Аналого-цифровой интегратор

 

Изобретение может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности интегрирования и задания диапазона изменения входного сигнала. В аналого-цифровой интегратор, построенный на основе последовательно соединенных первого переключателя 2, преобразователя напряжения в частоту 3, реверсивного счетчика 4, цифроаналогового преобразователя 7, второго переключателя, блока выборки-хранения 10, блока сравнения 17 и блока выделения модуля 18, а также содержащий сигнализатор напряжений питания 22, пиковый детектор 21, реле времени 20 и первый элемент И-НЕ 19, введены второй элемент И-НЕ 24, элемент НЕ 26 и ключ 27 на МОП-транзисторе, соединенные с другими элементами интегратора таким образом, что ограничение выходного напряжения во всех режимах работы интегратора обеспечивается на двух уровнях, соответствующих минимальному и максимальному значениям кода в реверсивном счетчике 4. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАДИСТИЧЕ СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 06 6 7/18

ГОСУЛАР СТ В Е ННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (7с

Ю 4 4 (21) 4707521/24 (22) 20.06,89 (46) 23.08.91. Бюл. М 31 (72) Э.С, Никулин и М.B. Шмаков (53) 681.335 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССP

N805345,,кл. G 06 G7/186,,1981, Авторское свидетельство СССР

N 732905, кл. G 06 G 7/18, 1980. (54) АНАЛОГΠ— ЦИФРОВОЙ ИНТЕГРАТОР (57) Изобретение может найти применение при автоматизации различных технологических процессов. Целью изобретения является повышение точности интегрирования и задания диапазона изменения входного сигнала. В аналого — цифровой интегратор, построенный на основе последователь„„ .Ж,, 1672477 А1 но соединенных первого переключателя 2, преобразователя напряжения в частоту 3. реверсивного счетчика 4, цифроаналогового преобразователя 7, второго переключателя, блока выборки-хранения 10, блока сравнения 17 и блока выделения модуля 18, а также содержащий сигнализатор напряжений питания 22, пиковый детектор 21, реле времени 20 и первый элемент И вЂ” НЕ 19. введены второй элемент И-НЕ 24, элемент НЕ 26 и ключ 27 на MOll — транзисторе, соединенные с другими элементами интегратора таким образом, что ограничение выходного напряжения во всех режимах работы интегратора обеспечивается на двух уровнях, соответствующих минимальному и максимальному значениям кода в реверсивном счетчике 4. 1 ил.

1672477

10

25

Изобретение относится к автоматике и может исffoëüçоваться в системах автоматического управления различными объектами с ингегральной составляющей в законе регулирования. когда требуются большие постоянные интегрирования.

Цель изобретения — повышение точности интегрирования и задания диапазона изменения входного сигнала.

На чертеже представлена функциональная схема аналого — цифрового интегратора.

Интегратор содержит последовательно подключенные к входу 1 первый переключатель 2, преобразователь 3 напряжения в чаототу с импульсным и потенциальным выходами, реверсивный счетчик (импульсов) 4 с входами 5 и 6, цифроаналоговый преобразователь 7, второй переключатель 8, другой вход которого подключен к входу 9 задания начальных условий интегратора, блок 10 выборки — хранения, выполненный Hà операционном усилителе 11 с последовательно включенными запоминающим конденсатором 12 и МОП-транзистором 13 в цепи отрицательной обратной связи и нормально замкнутым ключом 14 между инвертирующим входом и суммирующей точкой, к которой подключены входной резистор 15 и резистор 16 обратной связи, блок 17 сравнения и блок 18 выделения модуля, вход которого соединен также с вторым входом первого переключателя 2, а выход — с управляющим входом переключателя 2, с входом перестройки частоты преобразователя 3 напряжения в частоту и с первым входом первого элемента И вЂ” НЕ 19, второй вход которого соединен с управляющим входом второго переключателя 8 и выходом реле 20 времени, а выход — с управляющим входом нормально замкнутого ключа 14 блока 10.

Вход реле 20 времени соединен с входом пикового детектора 21, с вторым входом сигнализатора 22 напряжений питания и первым выходом источника 23 питания, другие выходы которого подключены к другим входам сигнализатора 22 напряжений питания, выход которого подключен к затвору МОП вЂ” транзистора 13. Выход пикового детектора 21 соединен с подложкой МОПтранзистора 13 и первым входом сигнализатора 22 напряжений питания. Аналого — цифровой интегратор содержит также второй элемент

И вЂ” НЕ 24, один вход которого подключен к импульсному выходу преобразователя 3 напряжения в частоту, выход — к импульсному входу 5 счетчика 4, а второй вход соединен с выходом 25 переполнения реверсивного счетчика (импульсов) и с третьим входом первого элемента И-HE 19, четвертый вход которого подключен к выходу элемента НЕ

26, вход которого подключен к стоку МОПтранзистора 27, подложка которого подключена к выходу пикового детектора 21, эатвор— к выходу сигнализатора 22, а исток — к шине нулевого потенциала.

