Аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием напряжения в частоту

 

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе, неинвертирующйй вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и первая обкладка конденсатора , вторая обкладка которого подклю .чена к выходу операционного усилителя , ключ, включенный между входной шиной вторым выводом Первого резистора . второй резистор, первый вывод которого подключен к инввртирующему входу операционного усилителя , пороговый элемент, вход которо-. го подключен к выходу операционного усилителя, первый триггер, вход сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход - к первому входу элемента И и к второму выводу второго резистора, таймер, вход которого соединен с тактовой шиной и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого подключен к выходу элемента И, и вто;рой триггер, отличающийся тем, что, с пелью повышения точности , в него введены третий резистор и второй счетчик, первый вход которого подключен к выходу переполне (Л ния первого счетчика, а второй вход через третий оезистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя интегратора .и непосредственно с выходом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а такти РУЮ1ДИЙ вход - .с тактовоч шиной, причем первый и второй выходы таймера подключены соответственно к управляющему входу ключа и установочному входу первого триггера.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51) Н 03 К 13 20

l(2i ) 3568513/18-21 (22) 29,12.82 (46) 07.07.84, Бюл, Р 25 (72) A.È,Hóðàêoâ и A.A ° Ïonoâ (71) Научно-производственное объединение "Рудгеофизика" (53) 681.325(088.8) (Ъб) 1. Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям.

M., "Радио и связь", 1982, с,31, рис,1,13.

2, Балакай В.Г. и др. Интеграль.ные схемы АЦП и ЦАП, М., "Энергия", 1978, с. 70, рис.1-22 (прототип), (54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ПРЕОБРАЗОВАНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ В ЧАСТОТУ, содержащий интегратор, выполненный íà операционном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подклю. чена к выходу операционного усилителя, ключ, включенный между входной шиной и рторым выводом первого резистора. второй резистор, первый выЮ

„„SU„„11 А вод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, пороговый элемент, вход которо-. го подключен к выходу операционного усилителя, первый триггер., вход сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход — к пер. вому входу элемента И и к второму выводу второго резистора, таймер. вход которого соединен с тактовой шиной и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого подключен к выходу элемента И, и второй триггер отличающийся тем, что, с пелью повышения точности, в него введены третий резистор и второй счетчик, первый вход кото рого подключен к выходу переполнения первого счетчика, а второй вход через третий резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя интегратора .и непосредственно с выходом второго триггера, информационный вход которого соединен с выходом интегратора, а тактирующий вход — .с тактовой шиной, причем первый и второй выходы таймера подключены соответственно к управляющему входу ключа и установочному входу первого триггера, 1102035

Изобретение относится к цифровой измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения постоянных или изменяющихся. во времени напряжений .и в частности в геофизической аппаратуре, работающей по методу переходных процессов.

Известен аналого-цифровой преобразователь с ппомежчточным преобразованием напряжения в частоту и 10 подсчетом импульсов эа стабильный, интервал времени Е13.

Недостатком данного преобразователя является низкая разрешающая способность, ограниченная дискретностью 15 отсчета импульсов за интервал времени.

Наиболее близким к изобретению является аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразова-. нием в частоту. содержащий интегратор, выполненный на операционном усилителе., неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и первая обкладка конденсатора, вторая обкладка которого подключена к выходу операционного усилителя, ключ, включенный между входной шиной и вторым выводом первого резистора, второй резистор, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, пороговый элемент вход которого подключен к выI

35 ходу опера щднного усилителя, первый триггер,.в д сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход — к первому входу элемента

И и к второму выводу второго резистора, таймер. вхоц которого соединен 40 с тактовым входом преобразователя и вторым входом элемента И, первый счетчик, вход которого подключен к выходу элемента И, и второй триггер (21 ° 45

Недостатком известного преобразователя является низкая точность, ограниченная разрешающей способностью которая при заданном быстродействии, определяемым интервалом времени, в течение которого производится подсчет выходных импульсов, ограничива- . ется максимально допустимой частотой тактовых импульсов.

