Аналого-цифровой преобразователь

 

АЯАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗО ВАТЕЛЬ, содержащий два компаратора первый вход одного из которых соеди нен с шиной преобразуемого напряжения , вторые входы - с соответствующими выходами генератора парафазно пилообразного напряжения, а выходы с соответствующими входами элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен Пуск Фиг. с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, в него введены инвертор, трехвходовый элемент И, делитель частоты и элемент ШШ, первый вход которого через делитель частоты соединен с выходом элемента И, выход подключен к входу счетчика, управляющий вход которого соединен с шиной Пуск, а второй вход элемента .ИЛИ соединен с выходом трехвходового элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а второй и третий входы - соответственно с выходами первого и второго компараторов, первьй вход последнего из которых через инвертор подключен к шине преобразуемого напряжения, при этом управляющий вход генератора парафазного пилообразного напряжения подключен к шине Пуск.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИН (5ц4 Н 03 M 1/56

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3730089/24-24 (22) 27.04.84 (46) 30.09.85. Бюл. М - 36 (72) Н.И.Заец,. В.Ф.Коваленко и В.M.Êîñòûðêèí (53) 681.325(088 ° 8) (56) Вульвет Дж. Датчики в цифровых системах. M.: Энергоиздат, 1981, с. 129 °

Авторское свидетельство СССР

У 762170, кл. Н 03 К 13/20, 1980. (54) (57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий два компаратора, первый вход одного из которых соединен с шиной преобразуемого напряжения, вторые входы — с соответствующими выходами генератора парафазного пилообразного напряжения, а выходы— с соответствующими входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход которого подключен к первому входу элемента И, второй вход которого соединен

„„Я0„„1182679 с выходом генератора импульсов, счетчик импульсов, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью уменьшения погрешности преобразования, в него введены инвертор, трехвходовый элемент И, делитель частоты и элемент ИЛИ, первый вход которого через делитель частоты соединен с выходом элемента И, выход подключен к входу счетчика, управляющий вход которого соединен с шиной "Пускll а второй вход элемента ИЛИ соединен с выходом трехвходового элемента И, первый вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а второй и третий входы — соответственно с выходами первого и второго компараторов, первый вход последнего из которых через инвертор подключен к шине преобразуемого напряжения, при этом управляющий вход генератора парафазного пилообразного напряжения подключен к шине "Пуск".

1182679

Изобретение относится к импульсной технике и электроизмерениям и может быть использовано в системах автоматического контроля и управления, а также в измерительной технике для преобразования изменяющихся во времени зашумленных непрерывных сигналов в цифровой код.

Цель изобретения — уменьшение погрешности преобразования за счет 1О уменьшения погрешностей, вносимых компараторами.

На фиг.1 изображена структурная схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг.2 — эпюры напря1 жений (p — на входах компараторов при преобразовании с учетом общего времени задержки срабатывания компараторов, b — на выходах компараторов, Б — на выходе элемента И, ъ — на вы- 2О ходе трехвходового элемента И) на фиг.3 — эпюры напряжений, показывающие процесс формирования парафазного треугольного напряжения (З вЂ” запускающего импульса е — пилообразного 25

HdT ðÿæåHèÿ; ж и 5 парафазные треугольные напряжения на выходе генератора).

АЦП содержит два компаратора 1 и

2, вход компаратора 1 соединен с преобразуемым напряжением U» элеЗО мент 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы которого соединены с выходами компараторов

1 и 2, генератор 4 импульсов, элемент И 5, входы которого соединены с выходом элемента 3 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и 35 выходом генератора 4 импульсов, счетчик 6 импульсов, генератор 7 парафазного пилообразного напряжения, формирующий треугольное пилообразное напряжения,выходы которого соединены с 4О входами компараторов 1 и 2, инвертор

8, вход которого соединен с преобразуемым напряжением, а выход — с вторым входом компаратора 2, трехвходовой элемент 9 И, входы которого сое- 45 динены с выходами компараторов 1 и 2 и генератором 4 импульсов, делитель

10, вход которого соединен с выходом элемента 5 И, элемент 11 ИЛИ, один вход которого соединен с выходом де- 50 лителя 10 частоты, второй — с выходом трехвходового элемента 9 И а выход— с вторым входом счетчика 6. Генератор

7 может состоять из генератора 12 пилообразного напряжения, на вход ко- 55 торого подается запускающий импульс, узла 13 выделения абсолютной величины <.нгнала, вход которого соединен с выходом генератора 12 пилообразного напряжения, инвертора 14, вход которого соединен с выходом узла 13 выделения абсолютной величины сигнала, а выходы инвертора 14 и узла 13 выделения абсолютной величины сигнала являются парафазными выходами генератора 7.

Устройство работает следующим образом.

