Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОКОРРРЖЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТИ, содержащий первый фаэовраи(атель, выход которого соединен с первьм входом блока фазовых компараторов и через ключ с нервым входом преобразоЕзтеля сдвига фазы в ток с умножением, второй вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом первого фазовращателя, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходу генератора опорного напряжения и к выходу блока компенси рующего тока, а ттервый вход соединен с входной пшной, первый и второй BI-Iходы блока фазовых компараторов подключены соответственно к входу блока управления и к первому входу шифратора , второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом ключа, отличающийся тем, что, с ПР.ЛЬЮ уменьшения погрешности преобразования, в него введены второй фазовращатель, счетчик, третий фазовращатель и корректирукмций компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого фазовращателя, второй вход через третий фазовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход подключен к третьему входу шифратора и к второму информациомнсичу V) входу счетчика, первый информапиониып вход которого соединен с выходом с шифратора, первый и второй управляющие входы подключены соответствеино к третьему и четвертому выходам блока управления, а выход соединен с входом блока компенсирующего тока и с выходной шиной, при этом второй вход со блока фазовых компараторов через второй фазовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения. со 00

09) (Ш

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК зя1 Н 03 К 13/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Р ..

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3544846/)8-21 (22) 24.01.83 (46) 07,05.84. Бюл, N 17 (72) В.П. Стокай (71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В.И. Глушкова (53) 681.325(088.8) (56) 1. "Измерительная техника".

1972, 9 11, с ° 8-11, 2. Авторское свидетельство СССР

У 448342, кл. Н ОЗ К 13/20, 1975, (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОКОРРЕКЦИЕЙ ПОГРЕ!1!НОСТИ, содержащий первый фаэовращатель, выход которого соединен с первым входом блока фазовых компараторов и через ключ с первым входом преобразователя сдвига фазы в ток с умножением, второй вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход соединен с вторым входом первого фазовращателя, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к выходу генератора опорного напряжения и к выходу блока компенсирующего тока, а первый вход соединен с входпой исиной, первый и второй вf.и» ходы блока фазовых компараторов подключены соответственно к входу блока управления и к первому входу шифратора, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с вторым входом ключа, и т л и ч а ив шийся тем, что, с целью уменьшения погрешносги преобразования, в него введены второй фазовращатель, счетчик, третий фаэовращатель и корректирующий компаратор, первый вход которого подключен к выходу первого фаэовращателя, второй вход через третий фазовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход подключен к третьему входу шиЬ- I ратора и к второму информационному входу счетчика, первый информационный вход которого соединен с выходом шифратора, первый и втс,рой управляющие входы подключены соответственно g к третьему и четвертому выходам блока управления, а выход соединен с входом блока компенсирующего тока и с выходчой шиной, при этом второй вход блока фазовых компараторов через второй фазовращатель подключен к выходу едва генератора опорного напряжения.! 0913 37

Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и преимущественно может быть использовано и области аналого-цифроньсх преобразователей (АПП).

Известен АЦП, работающий па принципу промежуточного преобразования сигналон в фазоной сдвиг опорного напряжения и последующего преобразования полученного фазового сдвига н 1Î цифровая. код, содержащий рабочий и опориик фазонращатели, вырабатывающие соответственно рабочий С „ и опорный фа,. фазоные сдвиги, определитель знака сдвига фаэ (ОЗСФ) между q u Qp„ !5 (фазовый компаратор), блок регистра числа, блок компенсирующего тока, блок управления (!) .

Недостатком известного АЦИ является большая погрешность преобразона- 2О ния, обусловленная нестабильностью порога срабатывания фазовых компараторов (при изменении окружающей температуры, питающих напряжений и воздействии помех). 2.")

Наиболее близким па технической сущности к предлагаемому является уст ройство, содержащее первый фазонращатель, предназначенный для преобразования входной величины (тока, напряжения) в сдвиг фазы опорного напряжения, блок фазовых кампаратаран, служащий для определения зоны, н которой находится преобразуемая величина, шиф35 ратор для определения двоичного кода по результатам срабатывания фазовых ксмпараторов н блоке фазовых компараторов, блок регистра числа, предназначенный для хранения двоичного кода, блок компенсирующего тока, служащий для преобразования цифрового када н так, ключевой элемент,для коммутации напряжения с остаточным фазаным сдвиroM (после окончания процесса компенсации), генератор опорного напряжения, блок управления и преобразователь сдвига фазы опорнс1го напряжения в ток с умножением (2g, Недостатком устройства янляется низкая точность измерения, обусловленная флюктуациями пороговых уровней фазоньсх компараторон нри изменении температуры, питающих напряжений и воздействии памс-.х °

