Аналого-цифровой интегрирующий преобразователь с автоматическим выбором диапазона преобразования

 

Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства. Это достигается тем, что в устройство, содержащее два ключа 1,2, операционный усилитель 3, конденсатор 5, ключ 6 обратной связиJ Два блока сравнения 7,8, блок 4 опорных напряжений , два RS-триггера 10,11, элемент И, генератор 15 тактовых импульсов , два счетчика 12,13, введены п-1 дополнительных (накопительных) элементов, выполненных на конденсаторах 16, n-l дополнительных ключей 17 обратной связи, два дешифратора 18,19, п-1 дополнительных ключей . 2 ил. (С (Л С taa д СП j

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) А1 (50 4 Н 03 М 1/18

" " (А%ЗИАД

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2)) 3845637/24-24 (22) 24.01.85 (46) 15.08,86. Бюл. N - 30 (72) В. Е, Романов и А. Н. Семенов (53) 681.325(088.8) (56) Патент СЦ1А Ф 3772683, кл, Н 03 К 1 3/02, опублик. 1975.

Коломиец О. M. Автоматический выбор диапазона измерений в цифровых приборах, М.: Наука, 1980, с. 97"

100, рис. 49. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРИРУЮЩИЙ

1ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКИМ

ВЫБОРОМ ДИАПАЗОНА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к импульсной технике. Цель изобретения — повышение быстродействия устройства, Это достигается тем, что в устройство, содержащее два ключа 1,2, операционный усилитель 3, конденсатор 5, ключ 6 обратной связи, два блока сравнения 7,8, блок 4 опорных напряжений, два RS-триггера 10,11, элемент И, генератор 15 тактовых импульсов, два счетчика 12,13, введены и-1 дополнительных (накопительных) элементов, выполненных на конденса" торах 16, и-1 дополнительных ключей 17 обратной связи, два дешифратора 18,19, и-1 дополнительных ключей. 2 ил.

1251324

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в адаптивных измерительных устройствах с цифровым выходом, например в цифровых вольтметрах с автоматическим выбором пределов измерения.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 временные диаграммы работы устройства, Устройство содержит и+1 ключей 1, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 2, операционный усилитель 3, блок 4 опорных напряжений, накопительный элемент, выполненный на конденсаторе 5, ключ 6 обратной связи, блоки 7 и 8 сравнения, источник 9 порогового напряжения, первый 10 и второй 11 RS-триггеры, первый 12 и второй 13 счетчики, элемент И 14, генератор 15 тактовых импульсов, дополнительные и-1 накопительные элементы, выполненные на конденсаторах 16, дополнительные и-1 ключи 17 обратной связи, второй 18 и первый

19 дешифраторы.

Устройство работает следующим об-, разом, В исходном состоянии первый 11 и второй 12 ВБ-триггеры находятся в нулевом состоянии, ключи 6 и 17 замкнуты, чему Соответствуют высокие уровни напряжений на управляющих входах этих ключей (фиг. 2), ключи 1 разомкнуты, Напряжение на выходе операционного усилителя 3 и конденсаторах 5,16 равно О. На выходах первого 12 и второго 13 счетчиков имеются сигналы, соответствующие коду выбранного диапазона и коду преобразуемого напряжения, полученные в результате последнего перед этим преобразования.

В момент времени t, (фиг ° 2) на вход "Пуск" приходит импульс запуска АЦП, который сбрасывает в "О" счетчики 12 и 13. По окончании импульса в момент времени t первый

RS-триггер 10 устанавливается в "1 состояние, при этом сигналом с инверсного выхода закрывается ключ 6, а сигналом с выхода элемента И 14 открывается первый ключ 1, и пре1 образуемое напряжение П„подается на вход операционного усилителя 3.

На входе разрешения счета второго счетчика 13 появляется сигнал, позволяющий этому счетчику подсчитывать число импульсов, приходящих на счетный вход с выхода генератора

15, При этом емкость счетчика 13 выбрана. таким образом, что его полное заполнение импульсами генератора 15 до переполнения производится за время Т„, равное базовому времени интегрирования преобразуемого сигнала U На второй вход второго дешифратора 18 приходит сигнал "Лог. 1", а на первые входы поступает с выхода первого счетчика 12 код нуля.

