Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначено для создания высокоточных аналогоцифровых преобразователей постоянного напряжения. Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается тем, что в интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий ,- преобразователь 1I интервал времени - код, блок 10 управления, блок 9 сравнения, интегратор 5, ключи 1-3, введены аналого-цифровой преобразователь 6, сумматор 7, регистр 8, цифроаналоговый преобразователь 12 и ключ 4. 2 з.п.ф-лы, 6 ил.

СООЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ПЯТ СССР,SU„,1640819

yg)g Н 03 И 1/52 (21) 4680794/24 (22). 18.04.89 (46) 07.04.91 ..Бюл. 1 13 (71) Пензенский политехнический институт (72) Э.К.Шахов и С.А.Слюсарев (53) 681.325(088.8) (56) Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. Киев: Вища школа, 1973, с.435-437.

Авторское свидетельство СССР

У 1405116, кл. Н 03 N 1/52, 1986. (54) ИНТЕГРИРУЮЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

2 (57) Изобретение относится к электро" измерительной технике и предназначено для создания высокоточных аналогоцифровых преобразователей постоянного напряжения. Изобретение позволяет повысить быстродействие. Это достигается тем, что в интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий-преобразователь 11 интервал времени — код, блок 10 управления, блок 9 сравнения, интегратор 5, ключи 1-3, введены аналого-цифровой преобразователь 6, сумматор 7, регистр >

8, цифроаналоговый преобразователь

12 и ключ 4. 2 s.ï.Ô-лы, 6 ил.

1640819

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для построения .высоко- точных средств измерений.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого преобразователя, на Фиг. 2 - Функциональная схема блока управления, на фиг. 3— функциональная схема преобразователя интервал времени-код, на фиг. 4— временная диаграмма работы преобразователя интервал времени-код, на

Фвг. 5 - временная диаграмма, поясняющая работу блока управления, на фиг. 6 - временная диаграмма работы преобразователя.

Преобразователь содержит ключи

1-4, интегратор 5, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 6, сумматор 7, регистр 8, блок 9 сравнения, блок 10 управления, преобразователь 1 1 интервал времени-код, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 12.

Блок управления содерзат генератор 13, триггеры 14-19, элементы

И 20-27, элементы ИЛИ 28, 29, одновибраторы 30-35, блок 36 сравнения, счетчики 37-39, делитель 40 частоты.

Преобразователь интервал времени.-код содержит элементы И 41-43, реверсшнный счетчик 44, элемент 45 задержки е

Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь работает следующим

ОбрйзОмi

В момент времени tt (фиг.6) на время Т сигналом с первого выхода блока 10 заьыкается ключ 1, подавая на вход интегратора 5 измеряемое напряжение. При этом ключи 2-4 разомкнуты. Выходное напряжение интегратора 5 измеряется АЦП б. В момент времени tg размыкается ключ 1 и замыкается ключ 2, в результате чего на вход интегратора подается образцовое напряжение . U . Одновременно в регистр 8 сигналом с восьмого выхода блоке 10 записывается код, представляющий собой увеличенное на2 единицы значение кода результата преобразования АЦП б в момент времени и . При этом значения шага кван тования АЦП 6 и шага квантования вы- ходного напряжения ЦАП 12 выбираются одинаковыми. да блока 10 заносится в реверсивный

45 счетчик 39 блока 10, где по описанному выше алгоритму формируется интервал Тч. В момент времени t8 размывается ключ 2 и замыкается ключ

3, соединяя вход интегратора с шинОй нулеВОгО пОтенциала дО Оконча» ния заданного интервала Те. Начиная с момента ty процесс работы преобразователя аналогичен процессу, имеющему место между моментами t,и .tg.

Информационные интервалы фТ,, Т Т», ВТ, фТ Формируются блоком 10 и кваитуются импульсами образцовой частоты в преобразователе

10 интервал времени-код, который фор10

При достижении накопленным интегралом значения, равного выкодндму напряжению ЦАП 12 (момент tg, срабатывает блок 9, в результате чего блок 10 Формирует на своем третьем выходе логический уровень, замыкающий ключ 3. При этом ключ 2 размывается и на вход интегратора 5 подается нулевой потенциал и в ин» тервале времени tg — t интегрируется только напряжение смещения е.

Следует заметить, что напряжение смещения е интегрируется на протяжении всего цикла преобразования.

