Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

 

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

„.Я0„„3211886. A (Я) 4 Н 03 М 1/52 (61) 982191 (21) 3775561/24-24 (22) 25.07.84 (46) 15.02.86 Бюл. Р 6 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетический институт (72) В.А.Панфилов, В.Н.Малиновский, Г.В.Антипов и П.К.Макарычев (53) 681,325(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 982191, кл. Н 03 К 13/20, 1981. (54) (57) ИНТЕГРИРУЮЦИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, по авт.св.

Ф 982191, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены формирователь импульсов, элемент И, переключатель и соединенные последовательно дополнительные реверсивный счетчик, цифроаналоговый преобразователь, ключ и резистор, при— чем управляющий вход дополнительного. ключа объединен с управляющим входом первого ключа и входом формирователя импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом переключателя, первый вход которого является шиной логической единицы, а второй вход — шиной логического нуля, выход элемента

И соединен со счетным входом дополнительного реверсивного счетчика, управляющий вход которого соединен с выходом узла определения знака математического ожидания, а второй вывод дополнительного резистора соединен с входом интегратора.

1 12

Изобретение относится к цифровой электроизмерительной технике, и может быть использовано в цифровых приборах и информационно-измерительных системах и является усовершенствованием известного преобразователя, описанного в авт.св. - 982191.

Цель изобретения — повышение точности преобразования.

На фиг. 1 представлена функциональная электрическая схема интегрирующего аналого-цифрового преобразователя (АЦП); на фиг. 2 — времен I ные диаграммы напряжений в характерных точках АЦП, поясняющие работу преобразователя в режиме Измерение" и иллюстрирующие влияние как внутреннего низкочастотного шума АЦП, так и внешнего по отношению к ключу на фиг. 3 — временные диаграммы работы AIJII с введенной дополнительной схемой компенсации в режиме "Автонуль"; на фиг. 4 — пример реализации формирователя импульсов„ предназначенного для выработки короткого импульса в момент окончания сигнала управления ключами 1 и 21.

Схема интегрирующего АЦП (фиг. 1) содержит ключи 1-4, интегратор 5, компаратор 6, ключ 7, реверсивные счетчики 8 и 9, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 10 и 11, резисторы 12-14, шину 15 измеряемого напряжения, шины 16 и 17 положительного и отрицательного образцовых напряжений, общую шину 18, управляющий автомат 19, узел 20 определения знака математического ожидания, дополнительный ключ 21, элемент И 22, формирователь 23 импульсов, переключатель 24, шину 25 логической единицы и шину 26 логического нуля, дополнительный резистор 27, управляющий вход 28 реверсивного счетчика 8.

На фиг. 2 и 3 обозначено: Упр.1, Упр. 3, Упр. 4, Упр. 7 — сигналы управления соответственно ключами 1, 3, 4, 7;Упр. 28 — сигнал на входе

28 реверсивного счетчика 8; Инт. напряжение на выходе интегратора 5 при некотором положительном измеря:емом напряжении на входе АЦП; 29— напряжение на выходе интегратора 5 при отсутствии как внутренних; так и внешних низкочастотных шумов;

30 — напряжение на выходе интегратора 5, отражающее влияние внутреннего низкочастотного шума; 31 — напряжение на выходе интегратора 5 при

11886 наличии. как внутренних, так и внешних низкочастотных шумов; Упр. 21 сигнал управления, ключом 21; Упр.

32 — сигнал на счетном входе 32

5 второго реверсивного счетчика 19;

Инт. — напряжение на выходе интегратора 5 в режиме "Автонуль".

На фиг. 4 представлена схема формирователя импульсов 23, содержаще10 го элементы ИЛИ-HE 33-34, конденсатор

35, емкость которого определяется требуемой длительностью выходного импульса, входным сопротивлением элемента 34 и выходным сопротивлением

15 элемента 33.

Устройство работает следующим образом.

