Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для создания высокоточных средств измерения. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Введение в известное устройство третьего ключа 7, вход которого соединен с входом второго ключа 6, выходомнульоргана 4 и входом устройства 9 управления , а выход - с четвертыми входами первого 1 и второго 2 интеграторов , позволило значительно повысить точность преобразования за счет устранения накопления погрешности квантования. 2 з.п. ф-лы,5 ил. сл zj ОО 4 СП 00 4 СЛ фие.1

COl03 СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„345345 А1 (51) 4 Н 03 Г1 1/42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АSTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

@ax

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4051000/24-24 (22) 03.03.86 (46) 15.10.87. Бюл. № 38 (7 1) Пензенский политехнический институт (72) Э.К.Шахов, О.А.Гольппевский

В.Д.Г1ихотин и Н.Н.Ковалев (53) 681.325(088.8) (6) Патент США № 3745556, кл. Н 03 К 13/02, 1975.

Авторское свидетельство СССР

¹ 739731, кл. H 03 M 1/52, 1980. (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для создания высокоточных средств измерения. Целью изобретения является повышение точности преобразования. Введение в известное устройство третьего ключа 7, вход которого соединен с входом второго ключа 6, выходом нульоргана 4 и входом устройства 9 управления,а выход — с четвертыми входами первого 1 и второго 2 интеграторов, позволило значительно повысить точность преобразования за счет устранения накопления погрешности квантования. 2 з.п. ф-лы,5 ил.

1 1345345 2

UoR n

l1 R Ф

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения высокоточных средств измерения.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства;на фиг. 2 — временные диаграммы;на фиг. 3 -схема устройства управления; на фиг. 4— временные диаграммы его работы; на фиг. 5 — преобразователь интервалов времени в код.

Устройство содержит интеграторы

1 и 2, неинвертирующий усилитель 3, нуль-орган 4, ключи 5,6 и 7, генератор 8 тактовых импульсов, устройство

9 управления, преобразователь 10 ин тервалов времени в код, резисторы

11-18, конденсатор 19, Устройство управления содержит

D-триггеры 20 и 21 RS-триггеры 2224, формирователи 25-28 импульсов, инвертор 29, счетчик 30 импульсов, элементы И 31-33, выход последнего является четвертым выходом устройства управления, первый вход устройства управления соединен с D-входом

D-триггера 20, к второму входу устройства управления подключены С-вход

D-триггера 20, третий вход устройст-. ва управления соединен с входом инвертора, 29, выходы RS-триггеров 23 и 24 инвертора 29 и D-триггера 21 являются третьим, пятым, первым и вторым выходами устройства управления соответственно.

Преобразователь 10 интервалов времени в код (фиг. 5) содержит счетчики 34 и 35, дешифратор 36, формирователь 37 и регистр 38 выходного кода.

Работу преобразователя рассмотрим начиная с момента t (фиг. 2 и 4 врео менные диаграммы), учитывая при этом что преобразуемое U„ и опорное Up напряжения положительны. По аналогии с известным преобразователем на интервале (t p; t,g заканчивается процесс двухтактного интегрирующего преобразования вольт-секундной площади импульса, значение которой пропорционально среднему значению входного напряжения предыдущего (i-1)-ro цикла преобразования. В момент t выходное напряжение интегратора 2 переходит нулевой уровень, при этом интервал ЛТ, = t,-t представляет roбой истинный результат. преобразования. Однако в том случае, когда результаты преобразования должны суммироваться, необходима операция кванто,) вания информативных интервалов времени. Поэтому (i-1)-й информативный интервал заканчивается не в момент а в момент t, соответствующий появлению первого после момента

1 перехода выходным напряжением интегратора 2 нулевого уровня - импульса квантующей частоты. Интервал времени At равный

К1-1!

15 г 4Т;, — AT>.

1-1 1-1 и представляет собой абсолютную погрешность квантования (i-1)-ro информативного интервала времени.

В момент времени t < по сигналу с устройства управления замыкается ключ и на вход интегратора 2 наряду с опорным напряжением U nocтупает выходное напряжение U „ нуль25 органа 4 отрицательной полярности (фиг. 2, эпюра d), соответственно через резисторы 11 и 12. Выходное напряжение интегратора 2 на интервале (С ) изменяется по закоз

V „2(t) R С (Д К. " 2 ) 1 .19

f ()

12 Ь

I где U„ — напряжение на выходе ключа

7 (за вычетом падения нап" ряжения на сопротивлении замкнутого ключа, оно равно напряжению насыщения неинвертирующего усилителя) имеющее место в течение интервала времени длительностью At .