Цель изобретения — повышение точности, уменьшение погрешности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности, содержащий пернь|й сЬазонращатель, выxoJI которого соединен с первым входом

Слака фазовых компараторон и через ключ с первым входом преобразователя сдвига фазы в ток с умножением, второй вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а ньсхад соединен с вторым входом перваго фазавращателя, третий и четвертый входы которого подключены соотнетстненно к ныходу генератора опорного напряжения и к выходу блока компенсируюшега тока, а первый вход соединен с входнай шинай, первый и второй выходы блока фазовых кампараторо» подключены соответственно к нходу блока управления и первому входу шиф.ратара, нторай вход которого соединен с первым »всходам блока управления, второй выход каторогQ соединен с вторым нходам ключа, введены »тарой фазовращатель, счетчик, третий фазанрашатель и корректирующий компаратар, первый вход которого поцключен к ньсхаду первого фазонращателя, второй вход через третий фаэонра -,атель подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход подключен к третьему входу шифратора и к второму информационному входу счетчика, первый информационный вход которого с.оединен с выходом шифратора, первый и второй управляющие входы подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока управления, а выход соединен с входом блока компенсирующего тока и,". ньгхаднаи шиной, при этом второй вход блока фазовых кампараторав через второй, фазовращатель подключен к выходу генератора апорного напряжения, На чертеже представлена структурная схема устройства, Устройство содержит первый фазовращатель 1, блок 2 фазовых кампараторов, шифратор 3, счетчик 4, блок 5 компенсирующего тока, генератор 6 опорного напряжения, ключ 7, преобр,ьэанатель 8 сдвига фазы в ток с умножением, корректирующий компаратар 9, третий фазовращатель 10, блок

11 управления и второй фазовращатель 12, При этом выход первого фазавращателя 1 соединен с первым входам бло1091

3 ка 2 фазовых компараторов и через ключ 7 с первым входом преобразователя 8 сдвига фазы в ток с умножением, второй вход которого подключен к выходу генератора о опорного напряже ния, а выход соединен с вторым входом первого фазовращателя 1. Третий и четвертый входы первого фаэовращателя 1 подключены соответственно к выходу генератора 6 опорного напряжения tp и выходу блока 5 компенсирующего тока, а первый вход подключен к входной шине, Первыи и второй выходы блока 2 фазовых компараторов подключены соответственно к входу блока 11 уп- 1 равления и к первому входу шифратора

3, второй вход которого соединен с первым выходом блока 11 управления.

Второй в!!ход блока 11 управления соединен с вторым входом ключа 7, Первьтйд1 вход корректирующего компаратора 9 подключен к выходу первого фаэовращателя 1, второй вход корректирующего компаратора 9 через третий фазовращатель 10 подключен к выходу генерато- 25 ра 6 опорного напряжения, а выход— к третьему входу

4, первый информационный вход которого соединен с выходом шифратора 3.

Первый и второй управляющие входы счетчика 4 подключены соответственно к третьему и четвертому выходам блока

11 управления, а выход соединен с входом блока 5 компенсирующего тока и

35 с выходной шит!ой. Второй вход блока

2 фазовых коыпараторов через второй фазовращатель 12 подключен к выходу генератора 6 опорного напряжения.

Устройство работает следующим об- "О разом, В течение первого такта кодирова- ния в зависимости от величины фазового сдвига Ц, пропорционального величине преобразуемого сигнала ) <, в 45 блоке 2 срабатывает определеппое количество фазовых компараторои и при помощи шифратора 3 формируется n/2 старптих разрядов двоичного цифрового кода, которые по сигналу из блока 11 управления заносятся в и/2 старших разрядов счетчика 4. Пропорциональный этому коду компенсирующий ток 3, вырабатываемый в блоке 5 компенсирующего тока, поступает на четвертый 55 вход первого Аазовращателя 1, осуществляя компенсацию сдвига фазы его выходного напряжения до значения Ц>о

337 4 (т,е. в результате процесса комле!!сации выходное напряжение первого фазовращателя 1 имеет некоторый остаточ" ный фазовый сдвиг цост =3!т 3 где значение фазы выходного напряжеХ ния первого фаэовращателя 1, пропорциональное входной преобразуемой величине 1!<, g — значение фазы, пропорциональное двоичному коду, занесенному в первом такте преобразования в счетчик 4. В процессе компенсации под воздействием компенсирующего тока )!< фаза выходного напряжения первого фазовращателя сдвигается в направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась н воздействием входного (перообразуемого) сигнала 3g .

