояние. Второй ключ 5 остается замкнутым, а интег-. ратор 1 и неинвертирующий операционный усилитель 6 оказываются охваченными через ограничитель 12, источник 8 опорного сигнала и второй масштабный резистор 3 отрицательной обратной связью, которая позволяет ® исключить цепь разряда емкости интегратора 1 и обеспечить независимость точности преобразования от сдвига на входе неинвертирующего операционного усилителя б. 65

Импульс записи, поступающий в регистр 11, соответствует моменту времени восстановления в интеграторе

1 начального состояния, после чего информация, принятая от счетчика 9, сохраняется до окончания следующего цикла преобразования. Для обеспечения линейной связи между входным сигналом и выходным кодом в преоб-разователе осуществляется нелинейное преобразование, причем функция линеариэации задается источником

8 опорного сигнала.

Функция передачи блока 17 формирования производной имеет вид

Вь1х,1 Фщд х где U ы„- выходное напряжение блока

17 формирования производной

Б,U — - напряжения соответственно на первом и втором входах

m — эквивалент максимального лаx значения кода на входах управления блока 17 формирования производной;

m - эквивалент текущего значения кода внутри блока 17 формирования производной, причем ш „ъш > О.

Управляющие входы мультиплексоров

15 и 16 соединены с выходами счетчика 9 таким образом, что смена замкнутых каналов осуществляется каждый раз после подсчета младшими разрядами счетчика 9. С учетом этого, функция передачи источника 8 опор-. ного сигнала имеет вид где Uo - напряжение ограничения ограничителя 12, K,K;- коэффициенты деления двух соседних потенциометров программного блока 14.

Выходное напряжение источника 8 опорного сигнала интегрируется во втором такте преобразования, вследствие чего разряд интегратора 1 осуществляется в соответствии с выражением где 0 « функция разряда интегратора 1; и

- постоянная времени интегрирования, С - постоянная, определяемая состоянием интегратора и началу i-ro участка.аппроксимации.

1072066

@,.т

При совпадении функции разряда интегратора 1 и функции нелинейнос ти на входе преобразователя отсчет по шкале функционального аналогоцифрового преобразователя становится пропорциональным измеряемому параметру.

ВНИИА заказ 128/42

Тираж 699 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород,ул.Проектная,4

Преимущество предлагаемого преобразователя заключается в увеличении точности путем применения кусочнокриволинейной аппроксимации и прямого программирования по эталонам

S при отсутствии расчетных и других операций.