Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем

 

Изобретение относится к области вычислительной, информационно-измерительной и телеметрической техни- / ки, а более конкретно, - к аналогодискретным преобразователям сигналов. В устройство, содержащее компаратор 1, регистр 13 последовательного приближения , цифроаналоговый преобразователь 8, индикатор 9 окончания переходного процесса, формирователь 10 импульсов, первый 12 и второй 16 элементы И, с целью повьшения технологической надежности введены два делителя 2 и 4 напряжения, конденсатор 5, генератор 6, элемент ИЛИ 14, счетчик 17 импульсов и элемент НЕ 18. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) ся) 4 Н 03 М 1/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H Д BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4058131/24-24 (22) 16.04.86 (46) 15.01.88.Бюл. У 2 (72) В.Б.Масленников и Е.Ф.Колесник (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1078608, кл. Н 03 M 1/10, 1984.

Авторское свидетельство СССР

1(839045, кл. Н 03 M 1/10, 1981. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С САМОКОНТРОЛЕМ (57) Изобретение относится к области вычислительной, информационно-измерительной и телеметрической техниЮ ки, а более конкретно, — к аналогодискретным преобразователям сигналов.

В устройство, содержащее компаратор

1, регистр 13 последовательного приближения, цифроаналоговый преобразователь 8, индикатор 9 окончания переходного процесса, формирователь 10 импульсов, первый 12 и второй 16 элементы И, с целью повышения технологической надежности введены два делителя 2 и 4 напряжения, конденсатор

5, генератор 6, элемент ИЛИ 14, счетчик 17 импульсов и элемент НЕ 18.

2 ил.

67155 2

Частота U определяется быстродействием компаратора 1 из соотношения

f + -х- m

5 где „- время задержки компаратора.

Требуемая амплитуда U„устанавливается делителем 4 напряжения и должна составлять величину равную весу младшего разряда преобразователя. Постоянная составляющая д„, отделяется конденсатором 5. В ходе преобразования производится формирование тактовых импульсов при помощи

1г индикатора окончания переходных процессов 9 и формирователя 10 импульсов. В начале текущего такта преобразования начинаются переходные процессы в ПКН 8, причем первый такт

2р ижщиируется извне сигналом "Пуск"., Bo время переходного процесса модуль производной U îòëè÷åí от нуля.

По завершении переходного процесса модуль скорости изменения U„ ñòå25 новится равным нулю, что регистрируется индикатором 9, который при этом разрешает работу формирователя 10 импульсов. Таким образом, очередной тактовый импульс формируется после д0 завершения переходных процессов текущего такта, т.е. длительность теку щего такта равна реальным задержкам в элементах преобразователя, следовательно, обеспечивается максимальная производительность в каждом такте преобразования. Тактовые импульсы поступают с выхода 11 и через элемент И 12 на вход регистра 13, чем вызывает инициацию следующего такта

40 преобразования. !

1 13

Изобретение относится к вычислительной, информационно»измерительной и телеметрической технике, а конкретно к аналого-дискретным преобразователям сигналов.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности, На фиг.l представлена функциональная схема преобразователя„ на фиг.2временная диаграмма его работы.

Преобразователь содержит компаратор 1, делитель 2 напряжения, входную шину 3, делитель 4 напряжения, разделительный элемент 5, выполненный на конденсаторе, генератор б,выход 7 цифроаналогового преобразователя 8, индикатор 9 окончания переходного процесса, формирователь 10 импульсов с выходной шиной 11, первый элемент И 12, регистр 13 последовательного приближения, элемент

ИЛИ 14, выходную шину 15, второй элемент И 16, счетчик 17 импульсов, элемент HE 18, шину 19 "Пуск", шину 20 "Исправно/готово".

Преобразователь работает следующим образом.

