Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности (его варианты)

 

1. Аналогот1 ифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности,содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с первым входом блока фанзовых компараторов, выход которого соединен с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель - с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, выход которого подключен к выходной шине, а первый информационньй вход к вькоду генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход с вторым входом рабочего фазовращателя , третий вход которого подключен к входной шине, а также блок управления , о. тли чающийся тем, что, с целью повьш1ения точности преобразования , в него введены второй счетчик, ключ, фазовращатель смещения , опорный фазовращатель и корректирующий компаратор, первый вход которого соединен с выходом ключа и вторым входом формирователя импульсов , второй вход через опорный фазовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения, инверсный выход подключен к третьему входу . формирователя импульсов,прямой выход - к первому информационному входу второго счетчика, второй информационный вход которого соединен с выходом шифратора, третий информационный и первый управляющий входы соединены соответственно с вторым информационным входом первого счетчика и первым выходом блока управления и с первым управляющим входом первого сл счётчика и вторым выходом блока управления , второй управляющий вход подключен к третьему вькоду блока управления , а выход - к входу блока компенсации , причем четвертый выход блока управления соединен с вторым управляювгим входом первого счетчика, а пятый и шестой выходы - соответст4: 4 венно с вторым входом шифратора и управляюпщм входом ключа, вход которого соединен с входом блока фазе00 вых компараторов, второй вход котоi:o роге через фазовращатель смещения подключен к выходу генератора опорного напряжения, кроме того, выход формирователя импульсов соединен с входом генератора импульсов. 2. Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности, содержаряй рабочий фазовращатель, выг ход которого соединен с первым вхо-;: дом блока фазовьк компараторов выход которого соединен с первым вко

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) (11) 4(s)) Н 03 М 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3561?76/24-24; 3561890/24-? 1 (22) 09.03.83 (46> 07.03.85. Вкат. ¹ 9 (72) В„П.Стокай и В.Ф.Коваль (71) Ордена Ленина институт кибернетики им. В..N.Ãëóøêoâà (53) 681.325 (088.8) (56) 1.Коммутация и преобразование малых сигналов (материалы семинара).

Л., изд-во ЛДНТП, 1974, с. 65-67.

2.Авторское свидетельство СССР № 884121, кл. Н 03 К 13/00,26.03.80. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАВОВАТЕЛЬ С АВТОКОРРЕКЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТИ (ЕГО ВАРИАНТЫ) . (57) 1. Аналого-.цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности, содержащий рабочии фазовращатель, выход которого соединен с первым входом блока фазовых компараторов, выход которого соединен с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель — с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, . выход которого подключен к выходной шине, а первый информационный вход— к выходу генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход— с вторым входом рабочего фазовращателя, третий вход которого подключен к входной шине, а также блок управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй счетчик, ключ, фазовращатель смещения, опорный фазовращатель и корректирующий компаратор, первый вход которого соединен с выходом ключа и вторым входом формирователя импульсов, второй вход через опорный фаэовращатель подключен к выходу генератора опорного напряжения., инверсный выход подключен к третьему входу . формирователя импульсов, прямой выход — к первому информационному входу второго счетчика, второй информационный вход которого соединен с выходом шифратора, третий информационный и первый управляющий входы соединены соответственно с вторым информационным входом первого счетчика и первым выходом блока управления и с первым управляющим входом первого . счетчика и вторым выходом блока управления, второй управляющий вход под.ключен к третьему выходу блока управления, а выход — к входу блока компенсации, причем четвертый выход блока управления соединен с вторым управляющим входом первого счетчика, а пятый и шестой выходы — соответственно с вторым входом шифратора и управляющим входом ключа, вход которого соединен с входом блока фазо" вых компараторов, второй вход которогс через фазовращатель смещения подключен к выходу генератора опорного напряжения, кроме того, выход формирователя импульсов соединен с входом генератора импульсов. фв

2.- Аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности, содержащий рабочий фазовращатепь, вы» ход которого соединен с первым вхо-; дом блока фазовых компараторов, вы— ход которого соединен с первым вхо11441 дом шифратора, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращате ля и через перестраиваемый Аазовращатель — с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, выход которого подключен к выходной шине, а первый информационный вход . к выходу генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход— с вторым входом рабочего Аазовращателя, третий вход которого подключен к входной шине, и блок управления, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй счетчик и фазовращатель смещения, вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход — к второму входу блока,Аа89