Интегратор может работать в режимах интегрирования, восстановления информации после сбоев счетчика, записи начальных условий и восстановления информации после кратковременных перерывов в подаче питания.

В режиме интегрирования устройство работает после окончания переходных процессов в цепях питания и включения реле 20 времени, По единичному сигналу с реле 20 времени переключатель 8 соединяет вход блока 10 выборки- хранения с выходом цифроаналогового преобразователя 7. Выходные напряжения источника 23 питания имеют номинальные значения. поэтому на выходах пикового детектора 21 и сигнализатора 22 напряжений питания появляются сигналы, переводящие МОП-транзисторы

13 и 27 в открытое состояние, при этом на выходе элемента НЕ 26 единичный сигнал, а запоминающий конденсатор 12 подключен к выходу операционного усилителя 11.

Исходное состояние контура восстановления информации, включающего в себя блок 10 выборки — хранения, блок 17 сравнения, блок 18 выделения модуля и элемент

И-НЕ 19, соответствует равенству абсолютных значений выходных напряжений цифроаналогового преобразователя 7 и блока

10, при этом выходное напряжение блока 18 выделения модуля имеет нулевое значение и переключатель 2 соединяет вход преобразователя 3 напряжения в частоту с источником входного сигнала V>,, а элемент И вЂ” НЕ

19 удерживает ключ 14 в замкнутом состоянии, и блок 10 выборки-хранения работает в режиме слежения за напряжением V»>,, При наличии входного сигнала (Чвх О) преобразователь 3 напряжения в частоту генерирует импульсы с частогой, пропорциональной Vex, которые через элемент И-НЕ

24 поступают на вход 5 реверсивного счетчика (импульсов) 4. На вход 6 счетчика 4 с потенциального выхода преобразователя 3 напряжения в частоту поступает информация о знаке входного сигнала, За каждый период работы преобразова еля 3 в счетчике 4 фиксируется величина и з 1ак приращения интеграла входного напряжения V», т. е. осуществляется квангование интеграла входного сигнала по уооаню 1аким образом. в счетчике 4 формируя -.я цифровой код N, характериэующ и " ° г1т, который

1672477

55 с помощью цифроаналогового преобразователя 7 преобразуется в эквивалентное электрическое напряжение V«x.

При нормальной работе аналого-цифрового интегратора (без сбоев счетчика) блок 10 выборки-хранения находится в режиме слежения за сигналом Ч,ы,, причем скорость слежения выбирается выше максимальной скорости изменения Чвых, а эона нечувствительности блока 17 сравнения не менее одного кванта сигнала V»x, и контур восстановления информации находится в исходном состоянии, на выходе блока 10 выборки — хранения формируется сигнал V>, характеризующий f Ч, dt. При достижении кодом N в реверсивном счетчике (импульсов) 4 максимального или минимального значения на выходе 25 переполнения счетчика 4 появляется логический нуль. При этом на выходе элемента И-НЕ 24 устанавливается логическая единица и импульсы с выхода преобразователя 3 напряжения в частоту не поступают на импульсный вход 5 реверсивного счетчика (импульсов) 4. Поэтому напряжение V»x ограничивается на уровнях, соответствующих минимальному и максимальному значениям кода N в счетчике 4.

По сигналу с выхода 25 переполнения счетчика 4 элемент И-НЕ 19 удерживает ключ 14 в замкнутом состоянии, в результате чего блок 10 в режимах ограничения постоянно находится в состоянии слежения за выходным напряжением цифроаналогового преобразователя 7.

В таком состоянии интегратор находится, пока не изменится полярность входного напряжения. При этом изменяется сигнал на потенциальном выходе преобразователя

3 напряжения в частоту и происходит реверс счетчика 4, в результате чего сигнал на

его выходе 25 переполнения снимается и аналого-цифровой интегратор выходит из режима ограничения и переходит в режим интегрирования.

Если в процессе интегрирования (или хранения интеграла при VBx =О) произойдет сбой счетчика 4, то из-за ограниченной скорости слежения блока 10 выборки-хранения сигналы на входах блока 17 сравнения будут отличаться. На выходе блока 17 сравнения возникает напряжение, знак и величина которого определяется рассогласованием сигналов Ч»„и Vn, При этом блок

18 выделения модуля формирует независимое от знака рассогласования сигналов V»x и V единичное значение логического сигнала, по которому элемент И вЂ” НЕ 19 переводит

50 ключ 14 в разомкнутое состояние и блок 10 выборки хранения переходит в режим поддержания напряжения Чл, предшествующего сбою счетчика 4 (режим хранения).

