Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике. Целью изобретения является повышение точности преобразования напряжения постоянного тока низкого уровня и увеличение быстродействия. Аналого-цифровой преобразователь отличается тем, что в него введены устройство задержки, включенное между первым выходом формирователя временных интервалов и управляющим входом первого ключа, два резистора и шестой ключ, первый информационный вход которого соединен с выходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора соединен с общей шиной и вторым информационным входом формирователя временных интервалов, при этом точка соединения двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора. Дополнительно введенные элементы и связи позволяют увеличить устойчивость цепи коррекции нуля за счет перевода компаратора в линейный режим на время коррекции, что устраняет самовозбуждение вблизи нулевого уровня, и уменьшить выбросы на накопительном конденсаторе цепи коррекции за счет задержки времени его коммутации. Устранение самовозбуждения увеличивает точность, а уменьшение выбросов увеличивает быстродействие. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 03 M 1/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

V

Cd

Од (61) 1411974 (21) 4615894/24 (22) 05.12.88 (46) 30.08.91. Бюл. М 32 (72) Н, Н, Гордий, Е.И. Крылошанский, В.И.Матвиив, А.Т.Павлюков и П.П.Паскур (53) 681.325 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

t4 1411974, кл. Н 03 M 1/52, 1985. (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электроиэмерительной и вычислительной технике.

Целью изобретения является повышение точности преобразования напряжения по. стоянного тока низкого уровня и увеличение быстродействия. Аналого-цифровой преобразователь отличается тем, что в него введены устройство задержки, включенное между первым выходом формирователя временных интервалов и управляющим входом

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и Может быть использовано для преобразования напряжения постоянного тока низкого уровня в цифровой код с последующей индикацией в цифровой форме или вводом кода в. вычислительную машину.

Целью изобретения является повышение точности преобразования напряжения постоянного тока низкого уровня и увеличение быстродействия устройства, На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого АЦП; на фиг. 2 — схема ком парато ра.

„„. Ы „„1674373 А2 первого ключа, два резистора и шестой ключ, первый информационный вход которого соединен с выходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора соединен с общей шиной и вторым информационным входом . формирователя временных интервалов, при этом точка соединения двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора, Дополнительно введенные элементы и связи позволяют увеличить устойчивость цепи коррекции нуля за счет перевода компаратора в линейный режим на время коррекции, что устраняет самовозбуждение вблизи нулевого уровня, и уменьшить выбросы на накопительном конденсаторе цепи коррекции за счет задержки времени его коммутации, Устранение само возбуждения увеличивает точность, а уменьшение выбросов — быстродействие. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

АЦП содержит ключи 1 и 2, усилитель 3, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 4, интегратор на операционном усилителе 5 (ОУ) и накопительном элементе, выполненном на конденсаторе 6, ключи 7 и 8, компаратор 9, источник 10 образцового напряжения (ИОН), токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 11, цепь коррекции дрейфа нуля, состоящую из накопительного элемента, выполненного на конденсаторе 12, и ключа

13, генератор 14 тактовых импульсов (ГТИ), формирователь импульсов 15, элемент И 16, счетчик 17, формирователь 18 временных интервалов, инвертор 19, элемент ИЛИ 20, 1674373 ключ 21, последовательно соединенные резисторы 22 и 23 и устройство 24 задержки.

Кампаратор 9 включает инвертар 25 и дифферен циал ьн ы и ус ил ител ь 26.

АЦП работает следующим образом.

В исходном состоянии ключ 1 закрыт, ключи 2, 7, 8 и 13 открыты, ключ 21 находится в верхнем положении, при этом кампаратор 9 находится в линейном режиме, так как он включен по схеме неинвертирующего усилителя с резисторами 22 и 23 в цепи

ООС. За счет действия ИОН 10 и резисторов

4 и 11 на входе ОУ 5 образуется отрицательное смещение, которое, благодаря действию обратной связи через ключ 13, запоминается на конденсаторе 12.

С приходом импульса запуска формирователь 18 производит сброс счетчика 17 и изменяет состояние своих выходов на противоположное. При этом ключ 1 открывается, ключи 2, 8 и 13 закрываются, ключ 21 переходит в нижнее полажение, дополнительный вход компаратора 9 соединяется с общей шиной через параллельно включенные резисторы 22 и 23 и кампаратор 9 переходит в режим нуль-органа (сравнение выходного напряжения интегратора с нулевым потенциалом общей шины). Преобразуемое напряжение, усиленное усилителем 3, поступает через резистор 4 и ключ 7 на вход интегратора, изменяя ега выходное напряжение. Скорость изменения напряжения на выходе усилителя 5 зависит от значения и полярности преобразуемого напряжения.

Отрицательное смещение на входе ОУ 5 должно выбираться более отрицательным, чем максимальное усиленное усилителем 3 отрицательное преобразуемое напряжение. В этом случае при преобразовании максимального отрицательного напряжения скорость изменения напряжения на выходе интегратора будет минимальной, а при преобразовании максимального положительного напряжения — максимальной. Нулевому преобразуемому напряжению соответствует скорость изменения выходного напряжения, строга определяемая выходным напряжением ИОН и соотношением резисторов 4 и 11. Длительность первого такта (выбирается из соображений обеспечения максимального подавления помех) определяется длительностью импульса на втором выходе формирователя 18. По окончании первого такта ключи 1 и 7 закрываются, а ключи 2 и 8 открываются. Ключ 13 остается закрытым, ключ 21 находится в нижнем положении.