1 зовых компараторов, первый вход которого соединен с третьим входом формирователя импульсов, выход которого подключен к вхоцу генератора импульсов, причем первый инАормационный вход второго счетчика соединен с выходом шифратора, второй ин. формационный вход соединен с вторым информационным и первым управляющим входами первого счетчика и вторым выходом блока управления, третий информационный вход соединен с другим выходом первого счетчика, первый управляющий вход подключен к второму управляющему входу первого счетчика и третьему выходу блока управления, а второй управляющий вход соединен с четвертым выходом блока управления, пятый выход которого. соединен с вторым входом шифратора, при этом выход второго счетчика подключен к входу блока компенсации.

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано как устройство, работающее по принципу промежуточного преобразования сигналов в Аазовый сдвиг опорного напряжения и последующего преобразования фазового сдвига в циАровой код.

Известен аналого-циАровой преобразователь, содержащий в каждом канале рабочее (канальное) Аазовращающее устройство, две ступени преобразования (грубую и точную), каждая из которых сострит из последователь-, но включенных блока пороговых элемен-15 тов (блока фазовых компараторов), шиАратора и блока регистра числа, блок компенсирующего тока и генератор опорного напряжения fl) .

Йедостаток такого устройства— невысокая точность преобразования, обусловленная нестабильностью порогов срабатывания Аазовых компаратоl ров в грубой и точноч ступенях преобразования при изменении окружающей температуры, питающих напряжений и

4p °

Наиболее близким техническим решением к изобретению является аналого- Apollo@ преобразователь, содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с первым входом блока фазовых компараторов, выходом соединенного с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения,. выход которого соединен с первым входом рабочего Аазовращателя и через перестраиваемый Аазовращатель— с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, выходом подключенный к выходной шине, первым инАормационным входом - к выходу генератора импульсов, а вторым — к выходу Аормирователя импульсов, второй и третий входы которого подключены соответственно к выходу рабочего

Ааэовращателя и к выходу блока управления, регистр числа, входом подключенный к выходу шифратора, а выходом — к другой выходной шине и через блок компенсации к второму входу рабочего фазовращателя, третий вход которого соединен с входной шиной (2 .

44189 4 зовых компараторов, второй вход которого через фазовращатель смещения подключен к выходу генератЬра опорного напряжения, кроме того, выход формирователя импульсов соединен с входом генератора импульсов.

15

3 11

Недостаток известного устройства — также невысокая точность преобразования при воздействии дестабилизирующих факторов.

11ель изобретения †.повышение точности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией погрешности по первому варианту, содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с. первым входом блока фазовых компараторов, выходом соединенного с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения, выход

I которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваеиый фазовращатель — с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, выход которого подключен к выходной шине, а первый .информационный вход — к выходу генератора импульсов, блок компенсации, вход которого соединен с другой выходной шиной, а выход — с вторым входом рабочего фазовращателя, третьим входом подключенного к входной шине, а также блок управления, введены второй счетчик, ключ, фазовращатель смещения, опорный фазовращатель и корректирующий компаратор, первый вход которого соединен с выходом, ключа и вторым входои формирователя импульсов, второй входчерез опорный фазовращатель с выходом генератора опорного напряжения, инверсный выход подключен к третьему входу формирователя импульсов, а прямой выход — к первому информационному входу второго счетчика, второй информационный вход которого соединен с .выходом шифратора, третий информационный и первый управляющий входы — соответственно с вторым информационным входом первого счетчика и первым выходом блока управления и с первым управляющим входом первого счетчика и вторым вь1ходом блока

- управления, второй управляющий вход подключен к третьему выходу блока управления, а выход — к входу блока компенсации, причем четвертый выход блока управления соединен с вторыи управляющим входом первого счетчика, а пятый и шестой выходы — соответственно с вторым входом шифратора и управляющим. входом ключа, вход которого соединен с входом блока фа25