В соответствии с таблицей истинности на всех выходах дешифратора 18 появляется сигнал "Лог. О и все дополнительные ключи 17 размыкаются. Таким образом, в момент времени в обратную связь операционного усилителя 3 включен только один конденсатор 5 и напряжение на выходе операционного усилителя 3 начнет изменяться по закону (t)= — — — U dt .1 х, (1) о

I где К вЂ” сопротивление резистора 2;

С вЂ” емкость конденсатора 5.

В течение времени (t, -t ) производится интегрирование с наименьшей постоянной времени, В момент времени t (фиг. 2) напряжение U>(t) достигнет величины напряжения U, источника 9. При этом на выходе блока 8 появится сигнал "1" и содержи-. мое первого счетчика 12,увеличится на единицу. Изменение кода на выходе счетчика 12 вызовет появление сигнала "1" на первом выходе дешифратора 18 и замыкание первого дополнительно ключа 17, При этом параллельно конденсатору 5 подключится первый дополнительный конденсатор 16 (емкостью С, ). Напряжение на выходе операционного усилителя 3 из-за перераспределения зарядов на емкостях уменьшится скачком до величины (t )=U (t )

С U (t )

С„+С, (2)

С, где А= "--- -- - коэффициент переС +С, ключения диапазонов; индекс "-" при и означает, что .этот момент времени t до срабатывания первого дополнительного ключа 17; индекс "+" соответствует моменту времени после срабатывания ключа 1У.

Так как напряжение Г (t ) < U„,ð блок 8 приходит в исходное состояние, 1251324

Если подставить (1) в (2), то получим 1 г

U(t)= — — — — — - V dt, (3) г+ R(C +С )

1 5 r,å, напряжение на выходе операционного усилителя в момент времени с имеет значение, соответствующее интегрированию напряжения U,, с постоянной R -(С +С, ) с момента времени t< .

Напряжение на выходе интегратора начнет изменяться по закону

t

U (t)= — -------- r U dt npu

R(C,+C )

)С>а . 1 (4)

Таким образом, преобразователь переходит на второй диапазон преобразования, В момент времени t напряжение на выходе операционного усилителя 3 снова достигнет значения U„,, что приведет к срабатыванию блока 8 и в счетчик 12 запишется уже число "2".

При этом замкнется второй дополнительный ключ 17 и напряжение на выходе операционного усилителя 3 начнет изменяться таким образом

l tI, з() P(C+С+С ) х! при t4> tot (5) 30 т.е ° преобразователь перешел на третий диапазон.

Подобное же переключение произойдет и в момент времени 4 (фиг. 2).

К моменту окончания импульса Т„ (мо- З5 мент времени t ) на выходе операционного усилителя 3 будет напряжение

5

U (t) — U dt-=

R(C +С +С +С ) ) э

11х 1Тх

R(Co+C, +С, +С., ) (6)

В первом счетчике 10 будет записано число "3" и он будет выдавать код, соответствующий четвертому диапазону преобразования.

В момент времени t (фиг. 2) импульс с выхода "переполнение" счетчика 13 установит в единичное состояние второй КБ-триггер 11, при этом сигналом с выхода элемента И 14 закроется первый ключ 1, а на второй вход первого дешифратора 19 с прямого выхода RS-триггера ll приходит единичный сигнал и на выходе дешифратора 19 соответствующему выбранному в результате преобразования диапазону (коду с выхода счетчика 9) появляется сигнал, открывающий соответствующий ключ 1. Таким образом к интегратору подключается блок 4.

В рассматриваемом примере, так как был выбран четвертый диапазон через

U резистор 2 потечет ток, равный -1.

R, Опорное напряжение имеет знак, обратный знаку преобразуемого напряжения, Поэтому напряжение на выходе операционного усилителя 3 начнет падать

U X T

Сг Сз ) U, (t) U-.

+ -<(t-t ) при t, >t > t, (7)

Как только напряжение на выходе операционного усилителя 3 станет равным О, напряжение на выходе блока 7 упадет до низкого уровня и переведет

RS-триггеры 10 и 11 в нулевое состояние.

При этом на вторые входы дешифраторов 18 и 19 придет сигнал "0", дешифратор 19 закроет соответствующий ключ 1, на вход операционного усилителя 3 прекратится подача опорного напряжения с выхода блока 4.

