Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь с автоматической коррекцией погрешности

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании измерительных информационных систем и автоматических , измерительных приборов. Цель изобретения - повьшение быстродействия . Преобразователь содержит входную информационную шину 1, источник 2 калибровочного напряжения, источник 3 напряжения смещения нуля, источник 4 опорного напряжения, первый и второй коммутаторы 5 и 6, первый, второй. i СЛ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

4 72 А1 (19) Ol) (5D 4 H 03 M 1/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3812962/24-24 (22) 27.08.84 (46) 30.08.87. Бюл. )) - 32 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Н.И.Зеленцова и В.П.Тарасов (53) 681.325 (088.8) (56) Патент Великобритании Р 1444628, кл. Н 03 К 13/20, 1976.

Реферативная информация о законченных научно-исследовательских работах в вузах Украинской CCP: Радиоэлектроника, автоматика и связь.

Вып. IX, 1976, с. 53,54. (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТИ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании измерительных информационных систем и автоматических.измерительных приборов. Цель изобретения — повышение быстродействия, Преобразователь содержит входную информационную шину 1, источник 2 калибровочного напряжения, источник 3 напряжения смещения нуля, источник 4 опорного напряжения, первый и второй коммутаторы 5 и 6, первый, второй, 13 третий и четвертый токоограничивающие элементы 7 — 10, выполненные в виде резисторов, интегратор 11, нуль-орган

12, цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) 13 и 14 калибровки и установки нуля соответственно, блок 15 согласования уровней напряжения, блок 16 управления, счетчик 17, вычитающий блок 18, выходную шину 19 и входную шину 20 калибровочной константы. Поставленная цель достигается за счет

34372 выполняемых автоматически операций установки нуля шкалы преобразователя путем изменения уровня опорного напряжения, калибровки (коррекции наклона характеристики) преобразователя путем изменения уровня выходного напряжения источника смещения нуля и следующей за операцией калибровки установки нуля при помощи блока согласования уровней напряжения указанных источников. 2 з.п. ф-лы, 3 ил, Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании измеритель-, ных информационных систем и автомати5 ческих измерительных приборов.

Цель изобретения — повышение быстродействия.

На фиг 1 приведена блок-схема преобразователя; на фиг,2 — один из воз- !О ,можных вариантов реализации; на фиг,3— временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит (фиг, 1) входную информационную шину 1, источник 2 калибровочного напряжения, источник 3 напряжения смещения нуля, источник 4 опорного напряжения, первый и второй коммутаторы 5 и 6, первый, второй, третий и четвертый токоограничивающие элементы 7 — 10, выполненные 2О в виде резисторов, интегратор 1 1, нуль-орган 12, ЦАП 13 и 14 калибровки и установки нуля соответственно, блок .15 согла сования уровней напряжения, блок 16 управления, счетчик 17, вы25 читающий блок 18, выходную шину 19 и входную шину 20 калибровочной константы.

Блок 16 управления содержит (фиг ° 2) Эй генератор 21 тактовых импульсов, дешифратор 22, делитель 23 частоты, блок 24 сброса, счетчик 25 периода коррекции, D-триггеры 26-30, элементы

И 31-33 элементы И-HE 34 и 35 и инУ 35 верторы 36-40, Блок 15 согласования уровней напряжения содержит (фиг. 2) стабилитрон

41 и резисторы 42 и 43, Источник 3 напряжения (фиг. 2) смещения нуля содержит операционный усилитель 44 и резисторы 45-47.

Преобразователь работает следующим образом, Инициирование процесса автоматической коррекции погрешности АЦП производится по сигналу (фиг.3g), формируемому на выходе Э-триггера 29 блока

16 управления. Период этого сигнала равен промежутку времени между двумя следующими друг за другом процессами автоматической коррекции погрешности, В блоке 16 при этом формируются три последовательных импульса (фиг.3h) .

После воздействия первого импульса установки нуля (фиг.3p) устанавлива» ется нулевой потенциал на выходной шине коммутатора 5 (фиг.3r). Одновременно начинается формирование сигнала (фиг,3t) для установки ЦАП 13 и 14 (фиг.2) в начальное (нулевое) состояние. При этом выходные сигналы источников 3 и 4 напряжения устанавливаются в начальное состояние: потенциалы

+ Е,, -Е, соответственно.

