Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управления и устройствах обработки аналоговой информации. Цель изобретения - повышение точности преобразования в области малых входных токов путем уменьшения частоты переключения ключей формирователя нормированных импульсов обратной связи. Преобразователь содержит источник 1 входного тока, интегрирующий элемент 2, мостовой коммутатор, выполненный на ключах 3 - 6, источник 7 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор 8, включающий операционный усилитель 9, резистор 10 и конденсатор 11, компаратор 12, тактовый генератор 13, триггеры 14, 15, элементы И 16, 17. Совокупность перечисленных элементов образует преобразователь ток - частота. Имеется также преобразователь 18 частоты в код, состоящий из счетчика 19 временного интервала, реверсивного счетчика 20 и регистра 21 выходного кода. В аналого-цифровом преобразователе путем изменения логики работы ключей мостового коммутатора достигнуто уменьшение количества электричества, протекающего через интегратор при подключении источника эталонного тока, и частоты импульсов по каждому выходу преобразователя ток - частота без изменения в целом масштаба преобразования входного тока в выходной код. 1 з.п. ф-лы., 3 ил.

ССФОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК щ) Н 03 M 1/60

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ AEHT СССР (21) 4443844/ 24-24 (22) 20,04.88 (46) 23.08.90.Бюл. и 31 (72) В.С.Малов (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1277400, кл. Н 03 М 1/60, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 1451863, кл. Н 03 M 1/60, 1986. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в автоматических системах управления и устройствах обработки аналоговой информации, Цель изобретения — повышение точности преобразования в, области малых входных токов путем уменьшения частоты переключения ключей формирователя нормированных импульсов обратной связи, Преобразователь содержит источник 1 входного тока, интегрирующий элемент 2, мостовой ком-. мутатор, выполненный на ключах 3 — 6, „„SU» 15 76 4 А1

2 источник 7 эталонного тока, интегрирующий усилитель-сумматор 8,.включающий операционный усилитель 9, резистор 10 и конденсатор 11, компаратор 12

12, тактовый генератор 13, триггеры

14, 15, элементы И 16, 17. Сококупность перечисленных элементов образует преобразователь ток-частота, Имеется также преобразователь 18 частоты в код, состоящий из счетчика 19 временного интервала, реверсивного счетчика 20 и регистра 21 выходного кода.

В аналого-цифровом преобразователе путем изменения логики работы ключей мостового коммутатора достигнуто уменьшение количества электричества, протекающего через интегратор при 19 подключении источника эталонного тока, и частоты импульсов по каждому выходу преобразователя ток-частота беэ иэ- С менения в целом масштабе преобразования входного тока в выходной код.

1 з.п. ф-лы. 3 ил.

1587634

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в устройствах автоматики и вычислительнои техники для преобразования анал— огового сигнала в цифровой код.

Цель изобретения — повышение точности преобразования, На фиг.1 представлена функциональная схема аналого-цифрового преобра- 10 зователя; на фиг.2 и 3 — временные диаграммы.

Устройство содержит источник 1 ,входного тока, интегрирующий элемент ,2 формирователь импульсов бипопярно,го эталонного тока, выполненный на мостовом коммутаторе, на ключах 3 — 6

:и источнике 7 эталонного тока, интег рирующий усилитель-сумматор 8,содержащий операционный усилитель 9, ре- 20 зистор 10 и конденсатор 11, компаратор 12, тактовый генератор 13, первый 14 и второй 15 триггеры, первый

16 и второй 17 элементы И, преобразователь 18 частоты в код, состоящий 25 из счетчика 19 временного интервала, реверсивного счетчика 20 и регистра

21 выходного кода, Совокупность элементов 1 — 17 образует преобразователь ток-частота, ЗО

На фиг.2 и 3 обозначены: 2а,За— импульсы тактового, генератора 13; 2б, 2з, Зб, Зк — эпюры выходного напряжения интегрирующего элемента; 2в, 2и, Зд, Зн — выходные импульсы компаратора 12 2г, Зе — импульсы на прямом выходе триггера известного устройства; 2д. 2м, Зж, 3p — выходные им-, пульсы формирователя импульсов биполярного эталонного тока; 2е, 2н, Зз,, Зс — импульсы на первом выходе преобразователя ток-частота; 2ж, 2о, Зи, Зт — импульсы на втором выходе преобразователя ток-частота; 2к, 3o — выходные импульсы на прямом выходе первого триггера предлагаемого устройства; 2л, Зп — выходные импульсы на прямом выходе второго триггера предлагаемого устройства; Зв, Зл — зпюры выходного напряжения интег5Î рирующего усилителя-сумматора; Зг, Змнапряжение на выводах конденсатора 11.

Временные диаграммы 2б-2ж раскрывают процесс преобразования входного тока Х „ =+1/9 I0 в известном устройстве, где J — номинал тока эталонного источнйка 7.

Временные диаграммы 2з — 2о раскрывают процесс преобразования входного тока I8 = + 1/9 Iî в предлагаемом устройстве.