Далее фазовый сдвиг <о поступает т оСт, на первый вход преобразователя 8 сдвига фазы в ток с умножением. Принцип работы этого блока заключается в том, что J p

С

При этом, если корректирующий компаратор 9 не сработал, то в течение второго такта работа ЛЦП происходит так же, как и в течение первого такта — при помощи блока 2 фазовых компараторов и шифратора 3 по сигналу из блока 11 управления происходит формирование и занесение в счетчик 4 двоичного кода, соответствующего т!/2 младшим разрядам выходного кода. На этом преобразование заканчивается и

АЦП готов к новому циклу работы.

Если же корректирующий компаратор 9 сработал, то это означает, что разностный сигнал <, соответствующий разностному току 3Р=1„-.1! (где — компенсируюший ток, пропорциональный коду и/2 старших разрядов счетчика 4), превышает диапазон сигналов, на который настроен преобразователь 8 сдвига фазы в ток с умножением. Другими словами, частичный

1 091. 3 37 код n/2 старших разрядов, сформированный в течение первого такта кодирования, получен с недостатком. Поэтому этот код должен быть скорректирован, что осуществляется следукяцим образом. По сигналу из блока !1 управления перепад с вьгхода корректирующего компаратора 9 (при его срабатывании) добавляет "1" к коду n/2 старших разрядов счетчика 4 и блоки- 1О рует шифратор 3, запрещая формирование младших и/2 разрядов выходного кода. Корректирующий комцаратор 9 определяет номинальный диапазон остаточного фазового сдвига, подаваемого !5 на вход преобразователя 8 сдвига фазы в ток с умножением, Он обнаруживает любой переход за границу этого диапазона, а значит, и наличие ошибки в первом такте, 2О

После этого ток, генерируемый блоком 5 компенсирующего тока, несколько

/ увеличивается поскольку увеличился на единицу код n/2 старших разрядов счетчика 4) — происходит процесс до- 25 компенсации сдвига фазы выходного напряжения первого фаэовращателя 1 до значения(ст ц,с.„„ (т,е, фаза выходного напряжения первого фаэовращателя 1 еще больше сдвигается в щ направлении, противоположном тому,„ в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигн;.ла). Далее происходит усиление остаточного фазового сдвига р до значения( усиливается в 2 раз ток, соотйетствующий остаточному фаэсвому сдвигу

Яос,после чего в течение второго такта кодирования при помощи блока 2 фазовых компараторов и шифратора 3

1 происходит формирование и занесение в счетчик 4 n/2 младших разрядов выходного кода.

Второй фаэовращатель 12 обеспечивает автоматическое смещение уровней срабатывания фазовых компараторов в блоке 2 на середину участка, в пределах которого предусматривается коррекция. При этом уровни срабатывания фазовых компараторов могут смещаться только вверх (в сторону увеличения), благодаря чему код четырех старших разрядов всегда получается или правильным илн с недостатком, то никогда с избытком.

При отсутствии смещения уровни срабатывания фазовых компараторов могут смещаться не только вверх, но и вниз, В последнем случае определяемый в течение первого такта преобразования код старших разрядов будет получен с избытком, вследствие чего величина компенсирующего тока 3g будет превышать величину входного (преобразуемого) тока 1 . Поэтому эквивалентный ток, воздействующий на вход АЦП после окончания процесса компенсации и равный разности 1„ -Jk, будет отрицательным. Но поскольку применяемый в рассматриваемом АЦП первый фазовращатель 1 не реагирует на полярность преобразуемых сигналов, это приведет к возникновению дополнительной погрешности преобразования. !

Таким образом, введение в АЦП корректирующего компаратора 9, третьего фазовращателя 10, второго фазовращателя 12 и счетчика 4, соединенных соответствующим образом, позволяет уменьшить погрешность аналого-цифрового преобразования. При этом уменьшение погрешности преобразования достигается введением дополнительных (хотя и небольших) аппаратурных и временных затрат.

1091337

Гоставитель Г, Морозов

Редактор M. Янович Техред А. Бабинец Корректор А. Дзятко

Заказ 3100/54 Тираж 862 ПодписHop.

ВНИи П1 Государственного комитета СГГР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Рауиская наб. д, 4/5 1>и тиал IIIIII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4