Сигнал "Пуск", поступающий по шине 19, устанавливает регистр 13 и счетчик 17 в исходное состояние, а задний фронт сигнала инициирует запуск регистра 13. Регистр 13 осуществляет выработку сигналов в соответствии с алгоритмом поразрядного уравновешивания, который заключается в установке текущего разряда, форми рования соответствующего этому разряду компенсирующего напряжения U при помощи ПКН 8 и сравнении компенсирующего напряжения U„ c измеряемым U> на компараторе 1, причем, если U > U„ то производится сброс текущего разряда регистра 13 и установка следующего разряда с меньшим весом, если U 6 U то производится установка следующего разряда без сброса текущего. Сравнение"U è U осуществляется токовым способом на резисторах делителя 2, при этом полярность U противоположна полярности U„ что достигается соответствующей запиткой ПКН 8. На первый вход компаратора 1 поступает напряжение модуляции U Напряжение модуляции

Ц формируется генератором б, форма колебаний которого может быть произвольной, не симметричной относительно среднего значения сигнала, В процессе преобразования производится контроль равновесия при помощи компаратора l, элемента И 16 и

4В счетчика 17. В случае равновесия на выходе компаратора 1 присутствует серии импульсов, следующих с частотой генератора 6, которые проходят через элемент И lá на счетный вход счетчика 17. Модуль счета счетчика

17 выбирается больше двух для того, чтобы схема контроля не реагировала на переходы компенсирующего напряжения через уровень измеряемого напря55 жения: число таких переходов в течение каждого такта при отсутствии равновесия не может превышать двух. В начале каждого такта счетчик 17 обнуляется тактовым импульсом, посту3 1367 пающим от формирователя 10 и проходящим через элемент ИЛИ 14, чтобы не происходило накопление переходных импульсов в течение нескольких тактов. Время задержки выбирается из

5 соотношения

1 с m ° сч м где ш - модуль счета;

f„- частота U для того, чтобы обеспечить требуемое время контроля для обнаружения наличия серии импульсов на выходе компаратора 1 в случае равновесия преобра- 15 зователя..

В неуравновешенном состоянии число импульсов на счетном входе счетчика 17 меньше модуля счета, поэтому его выход имеет значение "0". При этом на выходе инвертора 18 присутствует уровень "1", который разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 12 и контрольных импульсов через элемент И 16 °

В состоянии равновесия компаратор

1 формирует серию импульсов, которая, проходя через элемент И 16, подсчитывается счетчиком 17. При количестве импульсов в серии, равном модулю счета счетчика 17, его выход устанавливается в состояние "1", при этом формируется сигнал "Исправно/готово" на шине 20. Одновременно выход инвертора 18 приобретает значение "0", при 35 этом запрещается прохождение тактовых импульсов через элемент И 12,что приводит к останову преобразователя, а также запрещается передача импульсов от компаратора 1 через элемент 40

И 16, что фиксирует состояние счетчика 17 в положение "Исправно/готово".

Останов преобразователя происхо дит через минимально необходимое для уравновешивания число тактов преобра- 45 зования, поэтому быстродействие такого преобразователя имеет оптимальное значение, так как содержит минимум тактов, длительность которых равна реальным задержкам элементов схемы. 50

В процессе преобразования осуществляется непрерывный самоконтроль преобразователя. При этом отказы регистра 13, ПКН 8, индикатора 9,формирователя 10, элемента И 12 при- 55 водят к прекращению формирования очередного тактового импульса, и следовательно, не успевает сформироваться сигнал Исправно/готово". Отказы re155

4 нератора 6, конденсатора 5, делителя 4, компаратора 1, резисторов делителя 2, элемента И 16, элемента ИЛИ

14, счетчика 17 приводят либо к невозможности уравновешивания и отсутствию импульсов на выходе компаратора 1, либо к необнаружению серии импульсов у выхода компаратора 1 в случае равновесия, что также приводит к отсутствию сигнала лИсправно/ готово", Отказы элемента ИЛИ 14 и счетчика 17, выражающиеся в наличии сигнала |Исправно/rofово 1, обнаруживаются внешними элементами контроля, так как сигнал "Пуск" должен обязательно сопровождаться установкой сигнала "Исправно/готово" в состояние