На вход "Разрешение счета" второго счетчика 3 с прямого выхода RS-триггера 10 придет сигнал, запрещающий подсчет этим счетчиком импульсов с генератора 15. Код на выходе счетчика 3 соответствует длительности импульса на прямом выходе второго триггера 11, которая прбпорциональна преобразуемому напряжению U х„ как видно иэ следующего выражения, получаемого из (7)

Т = --1-2

Ux (8) а1

Таким образом, на выходе АЦП (выходах первого 12 и второго 13 счетчиков) по окончании времени преобразования образуется код, соответствующий величине U, при этом на выходах счетчика 12 будет код номера диапазона преобразования, а на выходах счетчика 13 — код величины U внутх, ри этого выбранного диапазона.

На фиг. 2 показан также процесс преобразования напряжения U меньшего, чем U, начиная с момента

1 времени t . В этом случае преобразование производится на третьем диапазоне, при этом

Т

Цх Т (9)

Ог ц з

12513

3

Таким образом, в аналого-цифровом преобразователе с автоматическим выбором диапазона преобразования выбор диапазона происходит одновременно с преобразованием, что повышает быстродействие устройства °

Формула изобретения

Аналого-цифровой интегрирующий преобразователь с автоматическим выбором диапазона преобразования, содержащий накопительный элемент, выполненный на конденсаторе, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе, первый ключ, вход которого является входной шиной, а выход объединен с выходом второго ключа и соединен с первым выводом резистора вход второго ключа соединен с первым выходом блока опорных напряжений„ второй вывод резистора соединен с входами операционного усилителя ключа обратной связи и пер-. вой обкладкой конденсатора, вторая обкладка которого объединена с выходами операционного усилителя ключа обратной .связи и соединена первыми входами первого и второго блоков сравнения, второй вход последнего является общей шиной, а выход соединен с R-входами первого и второго RS-триггеров, второй вход первого блока сравнения соединен с выхо35 дам источника порогового напряжения, S-вход первого RS-триггера является шиной "Пуск", а прямой выход соединен с первым входом элемента И, первый и второй счетчики импульсов, вы40 ходы первого счетчика импульсов,являются первыми выходными шинами, гав нератор тактовых импульсов, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, введены

45 и-1 дополнительных ключей, и-1 до1 полнительных ключей обратной связи, и-1 дополнительных накопительных элементов, выполненных на конденса"ТЩ7йх; где и — число диапазонов преобразования, два дешифратара, и-1 выходов первого дешифратора соединены с соответствующими и-! управляющими входами и-1 дополнительных ключей,- и-й выход первого дешифратора. соединен с управляющим входом второго ключа, выход которого объединен с выходами и-1 дополнительных ключей, входы которых соединены с соответствующими вторыми выходами блока опорных напряжений, первые входы первого дешифратора объединены поразрядно с первыми входами второго дешифратора и соединены паряэрядно с выходами первого счетчика импульсов, второй вход первого дешифратора соединен с прямым выходам второго RS-триггера, инверсный выход которого соединен с вторым входом элемента И„ выход которого соединен с управляющим входом первого ключа, S-вход второго RS-триггер а соединен с выходом переполнения второго счетчика импульсов, выходы которого являются вторыми выходными шинами, а счетный вход соединен с выходом генератора тактовых импульсов, разрешаю ций вход второго счетчика импульсов объединен с вторым входом второго дешчфратора и соединен с прямым выходом первого RSтриггера, вход сброса первого счетчика импульсов объединен с входом сброса второго счетчика импульсов и является шиной Пуск", а счетный вход первого счетчика импульсов соединен с выходом первого блока сравнения, управляющие входы и-1 дополнительных ключей обратной связи соединены с соответствующими выходами второго дешифратара, выходы и-1 дополнительных,ключей обратной связи объединены с выходом операционного усилителя-, а вход каждого из и-1 дополнительных ключей обратной связи через дополнительный конденсатор объединен с входом операционного усилителя, !

251324

Ры хоР усилителя 3 дюхаР rrepe/7 7ЛИР/ЮЯ с бет сб/бо 15

8@ix ао

Ело с 8 7 1 g jg 1/ lZ

Редактор Н. Слободяник

Заказ 4426/58 Тираж 81б Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I13035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

&оР ., /7уж" 8ерс ь юй

Утехе с7

R8-триееера

1Р

% хое ялежен тта g4 п« » дыха(7 тсмееера 11 дыхаУ f

Аыадаоитар

Уд .Уьхос7

aeccruQpornapa

Ю гЬл od 5 dearug umcp

УЮ

Я хны алт

4Óîë-1

decuuPpa Гт Ор01 мафр Ь 1 15

Составитель А. Титов

Техрец