Затем производится преобразование нулевого входного аналогового сигнала в .соответствующий ему цифровой эквивалент N (фиг.3b) в счетчике 17 с учетом знака смещения нуля АЦП, который заносится в ЦАП 14 по импульсу, формируемому на выходе элемента И 31 (фиг,Зв).

После этого йа выходе источника 4 устанавливается напряжение, измененное на величину hF, пропорциональную N в соответствии со знаком И„, При полоФормула изобретения

1. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь с автоматической коррекцией погрешности, содержащий цифроаналоговый преобразователь калибровки и цифроаналоговый преобразователь установки нуля, информационные входы которых подключены соответственно к выходам вычитающего блока и счетчика, первый коммутатор, первый информационный вход которого является входной информационной шиной, а второй информационный вход подключен к выходу источника калибровочного напряжения, последовательно соединенные второй коммутатор, интегратор и нульорган, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый токоограничивающий элемент, выполненный в виде резистора, первый вывод которого подключен к первому информационному входу второго коммутатора, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, s него введены последовательно соединенные источник напряжения смещения нуля, блок согласования уровней напряжения и источник опорного напряжения, а также три токоограничивающих ,элемента, выполненных в виде резистора каждый, причем первый управляющий вход первого коммутатора и установочные входы цифроаналогового преобразог вателя калибровки и цифроаналогового преобразователя установки нуля объе- динены и подключены к первому выходу блока управления, второй и третий выходы которого соединены с управляющими входами цифроаналогового преобразователя калибровки и цифроаналогового преобразователя установки нуля соответственно, четвертый и пятый выходы подключены к второму и третьему управляющим входам первого коммутато55

133437 жительном знаке выходной уровень Е, источника 4 увеличится по модулю на величину 4Е . При этом скорость изменения выходного сигнала интегратора

11 во втором такте интегрирования увеличивается на величину, компенсирующую смещение N, характеристики аналого-цифрового преобразователя, После окончания первого такта интегрирования при нулевом входном сигнале АЦП на выходе коммутатора 5 устанавливается калибровочный сигнал (фиг.Зп). Смена состояния коммутатора

5 происходит при воздействии второго импульса (фиг.3h). Производится преобразование калибровочного сигнала в соответствующий цифровой эквивалент

N (фиг.ЗЬ), Разность l„-N полученная на выходе вычитающего блока 18 20 (фиг.2), заносится в ЦАП 13 по сигналу с выхода элемента И 32 (фиг,2v).

Промежуток времени между моментом срабатывания триггера 26 и ближайшим следукнцим положительным фронтом им- 25 пульса после срабатывания триггера, переключающим счетчиком 17 необходим для формирования разности N -N, где

N — - калибровочная точка прибора (константа на входной шине 20), а N результат преобразования калибровочного сигнала. Если, например, N (N, то на выходе вычитающего блока 18 устанавливается положительное число, которое заносится в ЦАП 13. В данном

35 случае выходной уровень + Е источника 3 увеличивается на величину лЕ . (фиг.3y). Скорость изменения выходного сигнала интегратора 11 в первом такте интегрирования при нулевом 4> входном сигнале увеличивается на величину, компенсирующую мультипликативную погрешность преобразования.

При этом нулевое смещение, установленное в цикле коррекции аддитивной погрешности (установка нуля), становится положительным и равным 4И,.

Для автоматической компенсации этого смещения служит блок 15 согласования уровней напряжения, который определяет знак и величину изменения выходного напряжения источника 4 в зависимости от изменения выходного напряжения источника 3. Это происходит следующим образом.

В момент времени начала действия импульса записи в ЦАП 13 (фиг.37) изменение выходного напряжения источника 3 (Ес на фиг.ЗУ) передается на

4 выход источника 4 с соответствующим коэффициентом передачи, что приводит к изменению его выходного напряжения на величину (4Е,) коррекции (фиг.Зх), компенсирующую смещение N . Таким образом, введение в преобразователь блока 15, новых связей позволяет осуществить автоматическую коррекцию погрешности за два измерительных цикла

АЦП: первый цикл — установка нуля, второй цикл — калибровка с коррекцией установки нуля без использования измерительного цикла °

