Способ аналого-цифрового преобразования

 

СПОСОБ АНАЛОГО-Щ1ФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ среднего значения напряжения с весовым интегрированием в ин тервал времени, включающий на первом такте формирование компенсационного напряжения, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент, на втором такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению ступенчатой весовой функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля, и интегрирование сигнала , равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент. 1 равньп частному от деления суммы весовых коэффициентов ступенчатой весовой функции на первый весовой коэффициент , на третьем такте - интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности преобразуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме весовых коэффициентов ступенчатой весовой функции, и интегрирование сигнала , равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент-, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, осуществляют на четвертом такте Jp;oпoлнитeльное интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения Kotf пенсационного напряжения на второй весовой коэффициент, и сигнала, равр ного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертый , весовой коэффициент, равный cyw ме третьего весового коэффициента, и произведению разности третьего весового коэффициента и среднего весового I коэффициента ступенчатой весовой функции, на частное от деления интервалов времени второго такта на интервал времени четвертого такта.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

119) 01) (у) у Н 03 К 13/20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, КАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР пО делАм изОБРетений и ОтнРытий (21) 3357534/18-21 (22) 25.11 ° 81

"(46) 15.12.85. Бюл. У 46 (7!) Специальное конструкторское бюро вычислительной техники Института кибернетики АН ЭССР (72) А.А. Пяристе, P. — Â.Ï. Ребане и А.И. Тнлинин (53) 681.325(088.8) (56) !. Прянишников В.А. Интегрирующие цифровые вольтметры постоянного тока. Л.: Энергия, 1976, с. 46.

2 ° Приборы и системы управления, 1979, Р 2, с. 20-22. (54) (57) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ среднего значения напряжения с весовым интегрированием в ин тервал времени, включающий на пер. вом такте формирование компенсационного напряжения, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент, на втором такте — интегрирование сигнала, равного по величине произведению ступенчатой весовой функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напря жения на второй весовой коэффициент,, равньп частному от деления суммы ве совых коэффициентов ступенчатой весовой функции на первый весовой коэффициент, на третьем такте — интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности преобразуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме весовых коэффициентов ступенчатой весовой функции, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент., отличающийся тем, что, с целью повышения точности, осуществляют на четвертом такте дополнительное интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения ком пенсационного напряжения-на второй весовой коэффициент, и сигнапа, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертый,весовой коэффипиент, равный сум- ме третьего весового коэффициента, и произведению разности третьего весового коэффициента и среднего весового коэффициента ступенчатой весовой функции, на частное от деления интервалов времени второго такта на интервал времени четвертого такта.

116О920

Изобретение относится к аналогоцифровому преобразованию и может найти применение в измерительно-вычислительных комплексах, информационноизмерительных системах и в приборах для преобразования среднего значения напряжения в код.

Известен способ аналого-цифрового преобразования среднего значения, содержащего аддитивную периодическую омеху в интервал времени, основанй на двухтактном интегрировании, где входное напряжение интегрируется с прямоугольной весовой функ,цией (! j .

Известньп способ характеризуется недостаточным подавлением аддитивной периодической помехи в условиях нестабильности периода этой помехи, что вызывает дополнительную погрешность преобразования, обусловленным тем, что преобразуемое напряжение интегрируется с прямоугольной весовой функцией.

Наиболее близким к предложенному является способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования среднего значения напряжения, содержащего аддитивную периодическую помеху, в интервал времени, который позволяет уменьшить погрешность преобразования, обусловленную этой помехой, за счет повышения помехоподавления. Способ основан на интегрировании преобразуемого напряжения со ступенчатой весовой функцией, позволяющей увеличить подавление аддитивной периодической помехи (2) .