На вход компаратора 1 поступает преобразуемое напряжение U на вход компаратора 2 начинает поступать инвертированное инвертором 8 преобразуемое напряжение — U z. По импульсу (фиг.3д), проходящему по проводу, обозначенному на фиг.1 "Пуск", происходит одновременный сброс счетчика 6 и запуск генератора 7. На вторые входы компараторов 1 и 2 начинают поступать противофазные треугольные напряжения (фиг.3 ж, Э). В моменты равенства преобразуемого и инвертированного преобразуемого напряжения треугольному напряжению на выходе компараторов 1 и 2 уровень изменяется на противоположный (фиг.2 Б). Ес,ли бы преобразуемый сигнал U был не зашумлен, а компараторы 1 и 2 не имели погрешностей, то изменение состояния компараторов 1 и 2 происходило бы в моменты времени „ и (фиг.2a). Однако компараторы I и 2 имеют гистерезис и погрешность срабатывания, поэтому изменение их состояния происходит в моменты времени t>t и t t<. Импульсы с выхода компараторов 1 и 2 (фиг.2 ) поступают на трехвходовой элемент 9 И и суммируются с импульсами генератора

4. На выходе трехвходового элемента 9 И формируется импульс длительностью t>t < (фиг.2ъ), заполненный импульсами генератора 4, который отличается от импульса длительностью и Г на величину tqt 2+à — С °

Поскольку t< г. = t < (велйчина гистерезиса компараторов в восходящей ветви), то длительность импульса короче длительности t t< на 2Г5

На выходе элемента 3 ИСКЛЮЧАВЩЕЕ ИЛИ последовательно формируются импульсы длительностью t t и (фтг.2 о), которые, проходя через элемент 5 И, заполняются импульсами генератора 4 и делятся на два делителем 10. Поскольку интервалы

1182679 времени t t> и t+t< не перекрываются интервалом t>t<, то на вход счетчиКа 6 через элемент 11 ИЛИ последовательно поступают импульсы, количество которых равно усредненному значе 2 "3+ "5 1- 4 нию 2

Количество импульсов, занесенное в счетчик 6, остается в нем до начала следующего цикла измерения. Запус-10 кающий импульс Пуск" может приходить от кнопки (тумблера) при ручном управлении или от блока управления

38М в сложных электронных устройствах. По каждому запускающему импуль- 1 су (фиг.33) генератором 12 формируется пилообразное напряжение (фиг.З 6), из которого выделяется абсолютная его величина узлом 13 (фиг.Зй). Абсолютная величина пилообразного напряжения поступает на компаратор i, à его инвертированное значение (фиг.З ) с инвертора 14 поступает на компаратор 2. Таким образом формируется противофазное треугольное напряжение.

Амплитуды треугольного напряжения должна согласовываться с диапазоном изменения входного измеряемого напряжения U а длительность не должна превышать времени преобразования АЦП и определяется частотой изменения входного преобразуемого сигнала Uy. Если произошло смещение нуля компараторов 1 и 2 в резупьтате

35 изменения температуры, то можно считать, что эти изменения в двух одинаковых компараторах одинаковы. Но если в одном компараторе смещение нуля вызывает увеличение длительности импульса на его выходе, то в другом компараторе на выходе будет уменьшение импульса точно на такую же величину. Т.е. среднее значение интервалов времени, в течение которых импульсы генератора 4 проходят на вход счетчика б, остается неизменным.

Происходит компенсация дрейфа нуля компараторов 1 и 2. Компенсация гистерезиса компараторон происходит следующим образом. Обозначим через К интервал времени t<, т.е. интервал, ограниченный временем срабатывания идеальных компараторов 1 и 2 при незашумленном сигнале U<. Тогда средний интервал времени между срабатываниями

2К компараторов 1 и 2 равен =-=К. С уче1 том гистерезиса временнои интервал между срабатываниями компаратора 1 равен К-ttt2-t с +с t<, компаратора 2

pBBeH K-t„t +t t +t t . Поскольку одинаковый гистерезис в компараторах 1 и 2 на одинаковых направлениях дает равные временные интервалы задержки срабатывания при переходе из "О" в

1 и из 1 в О, то t t<=t. Обозначим через д

1 3 Ф 6

Dt s QtI=t t =tytg Таким Образом, имеем временной интервал между срабатываниями для компаратора 1: K-ht3—

pt1+ 1=К nt> pJIH KoMIIGpBTopa

Ю1+Ыз+Ы „=К+аг.э . Найдем среднее арифметическое значение K+dtp+K-5tg

2К

= — = К, т.е.. среднее арифметическое

2 двух .интервалов времени между срабатываниями компараторов с учетом их погрешностей срабатывания равно интервалу времени между срабатываниями компараторов без погрешностей. Можно было бы выделить интервалы между срабатываниями кал цого компаратора, просуммировать и разделить, но тогда необоснованно возросла бы схема. ПоскОльку интервал времени С является общим для обоих компараторов, то и импульсы заполнения его с одного генератора 4 одинаковы. Поэтому интервал t>t выделяется элементом 9 И и заполняется импульсами генератора 4.

Разность между срабатываниями компараторов 1 и 2 выделяется элементом 3

ИСКЛВЧАИЦЕЕ ИЛИ. Поскольку эти отрезки времени не накладываются друг на друга, то их можно просуммировать, разделив на два.

1182679

Составитель В.Махнанов

Редактор G.Ëèñèíà Техред Ж.Кастелевич Корректор Г.Решетник

Заказ 6120/56 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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