В обычном режиме (фиг. 2) переключатель 24 установлен в положение

2р "Измерение, при этом в течение первого такта работы АЦП ключи 1 и 21 замкнуты, все остальные ключи разомкнуты. Предположим, что напряжение на выходе ЦАП 11 равно нулю, При этом

25 производится интегрирование суммы измеряемого напряжения, внутренних низкочастотных шумов АЦП и внешних

r.:о отношению к преобразователю низкочастотных шумов входной цепи. Во втором такте замкнут один из ключей

2 или 3 (в зависимости от полярности входного напряжения), а все остальные ключи разомкнуты. При этом осуществляется разряд емкости интеграто ра 5 и через некоторое время его вы35 ходное напряжение становится равным нулю. Этот момент соответствует окончанию второго такта и фиксирует— ся компаратором 6. Длительность второго такта пропорциональна сумме из4р меряемого напряжения и общей аддитивной погрешности и преобразуется в цифровую форму. В течение третьего такта ключи 4 и 7 замкнуты, осталь«»»е разомкнуты, при этом происходит

45 у"тановка начальных условий интегратора 5.

Один раз в несколько циклов измерения (на фиг.2 — после каждого) выделяется дополнительный интервал

5О времени, необходимый для формирования сигнала компенсации внутреннего низкочастотного дрейфа нуля интегратора и называемый в дальнейшем вспомогательным циклом. В течение первого такта вспомогательного цикла

55: ключ 4 замкнут, остальные — разомкнуты, и;.,ряжение дрейфа нуля интегратора 5 интегрируется и подается на вход з 12 компаратора 6, Напряжение на выходе компаратора 6 при этом содержит информацию о разности значений дрейфа нуля усилителя интегратора и компенсирующего напряжения, формируемого на выходе ЦАП 10. Это напряжение поступает на вход узла 20 определения знака математического ожидания .

В конце первого такта вспомогательного цикла управляющий автомат

19 опрашивает узел 20, выходной сигнал которого определяет направление счета реверсивного счетчика 8.

На счетный вход реверсивного счетчика 8 при этом поступает из управляющего автомата 19 импульс, который приводит к изменению .содержимого счетчика 8 и, следовательно, к изменению выходного напряжения ЦАП 10.

Это, в свою очередь обеспечивает уменьшение разности напряжений внутреннего дрейфа нуля и компенсирующего сигнала, пропорционального напряжению ЦАП 10.

Второй такт вспомогательного цикла аналогичен второму такту цикла измерения. Затем циклы измерения и вспомогательные повторяются. 3а несколько вспомогательных циклов

t на выходе ЦАП 10 устанавлива-ется напряжение, необходимое для компенсации внутреннего дрейфа нуля преобразователя.

Перед началом каждой новой измерительной процедуры, или через определенный промежуток времени (например, один раз в 5 — 10 мин) по желанию оператора включается режим формирования сигнала компенсации внешних низкочастотных шумов переводом переключателя 24 в положение "Автонуль" и замыкаются зажимы входных проводников прибора. В этом режиме (фиг. 3) также чередуются циклы обычного аналого-цифрового преобразования суммы внутреннего и внешнего

11886 низкочастотных шумов и вспомогательные циклы формирования сигнала компенсации внутреннего шума. При этом на втором входе логического элемента И 22 появляется сигнал разрешения прохождения импульсов с выхода формирователя 23 на вход второго реверсивного счетчика 9. В каждом основном цикле по окончании сигнала

10 управления ключом 1, на выходе формирователя 23 образуется короткий импульс, который поступает на вход элемента И 22 и затем на вход 32 реверсивного счетчика 9. Содержимое счетчика 9 увеличивается или уменьшается на единицу в зависимости от сигнала с выхода узла 20 определения знака математического ожидания, задающего направление счета. Изменение состояния реверсивного счетчика 9 приводит к такому изменению напряжения на выходе ЦАП 11, которое соответствует уменьшению разности напряжения внешних шумов входной цепи и компенсирующего напряжения, образованного вторым ЦАП 11.

Таким образом, в положении "Авто— нуль" переключателя 24 и замкнутых зажимах входных проводников за нес30 колько циклов преобразования на выходе ЦАП 11 устанавливается напряжение компенсации внешних низкочастотных шумов входной цепи преобразователя. Поступая з режиме "Измерение" в первом такте на вход интегратора 5 через ключ 21 и резистор 27, компенсирующее напряжение позволяет уменьшить влияние внешнего низкочастотного шума входной цепи АЦП и, следовательно, повысить точность преобразования.

40 При наличии в измерительном приборе, в состав которого. входит данный АЦП, микро-ЭВИ функции реверсивных счетчиков 8 и 9, элемента 22, формирователя 23, управляющего автома45 та 19 может выполнять ЭВМ.

1211886

2f с а

121 1886

„Унт

23

Составитель В.Солодова

Редактор К.Волощук Техред М.Надь Корректор Л.Патай

Заказ 651!61 Тираж 818 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