Целью изобретения является BQBH 55 шение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразовани.ем напряжения в частоту, содержащий интегратор, выполненный на операцион-60 ном усилителе, неинвертирующий вход которого соединен с общей шиной, а к инвертирующему входу подключены первый вывод первого резистора и пеРвая обкладка конденсатора, вторая б5 обкладка которого подключена к выходу операционного усилителя, ключ. включенный между входной шиной и вторым выводом первого резистора, второй резистор, первый вывод которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, пороговый элемент, вход которого подключен к выходу операционного усилителя, первый триггер, вход сброса которого подключен к выходу порогового элемента, а выход — к первому входу элемента И и к второму выводу второго резистора, таймер, вход которого соединен с тактовой шиной и вторым входом элемента Н, первый счетчик, вход которого подключен к,выходу элемента И, и второй триггер, введены третий резистор и второй счетчйк, первый вход которого подключен к выходу переполнения первого счетчика, а второй вход через третий резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя интегратора и непосредственно с выходом второго триггера, инфОрмационный вход которого соединен с выходом интегратора,а тактирующий вход- — с тактовой шиной,причем первый и второй выходы таймера подключены соответственно к управляющему входу ключа и установочному входу первого триггера. !

На фиг.1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг.2 временнйе диаграммы сигналов.

Устройство содержит интегратор, выполненный на операционном усилителе 1 с конденсатором 2 в цепи обрат.- .ной связи и первым резистором 3, включенным последовательно с ключом

4 между входной шиной и неинвертирующим входом усилителя 1. К управляющему входу ключа 4 подключен выход таймера 5, а к выходу усилителя 1 — информационный вход второго триггера 6, выход которого через третий резистор 7 соединен с инвертирующим входом усилителя 1 и непосредственно — с входом второго счетчика 8. К второму выходу таймера 5 подключен установочный вход первого триггера 9, выход которого через второй резистор 10 соединен с инвертирующим входом усилителя 1.

K выходу усилителя 1 подключен вход порогового элемента 11, выход которого соединен с входом сброма первого триггера 9. К выходу первого триггера 9 подключены первый вход элемента И 12, второй вход которого соединен с тактовым входом преобразователя, входом таймера 5 и тактовым входом второго триггера б, а выход - с входом первого счетчика

13. Выход переполнения счетчика 13 соединен с входом второго счетчика 8.

На Фиг.2 приведены временные диаграм1102035

45 мы напряжений: а — входное напряжение ц, б — напряжение на выходе ключа, в — напряжение на выходе интегратора, r — - импульсы грубого счета, д — импульсы точного счета.

Устройство работает следующим образом.

На вход интегратора, представляю- . щего собой операционный усилитель 1 с конденсатором 2 н цепи обратной связи и Резистором 3 на входе, подает-1Р ся через ключ 4 измеряемое напряжение

О (фиг;2). Ключ 4 вырезает из полного входного напряжения отдельный участок (фиг.2 6), длительность которого Т определяется временем замыкания 15 ключа 4. Управление ключом 4 осуществляется от таймера 5, причем начало и конец временного интервала Т, н течение которого ключ 4 замкнут, синхронизованы импульсами тактовой 2р частоты 1 . При подаче входного напряжения на вход усилителя 1 происхо. дит заряд конденсатора 2 и напряжение на выходе усилителя повышается, Когда напряжение на информационном 25

/ нходе триггера б достигает порога срабатывания, происходит опрокидывание триггера 6 по переднему Фронту ближайшего тактового импульса. При этом с выхода триггера 6 чеРез резистор 7 на вход интегратора начинает поступать компенсирующий ток, что . приводит к понижению напряжения на ныходе интегратора и возвращению тРиггера б в исходное состояние по переднему фронту следующего тактового импульса. Процесс повторяется до тех пор, пока на входе интегратора действует входное напряжение. При этом напряжение на выходе интегратора имеет пилообразную форму (Фиг.2в)

Длительность компенсирующих импульсов на выходе триггера б Ранна периоду тактовой частоты 1/j, а амплитуда этих импульсов определяется напряжением питания триггера б.