45 В момент времени t нуль-орган 4 выходит из насыщения,в результате чего начинает действовать отрицательная обратная связь через открытий ключ 7 и резистор 12, охваты50 вающая последовательно включенные интегратор 2 и неинвертирующий усилитель, По окончании переходного процесса, длящегося короткое время,на

5В выходе ключа 7 устанавливается напряжение обратной связи

1345345 которое остается неизменным до окончания некоторого интервала времени 8 начало которого (левая граница) соответствует моменту замыкания .5 ключа 7, а длительность задается заранее и кратна целому числу периодов Т „ квантующей частоты, т.е. 8,.=

= mTK (к нашем случае m = 2).

Начиная с момента t, на выходе

3 интегратора 2 устанавливается напряжение (!

U„(t)=- ", ty t.

"2

С учетом большого значения коэффициента К можно полагать,что

U (C ) «» О, 20 т.е., приравнивая выражение (1) нулю, найдем

+ zt;„), где щ При надлежащем выборе сопротивлений R111, R 12 и R1 мОжнО пОлучить

35 dT - - — — 1 — (dt

UR R„

U R R

1Ь

+ 8о) + 4 к

Функция преобразования устройства, 40 значение суммарного интервала аТ, равного сумме информативных интервалов d T;, представляющих собой результаты преобразования в каждом из и частных циклов длительностью

45 Т,, имеет вид

C 12 (+ g )

U R

К„„

1-1 о

О 16 .(7

+ dt1 + dt

Yl h где 4(. — погрешность ква1(това1 к

55 ния последнего интервала времени из предыдущих п суммируемых отдельных результатов преобразования.

Анализ выражения показывает,что при суммировании и результатов От(UoR

V„qe., = — -ф — - (ле,.

11 — момент времени, в который напряжение U „ (t) достигает нулевого уровня.

Общая площадь сигнала на выходе ключа 7

U t; „+ U„(8, — dt, ) В момент t4 размыкается ключ 7 и по прошествии одного периода Т к квантующей частоты замыкается ключ

6, который остается замкнутым до момента t, соответствующего началу нового цикла преобразования на интеграторе 2. Таким образом, в момент интегратор 2 находится в начальном состоянии (нулевое напряжение на выходе).

Разнесение по времени управляющих сигналов ключей 6 и 7 необходимо для предотвращения искажения формы импульса на выходе ключа 7, которое вызовет изменение его вольт-секундной площади. 3а это короткое время когда оба ключа разомкнуты,происходит интегрирование опорного напряжения U 0, поскольку полученный в результате этого импульс эа короткое время отрабатывается э амкнутым контуром: интегратор 2 — неинвертирующий усилитель — замкнутый ключ 7 резистор 13.

Вольт-секундная площадь импульса, полученного на выходе ключа 7,пропорциональна погрешности квантования и может быть использована для коррекции последней путем передачи этого импульса через резистор 14 на выход интегратора 1.

Процесс преобразования, происходящий в устройстве с учетом влияния полученного на выходе ключа 7 импульса, идентичен процессу преобразования, имеющему место в известном устройстве, .е. выражение для i.-ro результата преобразования

ДТ UXR75 R11 Т R <5 R 11 Т

UOR1ьЯ17 R 18R 17

Т R R

2 R R

Ц 1Х 12 (дЕ В) + дС к;

11 1Ф

5 1345345 б вания имеет вид п

0 16 17 пТц

R, R„„„3

R R " 4

Ч дельных преобразований за время пТ общая погрешность квантования определяется лишь погрешностью квантования последних и-х информативных интервалов времени, т.е. в отличие от известного устройства в предлагаемом не происходит накопления погрешности квантования, максимальные значения которой составляет 2Т и пТ для предлагаемого и известного устройств соответственно. Таким образом снижают влияние данной погрешности на результат преобразования (при суммировании и отдельных результатов) в и/г раз..

При определении погрешности квантования не учитывалась постоянная добавка и 8, к суммарному результату преобразования, поскольку в случае необходимости она может быть просто исключена введением поправки.

Данную поправку наиболее целесообразно ввести на этапе преобразования суммы информативных интервалов времени в код. Устройством,осуществляющим такое преобразование, является двоичный счетчик с предустановкой (фиг. 5). На входы предустановки D) D „ счетчика 34 заранее подается код, соответствую1 п8o Nñ и 8 — число импульсов квантующей частоты, которое определяет размер постоянной добавки, возникающей при суммировании и отдельных результатов промежуточного преобразования, N — емкость счетчика.