В момент времени ty размыкается ключ 3 и замыкается ключ 4, чем достигается подача на вход интегратора 5 эталонного напряжения Ее на заданное время te после чего (момент времени t ) вновь интегрируется образцовое напряжение Уь до достижения накопленным интегралом значения выходного напряжения ЦАП

12 (момент Г4), Фиксируется блоком

9, по сигналу срабатывания которого блок 10 на своем четвертом выходе Формирует сигнал "сброс", приводящий интегратор 5 в исходное состояние (интегрирующий конденсатор разряжен). Начиная с момента

ty через замкнутый ключ 2 на вход интегратора 5 подается образцовое напряжение УО, которое интегрируется в течение времени Т, пропорци- онального значению накопленного интеграла за время Т при интегрировании измеряемого напряжения. Тк определяется из условия Ц»ТО= UoÒ, Информацию о значении накопленного интеграла при интегрировании Uy за время Т дает АЦП б, код с выхода которого по сигналу с восьмого выхо164 мирует на своем выходе результат преобразования в виде двоичного кода ЕЫ -С(Т„+ 4.Т," + Т,2) - (Т, +Т,) „ являющегося цифровым эквивалентом измеряемого напряжения Uy.

Результат преобразования считывается с первого выхода преобразователя интервал времени-код по сигналу

"готов" с второго выход последнего в момент времени

Блок управления. работает следующим образом.

Заданные интервалы Т и бо формируются счетчиками 37, 38 импульсов соответственно и равным времени от начала заполнения последних импульсами частоты fo до момента появления единицы на выходе старшего разряда счетчика.

Триггер 14 формирует сигналы

"Цикл 1" и "Цикл 2", имеющие длительности t — ty и С-7- t1g соответственно. Одновибраторы 30-34 формируют короткие импульсы по фронту входного сигнала, что необходимо для исключения запрещенных комбинаций на входах, связанных с указанными оДновибраторами логических элементов. Одновибратор 32 формирует заданный интервал to.

Временной интервал Tg формируется посредством реверсивного двоичного счетчика 39 путем вычитания из него кода, пропорционального величине накопления sa время Тф в первом цикле преобразования интеграла импульсами частоты f значение которой определяется следующим образом. Согласно алгоритму во втором цикле необходимо ,определить такой интервал Т интегрирования образцового напряжения Ue . за время действия которого накопленный интеграл был бы равен значению накопленного интеграла за время

Т первого цикла преобразования (интегрирование Uy). Откуда можно записать

Код с выхода АЦП 6 переписывается в счетчик 39 по сигналу "Перепись" (момент и, фиг.б). На выходе триггера 19 формируются информативные ин20 тервалы Т,

Блок 36 формирует положительный перепад логического уровня в момент равенства нулю кода счетчика 39.

На выходах элементов 21, 19, 27, 32.формируются сигналы управления ключами 1, 2, 3, 4 соответственно.

С целью исключения накопления погрешности квантования моменты времени tg, t, tgo, tzy синхронизированы.с импульсами образцовой частоты fo посредством триггера 17.

Преобразователь интервал времени — код работает следующим образом.

На время первого цикла в течение

4 информативных интервалов 5 T<, Q T элемент И 41 открывается для прохождения импульсов образцовой частоты

fе на суммирующий вход счетчика 44.

Во втором цикле в течение инфор4 мативных интервалов элемент И 41 закрывается, а элемент И 42 открывается для прохождения импульсов часто-. ты fo на вычитающий вход счетчика 44.

К моменту времени tgg на выходе счет45 чика 44 будет сформирован код, пропорциональный величине измеряемого напряжения, т.е. его цифровой эквивалент.

При вычитании большего кода из меньшего (на суммирующий вход счетчика поступило меньше импульсов, чем на вычитающий) результат получается в инверсном коде. Поэтому результат преобразования берется с инверсного

= -х — —

П Те \ (но

Uy To

I где И вЂ” результат преобразования

АЦП в момент и (фиг.6);

1к - значение ступени квантова0819 откуда

Тх=н ц"

Таким образом, частота поступле5 ния импульсов на в, итающй вход счетчика 39 равен

Uo

10 Отсюда коэффициент деления делителя .

40 составит

fo 4Ю

f Uq

jIo сигналу "сброс" с задержкой на элементе 45 осуществляется сброс счетчика 44. Задержка необходима для раз1б40819 деления моментов считывания йнформации с выхода счетчика 44 по сигналу

"готов" и сброса счетчика 44.

Формула из обретения,, 1. Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь интервал времени — код, блок управления, блок сравнения, интегратор, первый, второй и третий ключи, информационные входы которых являются .соответственно шинами источником измеряемого напряжения, образцового напряжения и нулевого потенциала, а: выходы объединены и соединены с информационным входом интегратора, выход которого подключен к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блока управления, первый, второй и третий выходы которого подключены соответственно к управляющим входам первого, второго и третьего ключей, четвертый .выход — к входу "сброс" интегратора:, а пятый, шестой и седьмой выходы сае динены соответственно с первым, вторым и третьим входами преобразователя интервал времени — код, первые выходы которого являются выходной информационной шиной, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены четвертый ключ и последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, сумматор, регистр и цифроаналпговый преобразователь, причем вход аналогоцифрового преобразователя соединен с выходом интегратора, а выход — с вторым входом блока управления, второй вход сумматора является шиной числа

"два", выход цифроаналогового преоб-. разователя подключен к второму входу блока сравнения, а второй вход регистра подключен к восьмому выходу блока управления, второй выход которо" го соединен с четвертым входом преоб разователя интервал времени - код, второй выход которого является выход- ной управляющей шиной, а пятый вход соединен с четвертым выходом блока управления, девятый выход которого подключен ко входу управления четвертого ключа,; информационный вход которого является шиной источника эталонного напряжения, а выход сеодинен с входом интегратора.