1! 11

1 . Анализ схемы показывает, что при наличии отказов в преобразователе ур авно вешив ание либо вообще не возможно, либо возможно, но при э том по грешно сть преобразования не превышает веса младшего разряда пр ео бр аз оват еля . Схема контроля при этом адекв атно отражает техническое состояние преобразователя . Таким образом о бе спечив ае т ся достоверность пр еобр аз ов ания .

Преобразователь обладает высоким быстродействием вследствие сокраще ния количества тактов преобразования до минимально необходимого, а также увеличением достоверности преобразования вследствие охвата самоконтролем более высокого круга узлов преобразователя и введением прямого критерия исправности - наличия равновесия преобразователя.

Наличие глубокого самоконтроля делает возможным использование преобразователя в резервированных системах измерения высокой надежности, причем схема встроенного контроля позволяет создавать резервированные системы с более высокой надежностью и с меньшими аппаратурными затратами, чем, например, мажоритарные системы. Наличие самоконтроля увеличивает время готовности устройства даже в нерезервированных системах

В предлагаемом устройстве обеспечивается самоконтроль, позволяющий производить быструю и точную локализацию отказавшего устройства в соста" ве изделия. Кроме того, быстродействие предлагаемого устройства определяется реальными переходными процес- сами и составляет 12-15 мкс, тогда гот

Т + К/Тоби + Трем/

2000 + 1071,5 17 в случае использования АЦП с самоконтролем

Т

Т + К Т„„

2000 + 10 х 1

К гот!

Формула из обретения

Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем, содержащий первый и второй элементы И, компаратор, выход которого соединен с входом данных регистра последовательного приближения, информационные выходы которого соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразо5 13б7 как в базовом объекте время.преобразования одного такта выбрано максимально возможным (40 мкс) и полный процесс преобразования длится

450 мкс.

Кроме того, наличие самоконтроля позволяет повысить надежность базового объекта, в котором будет использован предлагаемый аналого-цифровой преобразователь. Нестационарный коэффициент средней готовности объекта, . являющийся одним из показателей.безотказности и ремонтопригодности,при среднем времени эксплуатации T=2000 ч, среднем времени поиска неисправности Т „ = 1,5 ч, среднем времени ремонта Т „ = 1 ч и при К = 10 преобразователей составляет: в случае использования АЦП без самоконтроля

155 е вателя и являются соответствующими выходными информационными шинами, выход цифроаналогового преобразователя через индикатор окончания переходного процесса соединен с формирователем импульсов, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения технологической надежности за счет увеличения глубины, контроля, в него введены первый и второй делители напряжения, генератор импульсов, разделительный элемент, выполненный на конденсаторе элемент ИЛИ, счетчик импульсов, элемент НК, вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, вход сброса которого подключен к выходу элемента ИЛИ, первый вход которого объединен с тактовым входом регистра последовательного приближения и соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу формирователя импульсов, а второй вход объединен с первым вхо25 дом второго элемента И, подключен к выходу элемента НК и является шиной

"Исправно/готово", выход генератора через конденсатор соединен с первым входом первого делителя напряжения, З0 второй вход которой является шиной нулевого потенциала, а выход подключен к первому входу компаратора,второй вход которого соединен с выходом второго делителя, первый вход которого является входной шиной, а второй

35 вход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу второго элемента И, второй вход

40 которого объединен с входом данных ре ги стра последовательного при ближения, вход запуска которого объединен с вторым входом элемента KIN и является шиной "Пуск".

1367155

Составитель Ю. Спиридонов

Техред Л. Сердюкова

Корректор Л. Пилипенко

Редактор T. Лазоренко

Заказ 6850/55 Тираж 928

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

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