В аналого-цифровой преобразователь с автокоррекцией по второму вариайту, содержащий рабочий фазовращатель, выход которого соединен с пер вым входом блока фазовых компараторов,выходом соединенного с первым входом шифратора, генератор опорного напряжения, выход которого соединен с первым входом рабочего фазовращателя и через перестраиваемый фазовращатель — с первым входом формирователя импульсов, первый счетчик, вы. ход которого подключен к выходной . шине, а первый информационный вход— к выходу генератора импульсов, блок компенсации, входом соединенный с другой выходной шиной, а выходом— с вторым входои рабочего фазовращателя, третий вход которого подклю-. чен к входной шине, и блок управления, первым выходом соединенный с вторым входом формирователя импульсов, введены второй счетчик и фазовращатель смещения, вход которого подключен к выходу генератора опорного напряжения, а выход — к второму входу блока фазовых комйараторов, первый вход которого соединен с третьим входом формирователя импульсов, выходом подключенного к входу генератора импульсов, причем первый информационный вход второго счетчика соединен с выходом шифратора, второй информационный вход — с вторым информационным и нервым управляющими входами первого счетчика и вторым выходом блока управления, третий информационный вход — с другим выходом первого счетчика, первый управ- . ляющий вход подключен к второму управляющему входу первого счетчика и третьему выходу блока управления, а второй управляющий вход соединен с четвертыи выходом блока управления, пятый выход которого соединен с вторым входои шифратора, при этом выход второго счетчика подключен к входу блока компенсации.

1

На фиг. I представлена функциональная схема преобразователя по первому варианту; на фиг. 2 - функ1144189 циональная схема преобразователя по второму варианту.

Преобразователь по первому варианту содержит генератор 1 опорного напряжения, фазовращатель 2 смещения рабочий Аазовращатель 3, блок 4 фазовых компараторов, шифратор 5,счетчик 6, блок 7 компенсации тока, ключ 8, корректирующий компаратор 9, опорный Аазовращатель 10, перестраи- 10 ваемый фазовращатель 11, формирователь 12 импульсов, генератор 13 импульсов, счетчик 14, блок 15 управления, входную шину (вход) 16 и выходные шины (выходы) 17 и 18. 15

При этом выход рабочего Аазовращателя 3 подключен к первому входу . блока 4 фазовых компараторов и к информационному входу ключа 8,управляющий вход которого подключен к 26 .шестому выходу блока 15 управления,а выход — к второму входу Аормирователя 12 импульсов и .к первому входу корректирующего компаратора 9, второй вход которого через опорный фа- 25 зовращатель 10 подключен к выходу . генератора 1 опорного напряжения..

Прямой выход корректирующего компара.тора 9 подключен к первому информационному входу второго счетчика 6, 3g инверсный выход корректирующего компаратора 9 — к третьему входу формирователя 12 импульсов, первый вход которого через перестраиваемый Аазовращатель 11 подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, Второй вход блока 4 Аазовых компараторов через фазовращатель 2 смещения подключен к выходу генератора 1 опорного напряжения. Выход блока 4 фазовых компараторов подключен к первому входу шифратора 5, второй . вход которого подключен к пятому выходу блока 15 управления. а выход соединен с вторым информационным входом счетчика.

Первый выход блока 15 управления соединен с третьим информационным входом счетчика 6 и вторым информационным входом счетчика 14, выход которого подключен к выходной шине

18. Второй выход блока 15 управления соединен с первыми управляющими входами счетчиков 6 и 14. Второй управляющий вход счетчика 6 соединен с третьим выходом блока 15 управления, а второй управляющий вход счетчика

14 — с четвертым выходом блока 15 управления. Выход счетчика 6 соединен с выходной шиной 17 и с входом блока 7 компенсации, выход которого соединен с вторым входом рабочего фазовращателя 3, первым входом подклю ченного к выходу генератора 1 опорного напряжения, а третьим входом— к входной шине 16. Первый инАормационный вход счетчика 14 подключен к выходу генератора 13 импульсов, управляемого формирователем 12 импульсов.

Предлагаемое устройство по второму варианту (Аиг. 2) содержит генератор 1 опорного напряжения, фазовращатель 2 смещения, рабочий фазовращатель 3, блок 4 фазовых компараторов, шиАратор 5, счетчик 6, блок 7 компенсации тока, перестраиваемый Аазовращатель 11, Аормирователь 12 импульсов, генератор 13 импульсов, счетчик 14, блок 15 управления, входную шину 16 и выходные шины 17 и 18.

При этом выход рабочего Аазовращателя 3 подключен к первому входу блока 4 Аазовых компараторов и к третьему входу формирователя 12 импульсов.