Временные диаграммы Зб-Зи раскрывают процесс преобразования входного тока I „ = †.5/6 I o в известном устройстве.

Временные диаграммы Зк-Зт раскрывают процесс преобразования входного тока I „ = -5/6 Io в предлагаемом устройстве, Преобразование входного тока в выходной код основано на принципе сравнения интегралов от входного и нормированных импульсов эталонного тока, формирователя импульсов обратной связи. Разность частот по двум выходам преобразователя ток-частота пропорциональна величине и знаку входного тока. Преобразователь 18 производит подсчет выходных импульсов преобразователя ток-частота и преобразование их в код, пропорциональный входному току, В у<.тройстве интегрирующий элемент

2, интегрирующий усилитель-сумматор 8, компаратор 12, формирователь импульсов биполярного эталонного тока на элементах 3 — 7, 14 и 15 и тактовый генератор 13 образуют следяющую управляющую систему с замкнутой петлей импульсной обратной связи типа дельтасигма модулятора, в которои происходят автоколебания с частотой, кратной частоте тактового генератора 13, Заряд интегрирующего элемента 2 образуется под действием тока, определяемого алгебраической суммой входного тока и импульсов тока формирователя обратной связи, 1

Первый 14 и второй 15 триггеры образуют сдвиговый регистр, при этом импульсы на выходе второго триггера сдвинуты вправо относительно импуль"сов на выходе первого триггера на величину периода Т тактовой частоты генератора !3, Управляющие входы ключей 3 и 4 подключены к прямому и инверсному выходам первого триггера

14, а управляющие входы ключей 5 и

6 — к прямому и инверсному выходам второго триггера 15 соответственно.

Ключи 3 - 6 мостового коммутатора включаются при наличии на соответствующем управляющем входе лог."0", а выключаются лог."1". При таком включении входов ключей мостового коммутатора формирователь импульсов бипо35

В области малых входных токов в каждой точке изменения состояния формирователя одновременно могут переключаться только два ключа мостового коммутатора, так как моменты переключения первого и второго триггеров разнесены во времени. В известном устройстве в каждой точке изменения состояния формирователя одновременно 5О переключаются все четыре ключа мостового коммутатора. При этом диапазон изменения амплитуды импульсов эталонного тока в каждой точке переключения формирователя уменьшается до значения Х н предлагаемом устройстве против 2 1 в известном преобразователе.

Описанное построение формирователя уменьшает потери переключения ключей

) 58763 лярного эталонного тока приобретает три возможных состояния.. В перном состоянии первый и второй триггеры имеют на выходе сигналы, соответствующие лог."1", при этом ключи 4 и 6 включены, а ключи 3 и 5 выключены и формирователь обеспечивает импупьс тока положительной полярности. В ситуации, когда первый триггер имеет на выходе лог."0", а второй триггер лог,")", формирователь находится в состоянии паузы или нулевого тока, так как при этом ключи 4 и 5 оказываются выключенными, а источник 7 15 эталонного тока замыкается через включенные ключи 3 и 6, В третьем состоянии первый и второй триггеры имеют на выходе лог."0", при этом ключи

3 и 5 включены, а ключи 4 и 6 выклю- 20 чены и формирователь обеспечивает импульс тока отрицательной полярности.

В ситуации, когда первый триггер имеет на ныходе лог."1", а второй триггер лог,"0", формирователь также находится в состоянии паузы, так как при этом ключи 3 и 6 оказываются выключенными, а источник 7 эталонного тока замыкается через включенные ключи 4 и 5 (фиг.2 и 3), 30

В предлагаемом устройстве формирователь нормированных импульсов обратной связи может изменить полярность импульсов эталонного тока последовательно во времени только че— рез состояние паузы или нулевого тока, длительность которой определяется задержкой сигнала управления ключами 3 — 6 в регистрах 14, 15 и в данном случае равна Т,-. 40

6 мостового коммутатора, что в целом позволяет уменьшить нулевой выходной код и "зону нечувствительности преобразонателя н области малых входных токов.

Наличие состояние паузы формирователя определяет трапецевидную форму выходного напряжения интегратора для входных токов в области lI 8„ )(0,5 < хХ (фиг.2з). Для входных токов в области 0,5 То < 6х (< о выходное напряжение интегратора имеет пилообразную форму (фиг.Зк)..В последнем случае измеряемый входной ток уравновешивается импульсами эталонного тока только одной противоположной полярности (фиг.Зр), Частота антоколебаний напряжения интегратора максимальна в области малых токов и минимальна на краях диапазона входных токов для I? Нх) близких к I . Преобразователь ток0 частота работает так, что входной ток непрерывно проследивается при помощи квантонанного сигнала в цепи обратной связи. Двоичная последовательность на входе триггеров модулируется по закону дельта-сигма модуляции и однозначно отображает величину и знак входного тока. Среднее; значение входного тока с высокой точностью равно среднему значению импульсов эталонного тока за много периодов тактовой частоты.