Счетчик 35 определяет количество и суммируемых отдельных результатов преобразования, которое задается подключением входа формирователя

37 к соответствующему п-му выходу дешифратора 36. Выходной сигнал формирователя обнуляет счетчик 34 и регистр 38 и предустанавливает счетчик 34 в состояние, соответствующее коду Nc — n m на его выходе.Суммарный результат преобразования хранится в регистре 38.

Устройство обладает способностью преобразовывать напряжение U обеих полярностей. Для этого необходимо выбирать значения резисторов из соотношения

В этом случае функция преобразопТц

4 K „ ñ

10 и в зависимости от знака Г суммарный интервал уменьшается или увеличивается относительно своего начального значения, равного

Формула изобретения

1. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый и второй интеграторы, усилитель, нуль-орган, первый и второй ключи, 25 генератор тактовых импульсов, устройство управления, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго ключей соответственно, первый вход перво30 го интегратора является входной шиной, второй вход первого и первый вход второго интеграторов объединены и являются шиной опорного напряжения, выход первого интегратора сое35 динен с неинвертирующим входом усилителя,выход которого через первый ключ соединен с третьим входом первого и вторым входом второго интеграторов, выход второго интегратора

40 соединен с первым входом нуль-органа, выход которого подключен к первому входу устройства управления и через второй ключ соединен с третьим входом второго интегратора, выход гене45 ратора тактовых импульсов соединен с вторым входом устройства управления, второй вход нуль-органа и инвертирующий вход усилителя подключены к общей шине, о т л и ч а ю щ и йс я тем,что, с целью повышения точности,в него введены преобразователь временных интервалов в код и третий ключ, информационный вход которого соединен с выходом нуль55 органа,а выход — с четвертыми входами первого и второго интеграторов, второй выход генератора тактовых импульсов соединен с третьим входом устройства управления, третий выход

t3453 которого соединен с управляющим входом третьего ключа, входы преобразователя .интервалов времени в код соединен с четвертым и пятым выхода5 ми устройства управления соответственно, а выходы являются выходной шиной.

2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем,что устрой- tð ство управления выполнено на первом и второмD-триггерах,инверторе,первом втором и третьем элементах И, первом, втором, третьем и четвертом формирователях импульсов, счетчике импульсов и первом, втором и третьем RSтриггерах, причем D-вход первого Dтриггера является первым входом устройства управления, С-вход — третьим входом устройства управления и 20 объединен с первыми входами первого, второго и третьего элементов И соответственно, а инверсный выход — с вторым входом первого элемента И и входом первого формирователя импуль- 25 сов, выход которого соединен с Sвходом первого RS-триггера и R-вхо-. дом второго RS-триггера, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и является пятым выхо- д дом устройства управления, выход первого элемента И подключен к счетному входу счетчика импульсов, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с R-входом

3 „ первого RS-триггера, прямой выход которого через третий формирователь импульсов соединен с R-входом третьего RS-триггера и является третьим выходом устройства управления,а ин- 4 версный выход соединен с D-входом

45 8 второго D-триггера, С-вход которого соединен с выходом второго элемента

И, а R-вход объединен с S-входом второго RS-триггера и подключен к выходу четвертого формирователя импульсов, вход которого объединен с

Б-входом третьего RS-триггера, является первым выходом устройства управления и подключен к выходу инвертора,вход которого является вторым входом устройства управления,инверсный выход третьего RS-триггера соединен с вторым входом второго элемента И, выход второго D-триггера является вторым выходом устройства управления, выход третьего элемента

И является четвертым выходом устроиства управления.

3. Преобразователь по п. t> о тл и ч а ю шийся тем,что преобразователь интервалов времени в.код выполнен на двух счетчиках,дешифраторе, формирователе и регистре, выходы которого являются выходом блока,информационные входы соединены с выходами первого счетчика соответственно, вход сброса объединен с синхронизирующим входом и входом сброса первого счетчика, входом сброса второго счетчика и через формирователь подключен к выходу дешифратора, входы которого подключены к выходам второго счетчика соответственно, счетный вход которого является вторым входом блока, первым входом которого является счетный вход первого счетчика, информационные входы которого соединены с шинами начальной установ ки кода.

134534 )

II

Il

Ю

rreZ

Рп иу

upacreo

um /

1345345 йгbynb инта).Рт

Составитель В.Махнанов

Редактор M.Håäoëóæåíêo Техред И.Попович

Корректор С.Черни

4932/55 Тираж 899

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Заказ

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