Первый вход последнего через пере.страиваемый фазовращатель 11 йодключен к выходу генератора 1 опорного напряжения, второй вход — к первому выходу блока 15 управления. Второй вход блока 4 фазовых компараторов через фазовращатель 2 смещения подключен к. выходу генератора 1 опорного напряжения. Выход блока 4 фазовых компараторов соединен с первым входом шифратора, второй вход которого подключен к пятому входу блока 15 управления, а выход соединен с первым информационнвм входом второго счетчика 6. Четвертый выход блока

15 управления подключен к..первому управляющему входу счетчика 6. Второй выход блока 15 управления подключен к первому управляющему и второму информационному входам счетчика 14 и к второму информационному входу счетчика 6. Третий выход блока 15 управления подключен к вторым управляющим входам счетчиков 6.и 14.

Первый информационный вход счетчика

14 подключен к выходу генератора.13 импульсов, управляемого выходом Аормирователя 12 импульсов. Выход счетчика 14 подключен к выходной шине 18.

Выход прямого переноса счетчика 14 соединен с третьим информационным

1144! 89 8 входом счетчика 6, выход последнего подключен к выходной шине 17 и к входу блока 7 компенсации, выход которого соединен с вторым входом рабочего фаэовращателя 3, третий вход которого подключеН к входной шине 16.

Преобразователь по первому варианту работает следующим образом.

В течение первого такта преобразо. 10 вания сигнал с выхода рабочего фазовращателя с фазовым сдвигом Cp„., пропорциональным величине цреобра1 эуемого сигнала J », поступает на первый вход блока 4 фазовых компара- !5 торов. На второй вход этого блока через фазгвращатель 2 смещения с выхода генератора опорного напряжения поступает опорное напряжение для создания опорных фазовых сдвигов. 20

В зависимости от величины (» в блоке 4 сработает одновременное количество фазовых компараторов, после чего при помощи шифратора 5 по командам из блока 15 управления про- 25 исходит формирование и занесение в счетчик 6 m,ñòàðøèõ разрядов выходного кода.

Пропорциональный коду m старших разрядов ток, вырабатываемый в блоке

7 компенсации тока, поступает на третий вход (в обмотку компенсации) рабочего фаэовращателя 3. В результате фаза выходного напряжения рабочего фазовращателя 3 сдвигается в направлении, противоположном тому, в.котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигнала — происходит компенсация сдвига фазы выходного напряжения рабочего фазовращателя 3.

По окончании компенсации выходное напряжение рабочего фазовращателя 3 имеет неко орый остаточный фазовый сдвиг ((„,, меньший дискретности блока 4 фазовых компараторов. 45

В течение второго такта происходит кодирование величины с . По сигналу из блока 15 управления открывается ключ 8, через который выходное напряжение рабочего фазовращате- 50 ля 3 с фазовым сдвигом Ч поступает одновременно на первый вход корректрирующего компаратора 9 и на первый вход формирователя 12 импульсов, на второй вход которого по- 55 ступает сигнал с выхода перестраиваемого фазовращателя 11. На второй вход корректирующего компаратора 9 поступает напряжение с опорным фаэовым сдвигом с выхода опорного фазовращателя 10, настроенного на фазовый сдвиг, соответствующий току, равному величине настройки младшего компаратора в блоке 4.

Если корректирующий компаратор 9 не сработал, то это означает, что вел чина остаточного фазового сдвига (р,, принадлежащая кодированию в течение второго такта, не выходит за пределы допустимого диапазона, равного дискретности блока 4

При этом формирователь 1 2 импульсов формирует временной интервал, прорц"она"ь"ый величине Ц осг чение.которого импульсы гейератора

13 импульсов поступают на счетный вход (на сложение) счетчика 14 по разрешающему сигналу из блока 15 улравления — происходит формирование (n — m) младших разрядов цифрового кода аналого-цифрового преобразователя (АЦП) .