2. Преобразователь по и. 1, о т" л и ч а ю шийся тем, что блок управления выполнен на шести триггерах, восьми элементах И, двух эле- . ментах ИЛИ; шести одновибраторах, блоке сравнения, трех счетчиках, делителе частоты и генераторе импульсов, выход которого соединен с первымн входами первого, второго и третьего элементов И, синхронизи1р рующим входом первого триггера и является седьмым выходом блока, второй вход первого элемента И объединен с первым входом четвертого элемента И, входом установки первого триггера и соединен с выходом второго триггера, а выход первого элемента И соединен с синхронизирующим входом первого счетчика, вход установки которого объединен с вхо2О дом установки второго триггера, первыми входами первого элемента ИЛИ и пятого элемента И и соединен с выходом первого одновибратора, вход которого объединен с синхронизирую25 щим входом третьего триггера и соединен с выходом первого счетчика, вход установки третьего триггера объединен с входом установки второго счетчика, входом второго одно3Q вибратора и соединен с выходом третьего одновибратора, который является девятым выходом. блока, вход третьего одновибратора соединен с выходом второго счетчика, выход второго одновибратора соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ, третий вход которого через четвертый одновибратор соединен с выходом шестого элемента И, первый вход которого объ4О единен с вторыми входами четвертого и пятого элементов И и соединен с прямым выходом четвертого триггера, который является пятым выходом блока, инверсный выход является шестым

45 выходом блока, а синхронизирующий вход объединен с вторым входом шестого элемента И, синхронизирующим входом второго триггера и соединен с выходом седьмого элемента И, который является четвертым выходом блока, первый вход седьмого. элемента И соединен с инверсным выходом третьего триггера, прямой выход которого соединен с вторым входом второго эле55 мента И, выход которого соединен с синхронизирующим входом второго счетчика, второй вход седьмого элемента И объединен с первым входом второго ! элемента ИЛИ и через пятый одновиб1640819

Фиг. Я ратор соединен с выходом первого триггера, информационный вход которого является первым входом блока, вто" рой вход третьего элемента И соединен с выходом пятого триггера, а выход через делитель частоты соединен . с вычитаюшим входом третьего счетчика, первый установочный вход пятого триггера соединен с выходом четвертого одновибратора, второй установочный вход объединен с вторым входом второго элемента ИЛИ и через шестой одновибратор соединен с выходом блока сравнения, первый вход которого соединен с выходом третьего счетчика, второй вход является шиной нулевого кода, синхронизирую. щий вход третьего счетчика соединен с выходом пятого элемента И, который щ является восьмым выходом блока, информационный вход третьего счетчика является вторым входом блока, выходы первого и второго элементов ИЛИ соединены соответственно с первым и вто" 25 рым установочными входами .шестого триггера, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И и является вторым выходом блока, второй вход восьмого элемента И соединен с 30 выходом третьего одновибратора, третий вход соединен с выходом четвертого элемента И, который является первым выходом блока, а выход восьмого элемента И является третьим выходом блока.

3. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю ш и и с я тем, что преобразователь интервал времени — код выполнен на трех элементах И, элементе задержки и реверсивном счетчике,. выходы которого являются соответственно первыми выходами преобразователя., входы сложения и вычитания соединены соответственно с выходами первого и второго элементов И, вход установки через элемент задержки соединен с выходом третьего элемента И, который является вторым выходом преобразователя, первые входы первого, второго и третьего элементов И объединены и являются первым входом преобразователя, вторые входы первого и второго элементов И объединены и являются третьим входом преобразователя, третьи входы первого и второго элементов И являются соответственно четвертым и вторым входами преобразователя, второй вход третьего элемента И является пятым входом преобразователя.

li Ilier

1640819 и г.З

1цим

2 ЦОМ

IIIIII

IIIILJIIIII ь IIII

УЛ)Р./И.2 б

fbne5

1ИИНИи Л11И1 З1И1(.

1640819

1640819

Составитель А.Титов

Техред Л,Олийнык .

Редактор Л.Волкова

Корректор М.Максимишинец

Подписное

Заказ 1266

Тираж 470

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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