Цель изобретения - повышение точности °

Это достигается тем, что при осуществлении способа аналого-цифрового преобразования среднего напряжения с весовым интегрированием в интервал времени, включающего на первом такте формирование компенсационного напряжения, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на первый весовой коэффициент; на втором такте - интегрирование сигнала, равного произведению ступенчатой весовой функции на сумму значений преобразуемого напряжения и напряжения дрейфа нуля,и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэффициент, равный частному от деления суммы весовых коэффициентов ступенчатой весовой функции на первый весовой коэффициент, на третьем такте — интегрирование

5 сигнала, равного по величине произведению значения образцового напряжения противоположной полярности преобразуемому напряжению на третий весовой коэффициент, равный сумме ве10 совых коэффициентов ступенчатой весовой функции, и интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного напряжения на второй весовой коэф15 фициент, осуществляют на четвертом такте дополнительное интегрирование сигнала, равного по величине произведению значения компенсационного измерения на второй весовой

20 коэффициент, и сигнала, равного по величине произведению значения напряжения дрейфа нуля на четвертый весовой коэффициент, равный сумме третьего весового коэффициента и про25 изведение разности третьего весового коэффициента и среднего весового коэффициента ступенчатой весовой функции на частное от деления интервалов времени второго такта на интервал времени четвертого такта.

Уравнение преобразования, соответ ствующее предлагаемому способу, имеет вид 2 к 1

Il„g„(tldt )e,g„(t)dt t(eg,Д,g dt °

С

«., -jU,gðdt JU, „dt, 40

3 2 о

1„- 1 = T3, После интегрирования уравнения (1) получают

45 UPÄ„Tö+е,P;T +е1Т +

Из уравнения (2) вытекает условие для выполнения преобразования без

50 погрешности (FuuTu РоТо + К Тя )

T + T0 + TÔ

= <в,с (3)

Слева от знака равенства при е, 55 стоит среднее значение коэффициента преобразования напряжения дрейфа нуля за время Т ц + Т + Т„, а справа произведение коэффициентов преобраf160920 зования такта Т и компенсационного напряжения U„. Устанавливая g p „ =p эЯ .ъ К и преобразуя уравнение (3), можно найти значение весового коэффициента g, который нужно устанавливать о для обеспечения условия (3) — — ™ "(p — ) ° p (4) о Т 2

Величины g„, g,,T являются заданными по виду используемой весовой функции, следовательно, весовой коэффициент р;,,можно однозначно on o. ределить для любого выбранного T

Подставляя уравнение (4) в уравнение (2) и учитывая выбранное

g g < = g, после ряда преобразований получают

Т 1-,М, т (5) х

Таким образом, результат преобразования не зависит от аддитивного напряжения дрейфа нуля el.

На чертеже изображена структурная электрическая схема устройства для осуществления предложенного способа, Устройство содержит источник 1 образцового напряжения, коммутатор 2, усилитель 3, первый управляемый магазин 4 проводимостей, интегратор 5, нуль-орган 6, блок 7 коррекции нуля, второй управляемый магазин 8 проводимостей и блок 9 управления.

На вход 10 коммутатора 2 подается преобразуемое напряжение U< к входам ll и 12 подключен источник 1 образцового напряжения, а к входу 13нулевой потенциал. Коммутатор 2 соединен с блоком 9 управления посредством шины 14. Выход коммутатора 2 подключен к входу усилителя 3, выход которого соединен с первым входом 15 первого управляемого магазина 4 проводимостей и с первым входом 16 второго управляемого магазина 8 проводимостей. Второй вход 17 магазина 4 и второй вход 18 магазина 8 подключены к нулевому потенциалу. Магазин 4 соединен с блоком 9 управления посредством шины !9. Выходы магазина 4 и магазина 8 проводимостей подключены к входу 20 интегратора 5, выход которого соединен с входом 21 нуль-органа 6, другой вход 22 которого подключен к нулевому потенциалу. Выход нуль-органа 6 .подключен к входу блока 7 коррекции нуля и к блоку 9 управления, которая посредством шин 23 и 24 связана

1О

55 с магазином 8 проводимостей и блоком 7 коррекции нуля, выход которой подключен к входу 25 интегратора 5.

Блок 9 управления имеет выход 26 для кода преобразуемого напряжения U

Управляемый магазин 4 проводимостей состоит из набора резисторов, одни концы которых соединены вместе и подключены к входу 20 интегратора 5 с весами, пропорциональными амплитудам весовых коэффициентов весовой функции.

Вторые концы каждого резистора посредством пар ключей подключены к двум входам 15 и 17 магазина 4

1проводимостей. Второй магазин 8 проводимостей устроен аналогично и служит для формирования требуемого весового коэффициента 8 на такте То.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

В исходном состоянии устройство находится в режиме коррекции нуля.