Если питание триггера 6 осущест-. вляется от источника калиброванного .напряжения, то на выходе триггера будем иметь .импульсы стабильной и калиброванной вольт-секундной площа- 5() ди. Количество этих импульсов за интервал времени Т, в течение которс)го ключ 4 замкнут, пропорционально . интегралу от входного напряжения за тот.же промежуток вРемени; Им- 55 пульсы с выхода триггера б подаются на счетчик 8 и подсчитываются в нем.

Эти импульсы (Фиг.2 r) будем условно называть импульсами грубого, счета.

Поскольку формирование компенси- 60 рующих импульсов происходит дискретно, а входное напряжение поступает на интегратор непрерывно, то, в общем случае, в конце временного интервала Т полной компенсации входного 65 напряжения действием компенсирующих импульсов не происходит. Это приводит к наличию на выходе интегратора некоторого некомпенсированного напряжения 0 . В конце временного интервала Т йа установочный вход триггера

9 подается импульс от таймера 5, что приводит к опрокидыванию триггера 9 и подаче на вход интегратора компенсирующего тока с выхода триггера 9 через резистор 10. Это приводит к понижению напряжения 0 „. на выходе ин тегратора до уровня порога срабатывания порогового элемента 11, кото.— рый, срабатывая, возвращает триггер

9 в исходное состояние. При этом прохождение компенсирующего тока через резистор 10 прекращается. В элементе И 12 происходит заполнение интервала времени, н течение которого с выхода триггера 9 протекает компенсирующий ток, импульсами тактовой частоты f . Ймпульсы на выходе элемента И 12 (фиг.2 д) будем условно называть импульсами точного счета.

Длительность интервала времени, в течение которого происхоцит счет импульсов точного счета, однозначно определяют величину напряжения U«

Импульсы точного счета подаются на вход счетчика 13. Если сопротивление резистора 10 выбрать в и раз больше сопротивления резистора 7 и если амплитуды напряжений, снимаемых с выходов триггеров б и 9, равны, то компенсирующие токи через резисторы 7 и

10 будут отличаться в и раэ и для компенсации одного и того же заряда конденсатора 2 током, проходящим через резистор 10, потребуется интервал времени в л раз больше, чем для тока, проходящего через резистор 7.

Интервал времени, в течение которого через резистор 10 проходит -ток компенсации, определяется числом импуль-" сов, снимаемых с выхода элемента И

12.

Таким образом. с помощью импульсов то .ного счета определяется величина остатка напряжения на конденсаторе 2 в конце временнбго интервала, причем одному импульсу грубого счета ставится в соответствие и импульсов точного счета. Счетчик 13 имеет ш разрядов и при заполнении всех его раэрядон на счетчик 8 подается единица переноса. С выходов счетчиков 8 и 13 снимается кодовая комбинация, соответствующая среднему значению измеряемого напряжения в интервале времени выборки Т, Разрешающая способйость аналого-цифро-! ного преобразователя при этом .увеличивается на число разрядов, которое имеет счетчик 13, а интервал времени выборки Т остается неизменным, эа счет увеличения разрешающей спо1102035 Риг. 2

Составитель В.Дмитриев

Редактор Н.Джуган Техред М Надь КорректорГ.Решетник

Заказ 4782/43 Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и .открытий

113035, москва, Х-35. Раушская наб., д, 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4 собности повышается точность. Повышение точности и увеличение разрешающей способности аналого-циФрового преобразователя расширяет область применения этих устройств в первую очередь для измерения напряжений, значительно изменяющихся во времени, При этом сохраняются неизменными такие положительные свойства преобразователей этого типа, как высокая помехоустойчивость, точность, линейность, марая температурная зависиMocTb параметров, низкая стоимость.

Предлагаемое устройство использовано в макете аппаратуры для измерения напряжения переходного процесlIpH этом разрешанищая способность устройства составляла 16 двоичных разрядов при времени выборки, соответствующему интервалу измерения, равному 1 мс.