Одновременно по сигналу блока 18 выделения модуля переключатель 2 соединяет вход преобразователя 3 напряжения в частоту с выходом блока 17 сравнения. Под действием сигнала с блока 17 сравнения преобразователь 3, работая на повышенной частоте, восстанавливает информацию в счетчике 4, так как подача импульсов на вход счетчика осуществляется до тех пор, пока, разность напряжений Ч»х и Vn не снизится до величины, при которой произойдет отключение блока 17 сравнения. При этом выходной сигнал блока 18 выделения модуля принимает нулевое значение, à следовательно, переключатель 2 подклю чает вход преобразователя 3 к источнику V>x, ключ 14 замыкается, а блок 10 выборки хранения переходит в режим слежения за сигналом

Ч»„и схема возвращается в прежнее состояние, обеспечивая дальнеишее формирование интеграла от входного сигнала Ч„, Если при работе блока 10 выборки-хранения в режиме хранения его выходное напряжение Чп в результате дреифа выйдст из диапазона возможных изменений V «, то в режиме восстановления информации. так же как и в режиме интегрирования, при достижении в счетчике глиниMàëьного и максимального значений кода на его выходе 25 переполнения появится логический ноль.

При этом элемент И НЕ 24 прекратит подачу импульсов на вход реверсивного счетчика (импульсов) 4, а элемент И-НЕ 19 переведет блок 10 в режим слежения, Через некоторое время, когда напряжение V> на выходе блока 10 будет соответствовать напряжению V»x. блок 17 сравнения выключится и аналого-цифровой интегратор перейдет в режим интегрирования.

В режиме записи начальных условий интегратор работает следующим образом.

Если после длительного нахождения интегратора в обесточенном состоянии он подключается к питающей сети, то в первый момент выходной сигнал реле 20 времени имеет нулевое значение При этом переключатель 8 соединяет вход блока 10 с источником (вход 91 начальных условий (V>y). Одновременно выходным сигналом элемента И вЂ” НЕ 19 ключ 14 переводится в замкнутое состояние независимо от сигнала на выходе блока 18 выделения модуля. В результате в блок 10 выборки-хранения записывается напряжение начальных условий

VHy, т. е. обеспечивается условие Vn - -Ч,у.

Под действием разности сигналов V и V»», 1672477

55 блок 17 сравнения срабатывает и через блок

18 подключает с помощью переключателя 2 выход блока 17 сравнения к входу преобразователя 3 напряжения в частоту, и последнии обеспечивает быстрое изменение кода в счетчике 4 до тех пор, пока не произойдет выключение блока 17 сравнения, т. е, когда разность напряжений Ч«х и Чл. не станет меньше порога отпускания блока сравнения.

Как только выходной сигнал реле 20 времени примет единичное значение. аналогоцифровой интегратор переходит в режим интегрирования входного сигнала.

В режиме восстановления информации при кратковременных перерывах в подаче питания интегратор работает следующим образом.

При исчезновении напряжения V, в питающей сети выходные напряжения источника 23 питания принимают нулевые значения, причем характер и длительность переходных процессов в выходных цепях могут существенно отличаться друг от друга, Пока выходные напряжения источника 23 питания близки к номинальным значениям, на выходах пикового детектора 21 и сигнализатора 22 формируются такие напряжения, при которых МОП вЂ” транзисторы 13 и 27 открыты, При этом конденсатор 12 в блоке

10 подключен к выходу операционного усилителя 11, а на выходе элемента НЕ 26 единичное состояние, Как только любое из выходных напряжений источника 23 питания выйдет из допустимой зоны. на выходе сигнализатора 22 напряжений питания появляется такое напряжение, при котором происходит закрывание МОП-транзисторов 13 и 27. При этом конденсатор 12 блока 10 вь:борки — хранения отключается от выхода операционного усилителя 11. Пиковый детектор 21 поддерживает в течение перерыва питания необходимое значение напряжения на подложках МОП-транзисторов 13 и 27, Поскольку сигнализатор 22 напряжений питания обеспечивает отключение запоминающего конденсатора 12 при условии выхода иэ допустимой зоны хотя бы одного напряжения питания, при этом нарушения нормальных состояний функциональных узлов интегратора, возникающие после этого, не приводят к изменению заряда на запоминающем конденсаторе.