В начале такта Т„ коррекции нуля блок 9 управления вырабатывает команды, которые, поступая по шинам 14

23, 24 и 19 соответственно, подключают вход усилителя 3 через вход 13 коммутатора 2 к нулевому потенциалу, подключают вход 18 магазина 8 к нулевому потенциалу, подключают выход нуль-органа 6 к блоку 7 коррекции нуля, подключают управляемый магазин 4 проводимостей через вход 15 к выходу усилителя 3, при этом к выходу усилителя 3 подключают все резисторы магазина 4, обеспечивая условие равенства g< = д /д, .

Блок 7 коррекции нуля вырабатывает компенсационное напряжение U< фор-, мируемое на этом такте, которое в последующих тактах (Т,, Т, Т1,} подается на вход 25 интегратора 5 с неизменным весовым коэффициентом g компенсируя дрейф смещения нуля усилителя 3, интегратора 5 и нуль-органа 6. Неизменность весовопо коэффициента g достигается тем, что на тактах Т.ц, То и Т„ суммарная проводимость со стороны входа интегратора не изменяется, так как все резисторы магазина 4 и магазина 8 всегда подключены либо к нулевому потенциалу, либо к выходу усилителя 3.

Такт интегрирования Тц преобразуемого напряжения U начинается по командам запуска, вырабатываемым бло

ВНИИПИ Заказ 8128/2 Тираж 871 Подписное

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

5 11609 ком 9 управления, которые, поступая по шине 24, отключают выход нуль-органа 6 от блока 7 коррекции нуля; поступая по шине 14, подключают преобразуемое напряжение U через вход 10 коммутатора 2 к входу усилителя 3; поступая по шине 19, формируют в течение такта Т в магазине 4 проводиU мостей весовую функцию gu(t) таким образом, что в ходе такта Т все ре- 10 эисторы магазина 4 подключены на выход усилителя 3 на одинаковое время, а в остальное время в этом же такте они подключены к нулевому потенциалу.

По окончании такта Тч начинается 15 такт Т дополнительной коррекции аддитивного напряжения смещения е1. Для этого блок 9 управления вырабатывает команды, которые, поступая по шине 14, через вход 13 коммутатора 2, 20 подключают вход усилителя 3 к нулевому потенциалу поступая по шине 19, подклочают все резисторы магазина 4 к выходу усилителя 3; поступая по шине 23, подключают вход 16 второго 25 магазина 8 проводимостей к входу усилителя 3. Таким образом, весовой коэффициент g в этом такте образуется как сумма проводимостей магазина 4 и магазина 8. 30

По окончании такта ТО в начале такта Т по состоянию нуль-органа 6 блок 9 управления определяет полярность напряжения U„ a одновременно ! вырабатывает команды, которые, посту" 35 пая по шине 14, подключают через коммутатор 2 вход усилителя 3 к источнику 1 образцового напряжения U, полярность которого противоположна

20 Ь интегральному значению напряжения

U ; поступая по шине 23 подключают вход 18 магазина 8 к нулевому потенциалу. Магазин 4 проводимостей полностью остается подключенным к выходу усилителя 3, тем самым выполняя условие g = g . Такт Т„ продолжается до тех пор, пока напряжение интегратора 5 не достигнет уровня срабатывания нуль-органа 6. Момент изменения состояния нуль-органа 6 фиксируется блоком 9 управления, и с этого момента по соответствующим командам начинается новый цикл преобразования. В течение такта Т» длительность которого пропорциональна преобразуемому напряжению U„, блоком 9 управления подсчитываются импульсы от кварцевого генератора, входящего в состав блока 9. В результате этого к концу такта Т„ на выходе 26 образуется код, соответствующий величине преобразуемого напряжения U

Таким образом, данный способ позволяет получить технико-экономический эффект, заключающийся в следующем: во-первых, способ обеспечивает высокую точность преобразования, поскольку на результат преобразования не влияет напряжение смещения е и

его дрейф; во-вторых, при реализации способа в устройстве можно применить упрощенные схемные решения, а также дешевые и сравнительно нестабильные и неточные элементы (например, при построении входного усилителя).