34372

5 13 ра, третий информационный вход которого объединен с вторым информационным входом второго коммутатора и под. ключен к шине нулевого потенциала„ а выход подключен к второму выводу пер" вого резистора, первый вывод которого через второй резистор подключен к входу блока согласования уровней напряжения, шестой и седьмой выходы блока управления соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго коммутатора, третий информационный вход которого через третий резистор подключен к выходу источника опорного напряжения, четвертый информационный вход через четвертый резистор подключен к выходу нуль-органа, восьмой выход блока управления под" ключен к счетному входу счетчика, выход переполнения которого соединен с третьим управляющим входом второго коммутатора и с вторым входом блока управления, а выходы являются выходной шиной преобразователя и соединены соответственно с первыми входами вычитающего блока, вторые входы которого являются входной шиной калибровочной константы, выходы цифроаналогового преобразователя калибровки и циАроаналогового преобразователя установки нуля соединены с входами источника напряжения смещения нуля и источника опорного напряжения соответственно. !

2. Преобразователь по п.3, о тл и ч а ю шийся тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, счетчик периода коррекции, делитель частоты, дешифратор, пять D-триггеров, три элемента И, два элемента И-НЕ, пять инверторов и блок сброса, выполненный на резисторе, конденсаторе и инверторе, выход которого соединен с входом. сброса счетчика периода коррекции, первые выводы . резистора и конденсатора и вход ин-: вертора объединены, а вторые выводы резистора и конденсатора подключены к шинам единичного и нулевого потенциалов соответственно, а первый вывод резистора подключен к первому входу первого элемента И-НЕ, выход которого соединен с R-входами первого и второго D-триггеров и входом сброса делителя частоты, счетный вход которого соединен с выходом первого элемента И, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами дешифратора, первый и второй выходы которого являются четвертым и первым выходами блока управления соответственно, третий выход через первый инвертор соединен с вторым входом первого элемента И, а четвертый выход является пятым выt ходом блока управления н соединен с

1О первым входом второго элемента И и через второй инвертор - с С-входом третьего D-триггера, S- u D-входы которого подключены к шинам нулевого и единичного потенциалов соответственно„ а выход соединен с D-входом четвертого D-триггера, S-вход которого подключен к шине нулевого потенциала, R-вход объединен с R-входом третьего D-триггера и подключен к выходу третьего элемента И, который является вторым выходом блока управления, выход четвертого D-триггера подключен к первому входу третьего элемента И, а С-вход объединен с вторым входом второго элемента И, R-входом пятого

D-триггера и подключен к его инверсному выходу, который является седьмым выходом блока управления, первый вход блока управления через третий инвер" тор подключен к 0-входу пятого. Dтриггера, прямой выход которого соединен с первым входом второго элемента И-НЕ, а С-вход соединен с инверсным выходом генератора тактовых импульсов, прямой выход которого соединен с вторым входом третьего элемента

И и является восьмым выходом блока управления, вшорой вход блока управления соединен с S-входом пятого Dтриггера, .со счетным входом счетчика периода коррекции, через четвертый инвертор - с вторым входом второго элемента И-НЕ, а через пятый инвертор — с первым входом первого элемента И и с С-входом второго D-триггера, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И, S-вход объединен с S-входом первого D-триггера и подключен к,шине нулевого потенциа50 ла, а D-вход соединен с выходом первого D-триггера, D-вход которого подключен к шине единичного потенциала, а С-вход — к выходу счетчика периода коррекции, выход второго элемента

И-НЕ является шестым выходом блока

55 управления, выходвторого элементаИ является третьимвыходом блокауправления

3, Преобразователь по п,1, о т— л и ч а ю шийся тем, что блок

7 1334372 8 согласования уровней напряжения вы- ственно, первый вывод второго резисполнен на стабилитроне и двух резис — тора подключен к отрицательной клемторах причем катод стабилитрона и ме источника питания, анод стабилитУ первый вывод первого резистора явля- рона и вторые выводы резисторов объе5 ются входом и выходом блока соответ- динены.

1334372

Редактор И.Касарда

Подписное

Заказ 3980/57 Тираж 901

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_(-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп. Проектная, 4 и 0 р а

g 0

r» 0

О

+Е

Ф 0

Составитель 3,Моисеенко

Техред В.Кадар . Корректор Л.Бескид