Появление напряжения Vñ в питающей сети после кратковременного его исчезновения вызывает увеличение выходных напряжений источника 23 питания. При этом состояние сигнализатора 22 напряжений питания, соответствующее закрытым МОП— транзисторам 13 и 27, сохраняется до тех

50 пор, пока хотя бы одно иэ этих напряжений находится вне допустимой зоны.

Когда последнее из этих напряжений принимает допустимое значение и на все функциональные узлы интегратора поступают напряжения питания, близкие к номинальным значениям, сигнал на выходе сигнализатора 22 напряжений питания релейно изменяется и МОП--транзисторы 13 и

27 открываются. При этом на выходе блока

10 устанавливается напряжение, определяемое потенциалом на конденсаторе 12 и близкое по значению напряжению 1/«х, которое было до перерыва питания. Если

Va x Чл, то срабатывает блок 17 сравнения и в интеграторе происходит восстановление информации так же, как и при сбоях счетчика.

До момента срабатывания сигнализатора 22 напряжений питания МОП-транзистор 27 закрыт и сигнал на выходе элемента

НЕ 26 имеет нулевое значение, по которому блок 10 выборки — хранения работает в режиме слежения за 1/«х. Поскольку напряжение

V«> ограничено двумя уровнями, соответствующими минимальному и максимальному значениям кода в счетчике 4, операционный усилитель 11 в блоке 10 перед открыванием

МОП-транзистора 13 находится в линейном режиме. Поэтому после срабатывания сигналиэатора 22 напряжений питания и подключения конденсатора 12 к усилителю 11 напряжения на выходе последнего устанавливается до необходимого уровня за небольшое время, в течение которого изменения заряда на запоминающем конденсаторе 12, вызванные переходом усилителя 11 в новую рабочую точку, не оказывают существенного влияния на погрешность восстановления информации в интеграторе, В аналого — цифровом интеграторе ограничение выходного напряжения во всех режимах работы обеспечено за счет фиксации кода в реверсивном счетчике (импульсов) на номинальном и максимальном значениях с одновременным переводом блока 10 в режим слежения, При этом погрешность уровней ограничения выходного напряжения определяется лишь погрешностью цифроаналогового преобразователя. а рабочий диапазон изменения выходного напряжения интегратора соответствует максимальной емкости счетчика.

Формула изобретения

Аналого — цифровои интегратор, содержащий последовательно включенные первый переключатель, первый информационный вход которого является информационным входом интегратора, и ппеобразпватель на1672477

Составитель Л. Снимщикова

Техред М.Моргентал Корректор М.Мэксимишинец

Редактор В.Данко

Заказ 2842 Тираж 367 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 101 пряжения в частоту, выход знака которого соединен с входом реверса реверсивного счетчика, выходы которого соединены с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого является выходом интегратора и соединен с первым информационным входом второ о переключателя. выход которого соединен с информационным входом блока выборки-хранения. первый вход блока сравнения соединен с выходом блока выборки-хранения, второй вход подключен к выходу цифроаналогового преобразователя, второй информационный вход второго переключателя является входом задания начальных условий интегратора, блок выделения модуля, вход которого соединен с выходом блока сравнения и с вторым информационным входом первого переключателя, а выход подключен к управляющему входу первого переключателя, входу перестройки частоты преобразователя напряжения в частоту и первому входу первого элемента И-НЕ, соединенного выходом с первым управляющим входом блока выборки — хранения, пиковый детектор, сигнализатор напряжений питания, реле времени, выход которого соединен с вторым входом первого элемента И вЂ” НЕ и с управляющим входом второго переключателя, вход пикового детектора соединен с выходом напряжения положительной полярности источник» Ilи1э ния и входом реле времени, выход г1иков<но детектора соединен с входом питания сиг ндлизэтора напряжении питания и вторн м

5 управляющим входом блока выборки хрэнения, а выход сигнэлизэтора напряжении питания соединен с третьим управляющим входом блока выборки- хранения, входы сигнализатора напряжений питания соеди10 нены с соответствующими дополнительными выходами источников питания, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности интегрирования и задания диапазона, изменения выходного сигнала. в него

15 введены второй элемент И- НЕ, элемент НЕ и ключ, выполненный в виде МОП-транзистора, подключенного затвором и подлож кой соответственно к выходу сигнэлизэторэ напряжений питания и к выходу пикового

20 детектора, стоком соединенного с шиной нулевого потенциала, э истоком — с входом элемента НЕ, выход которого соединен с третьим входом первого элемента И -НЕ, четвертый вход которого соединен с выхо

25 дом переполнения реверсивного счетчика, который подключен к первому входу второ о элемента И вЂ” НЕ, вторым входом подключен ного к импульсному выходу преобразователя напряжения в частоту, а выходом — к

30 счетному входу реверсивного счетчика.