Если же корректирующий компаратор

9 сработал, то это означает, что величина (превыщает величину дискретности блока 4 фазовых компараторов, и, следовательно, код m старших разрядов, полученный в течение первого такта преобразования и хранящийся в счетчике б, получен с недостатком. В этом случае сигнал с инверсного выхода корректирующего компаратора 9 запрещает формирование временного интервала, пропорционального величине (о, вследствие чего импульсы с генератора 13 импуль. сов не поступают на, счетный вход счетчика 14. Одновременно по переднему фронту сигнала прямого выхода корректирующего компаратора 9 происходит увеличение показаний счетчика

6 на единицу. В результате выходной ток блока 7 компенсации тока увеличивается, что приводит к уменьшению величины q . При этом корректирующий компаратор 9 возвращается s исходное состояние. Далее происходит кодирование нового значения остаточного фазового сдвига. — (и — m) младших разрядов цифрового кода, на чем цикл работы АЦП заканчивается ° и

Поясним назначение фазовращате1 ля 2 смещения. При наличии его в составе АЦП разность между преобразуемым и компенсируюпргм сигналами всег-1 да неотрицательна (положительна или

9 1144 равна нулю), т.е. код старших разрядов, сформированный в первом такте преобразования, получается либо правильным, либб с недостатком. При отсутствии фазовращателя 2 смещения указанная разность может бьггь как положительной (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 сместились вверх от своего номинального значения), так .и отрицательной 10 (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 сместились вниз от своего нбминального значения)

Поскольку используемый в рассматриваемом АЦП рабочий фазовращатель 3 не 1g различает полярности преобразуемых сигналов, отсутствие фазовращателя 2 смещения приводит к дополнительной погрешности преобразования.

Таким образом, введение в АЦП . щ корректирующего компаратора, опорного фазовращателя (фазовращателя смещения), счетчика и ключа, соединенных соответствующим образом, позволяет уменьшить погрешность аналого- д цифрового преобразования.

АЦП по второму варианту работает следующим образом.

В течение первого такта преобразования сигнал с выхода рабочего

30 фаэовращателя 3 с фазовым сдвигом пропорциональным уровню преобразуемого сигнала 1», поступает на первый вход блока 4 фазовых компараторов. Одновременно на второй вход этого блока через фазовращатель 2

35 смещения с выхода генератора 1 опорного напряжения подается напряжение .для создания в блоке 4 опорных фазовых сдвигов. В зависимости от величины в блоке 4 сработает определенное количество фазовых компараторов, после чего при помощи шифратора 5 по командам из блока 15 управления происходит формирование и занесение в счетчик б m старших разрядов (двоичнйх) выходного кода.

Пропорциональный коду m старших разрядов ток, вырабатываемый .в блоке 7 компенсации тока, поступает на третий вход (в обмотку компенсации) рабочего фаэовращателя 3 — происходит процесс компенсации сдвига фазы выходного напряжения рабочего фазовращателя 3, в результате которого

189 10 фаза выходного напряжения рабочего фаэовращателя 3 сдвигается в направлении, противоположном тому, в котором она сдвигалась под воздействием преобразуемого сигнала.

По окончании компенсации выходное напряжение рабочего фазовращателя 3 имеет некоторый остаточный (нескомпенсированный) фазовый сдвиг с меньшей дискретности блока 4 Ааэовых компараторов.

В таком случае кодирование величины(о, в течение второго такта преобразования приводит к переполнению счетчика 14, однако благодаря наличию связи между счетчиками 14 и

6 импульс переноса, возникающий при переполнении счетчика. 14, не теряется (он добавляется к показаниям m старших разрядов кода, хранящегося в счетчике 6), и дополнительная погрешность преобразования не возникает.

При наличии в составе АЦП фазовращателя 2 разность между преобразуемым и компенсирующим сигналами (нескомпенсированный разностный ток, воздействующий на вход АЦП после окончания процесса компенсации) всегда неотрицательна (положительна или равна нулю), т ° е. код старших разрядов, сформированный в первом такте преобразования, получается либо правильным, либо с недостатком (но никогда — с избьггком). При отсутствии фазовращателя 2 смещения указанная разность может быть как положительной (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 . сместились вверх от своего номинального значения), так и отрицательной (когда уровни срабатывания фазовых компараторов в блоке 4 сместились вниз от своего номинального значения). Поскольку используемый в предлагаемом АЦП рабочий фазовращатель 3 не различает полярности преобразуемых сигналов, отсутствие фазовращателя 2 смещения приводит к дополнительной погрешности преобразования.

Таким образом, введе»»ие в АЦП фазовращателя смещения и счетчика, включенных соответствующим образом, позволяет уменьшить его погрешность.

1144189

1144189

Составитель Л.Захарова

Редактор В.Данко Техред С.Легеза Корректор О.Билак

Заказ 944/44 Тираж 872 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д.4/5

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