Интегрирующий усилитель-сумматор 8 имеет передаточную характеристику

M(p) = )+)/р-с R.

Работа компаратора 12 по сумме нап ряжения U интегратора 2 и напряжения

Бс, пропорционального интегралу от U и выделяемого на выводах конденсатора 11,позволяет непрерывно чувствовать постоянную составляющую

Ф заряда интегратора 2 и автоматически сводить ее к нулю во всем диапазоне входных токов (фиг.Зк-м).Автоматическое уравновешивание заряда интегратора 2 от входного тока и импульсов эталонного тока формирователя повышает линейность преобразования, зависящую от величины и знака входного тока, и дополнительно уменьшает зону нечувствительности преобразователя в области малых входных токов, определяемую сопротивлением утечки интегратора, и параллельно подключенных к нему элементов.

1587634

Выходные элементы И 16 и 17 преобразователя ток-частота фиксируют

Моменты времени, в которые формирова" тель выдает импульсы эталонного тока соответственно положительной и отри1 цательной полярности.

По сравнению с известным устройством количество эталонного электриче—

| ства, перекачиваемого через интегра-- .10 тор в области малых токов, и частота мпульсов по каждому выходу f u преобразователя ток-частота уменьшак тся в два раза. Однако это не приво-! дит к изменению коэффициента передачи предлагаемого аналого-цифрового . ! преобразователя, так как выходная инормация, пропорциональная величине

: знаку входного тока, заключена в разности числа импульсов по двум вы1

1 одам Я, и преобразователя токчастота исходя из соотношения

,х/т, = Н/ =И.— )И: т

Преобразователь 18 производит подсчет разности числа импульсов по вум выходам f, и f за интервал обремени, определяемый счетчиком 19

1 утем отсчета заданного числа тактовых импульсов. Число, полученное в реверсивном счетчике 20 за это время, Пропорционально среднему значению входного тока и может быть использо вано в качестве выходного кода, определяемого из отношения 35 бх в х б где 11 — значение выходното кода х реверсивного счетчика 20;

М вЂ” объем счетчика 19 времен, о

40 ного интервала.

В предлагаемом устройстве может быть применен сдвиговый регистр, состоящий из двух и более триггеров.

В этом случае управляющие входы клю45 чей 5 и 6 и соответствующие входы элементов И 16 и 17.должны быть подключены к соответствующим выходам последнего триггера сдвигового регистра. Такое построение увеличит длительность пауз или нулевого тока форми50 рователя и уменьшит количество эталонного электричества, проходящего через интегратор.

Формула и з о б р е т е н и

1.Аналого-цифровой преобразователь> содержащий источник входного тока, вы коды которого объединены с соответствующими выводами интегрирующего элемента, выполненного на конденсаторе, с соответствующими выходами формироФ вателя импульсов биполярного эталонного тока, выполненного на мостовом коммутаторе и источнике эталлонного тока, включенном в первую диагональ мостового коммутатора, выводы второй диагонали которого является соответствующими выходами формирова— теля импульсов биполярного эталонного тока, к которым подключены соотве-.— ственно первый и второй входы интегрирующего усилителя-сумматора, второй вход которого объединен с первым входом компаратора, а выход соединен с вторым входом компаратора выход которого соединен с D-входом первого

D-триггера, С-вход которого подключен к выходу тактового генератора, прямой выход соединен с первым управляющим входом мостового коммутатора и первым входом первого элемента И, инверсный выход соединен с вторым управляющим входом мостового коммутатора и первым входом второго элемента И, вторые входы первого и второго элементов

И объединены и подключены к выходутактового генератора, а выходы элементов И являются первым и вторым частотным выходами преобразователя, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены второй D-триггер и преобразователь частоты в код, при этом D-вход второго D-триггера подключен к прямому выходу первого D-триггера, С-вход — к выходу тактового генератора, прямой выход — к.третьему управляющему входу мостового коммутатора и третьему входу первого элемента И, инверсный выход — к четвертому управляющему входу мостового коммутатора и третьему входу второго элемента И,причем выходы первого и второго элементов И подключены соответственно к первому,и второму счетным входам преобразователя частоты в код, тактовый вход которого соединен с выходом тактового генератора, а выход является цифровой выходной шиной, 2. Преобразователь по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что преобразователь частоты .в код выполнен на счетчике временного интервала, реверсивном счетчике и регистре выходного кода при этом первый и второй счетР ные входы преобразователя частоты в код являются соответственно входами

1587634 прямого и обратного счета реверсивного счетчика, вход установки нуля которого подключен к выходу счетчика временного интервала и объединен с входом синхронизации регистра выходного кода, информационные входы которого подключены к соответствующим выходам реверсивного счетчика, а выходы являются выходами преобразователя частоты в код, тактовый вход которо5 го является тактовым входом счетчике временного интервала.

1587634 л

f6gg ,ь

Составитель Б.Махнанов

Редактор С.Пекарь Техред JI.Сердюкова Корректор И, Кучерявая

Заказ 2427 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета пс изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101