При этом на вход ОУ 5 через резистор 11 поступает отрицательное (относительно напряжения смещения на конденсаторе 12) напряжение ИОН 10. Направление изменения напряжения на выходе ОУ 5 изменяется на обратное, причем скорость изменения напряжения остается постоянной и опреде5 ляется, кроме значения напряжения ИОН

10, соотношением резисторов 4 и 11 и значением сопротивления резистора 11. По достижении выходным напряжением на ОУ 5 исходного уровня срабатывает компаратор

10 9 и второй такт заканчивается, По сигналу компаратора 9 формирователь 18 временных интервалов изменяет состояние и переводит схему в исходное состояние— закрывается ключ 1, открываются ключи 2, 15 7 и 8, ключ 21 переходит в верхнее состояние, при этом компаратор 9 переводится в линейный режим, затем через время задержки, определяемое устройством 24, открывается ключ 13 и на конденсаторе.12

20 происходит запоминание напряжения смещения.

Формирование отсчета счетчиком 17 происходит следующим образом.

Нулевому преобразуемому напряже25 нию на входе соответствует строго заданная напряжением смещения скорость изменения напряжения на выходе интегратора как в первом, так и во втором такте, т.е. момент срабатывания компаратора 9 в этом случае

30 заранее известен. Именно в этот момент и изменяется на противоположное состояние формирователь 18 временных интервалов.

Формирователь 15 импульсов реализует по отношению к импульсам ГТИ 14 функцию

35 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т.е. пропускает эти импульсы, если на выходе компаратора 9 и выходе формирователя 18 сигналы не совпадают. При отрицательном преобразуемом напряжении кампаратар 9 срабатывает

40 раньше изменения состояния выхода формирователя 18. При уменьшении значения отрицательного преобразуемого напряжения момент срабатывания компаратора 9 приближается к моменту изменения состоя45 ния выхода формирователя 18, что вызывает уменьшение количества импульсов, поступающих на счетчик 17, При равенстве преобразуемого напряжения нулю моменты сравнения совпадают и на счетчик импуль50 сы не поступают. При преобразовании положительного и ап ряжения момент срабатывания компаратора 9 запаздывает по отношению к моменту изменения состояния выхода формирователя 18, чта выэыва55 ет заполнение счетчика 17 соответствующим количеством импульсов.

Анализируя последовательность срабатывания компаратора 9 и выхода формирователя 18, можно определить полярность преобразуемого напряжения.

1674373

Перевод компаратора 9 в линейный режим при помощи ключа 21 и резисторов 22 и 23 на время коррекции нуля повышает устойчивость цепи коррекции нуля и устраняет самовозбуждение. что исключает погрешность, обусловленную колебаниями напряжения вблизи нулевого уровня, запоминания напряжения нуля на накопительном конденсаторе 12, что и приводит к повышению точности отработки нуля.

Задержка коммутации накопительного конденсатора 12 за счет устройства 24 позволяет уменьшить выбросы на нем. Уменьшение выбросов происходит вследствие того, что компаратор 9 вначале переводится в линейный режим, при этом происходит уменьшение значения его выходного нап ряжения от Овнх Онас = Опит до Овых K

Оных . где К вЂ” коэффициент передачи компаратора в линейном режиме; Upped — выходное напряжение насыщенного компаратора; Од т — напряжение питания компаратора: Оэы, — выходное напряжение усилителя-интегратора 5, а затем уменьшенное выходное напряжение компаратора

9 коммутируется на конденсатор 12. Уменьшение амплитуды выбросов уменьшает длительность переходных процессов в цепи коррекции нуля, что дает возможность сократить время коррекции нуля преобразователя, увеличивая его быстродействие.

Время задержки устройства 24 выбирают исходя из времени срабатывания ключа

21 и времени выхода компаратора 9 из насыщения.

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь

5 по авт.св. N 1411974, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжения постоянного тока низкого уровня и увеличения быстродействия, в него введены устройство задержки, 10 включенное между первым выходом формирователя временных интервалов и управляющим входом первого ключа, два токоограничивающих элемента, выполненных на резисторах, шестой ключ, первый

15 информационный вход которого соединен с выходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора является общей шиной и соединен с его вторым информационным входом, а управ20 ляющий вход соединен с первым выходом формирователя временных интервалов. при этом точка соединения двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора.

25 2. Преобразователь по п,1, о т л и ч а юшийся тем, что компаратор выполнен на инверторе и дифференциальном усилителе, при этом входом компаратора является вход инвертора, выход которого соединен с не30 инвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого является выходом компаратора, дополнительным входом которого является инвертирующий вход дифференциального усилителя.

1674373

Фиг.!

ФО8. Я

Составитель В.Мехнанов

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Т. Малец

Редактор А,Лежнина

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

Заказ 2935 Тираж 446 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, >К-35, Раушская наб., 4/5