Аналого-цифровой преобразователь

 

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля, сбора и обработки информации. Техническим результатом является повышение быстродействия аналого-цифрового преобразования и точности измерений. Устройство содержит каналы преобразования, каждый из которых состоит из преобразователя напряжение-частота и счетчика, таймер и сумматор. 2 ил.

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано в системах контроля, сбора и обработки информации с помощью вычислительной техники.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжение-частота и блок выбора диапазона преобразования (см. патент US 4357999, Н 03 М 1/00, 1982 г.). Недостатком устройства является малое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является аналого-цифровой преобразователь с преобразованием напряжения в частоту, содержащий преобразователь напряжение-частота, на вход которого подается измеряемое напряжение, а выход подключен к входу счетчика, который находится в режиме счета фиксированный интервал времени, задаваемый формирователем фиксированного интервала времени, выход которого подключен к входу разрешения счета счетчика. Структурная схема прототипа приведена на фиг.1 (Сопряжение датчиков и устройств ввода данных с компьютерами IBM PC. /Под ред. У.Томпкинса, Дж.Уэбстера. М.: Мир, 1992, с.205-206).

Данный метод преобразования характеризуется низким быстродействием, но хорошей помехоустойчивостью.

Задача предлагаемого изобретения состоит в повышении быстродействия аналого-цифрового преобразователя или точности измерений.

Поставленная задача достигается тем, что в известный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), содержащий преобразователь напряжение-частота, на вход которого подается измеряемое напряжение, а выход подключен к входу счетчика, который находится в режиме счета фиксированный интервал времени, задаваемый формирователем фиксированного интервала времени (таймером), выход которого подключен к входу разрешения счета счетчика, введен второй канал преобразования на основе преобразователя напряжение-частота, на вход которого подается измеряемое напряжение, а выход подключен к входу счетчика, который находится в режиме счета фиксированный интервал времени, задаваемый формирователем фиксированного интервала времени, выход которого подключен к входу разрешения счета счетчика, и сумматор, входы которого соединены с выходами счетчиков, а на выходе формируется результат аналого-цифрового преобразования.

Сущность изобретения поясняется фиг.2, где представлена структурная схема предлагаемого изобретения.

Устройство содержит (см. фиг.2) два преобразователя напряжение-частота 1 и 2, два счетчика 3 и 4, таймер 5 и сумматор 6.

Преобразователи напряжение-частота (ПНЧ) предназначены для преобразования входного измеряемого напряжения в частоту, причем ПНЧ осуществляют преобразование в асинхронном режиме, независимо друг от друга.

Счетчики 3 и 4 осуществляют счет импульсов, поступающих с выхода ПНЧ. Причем счетчики находятся в режиме счета в течение времени, задаваемом таймером.

Таймер 5 формирует сигнал разрешения счета, поступающий одновременно на счетчики 3 и 4.

Сумматор 6 осуществляет суммирование результатов счета счетчиков и на своем выходе формирует результат аналого-цифрового преобразования по завершению режима счета импульсов.

Однако несмотря на то, что введенные блоки являются стандартными узлами аналоговой и цифровой техники, их введение обеспечивает получение нового технического результата - повышение быстродействия устройства или точности измерений. Заявляемое изобретение позволяет уменьшить время преобразования измеряемого напряжения за счет применения второго канала.

Устройство работает следующим образом.

Измеряемое напряжение U_вx поступает одновременно на вход каждого преобразователя напряжение-частота 1 и 2, на выходе которых формируется последовательность импульсов, частота следования которых пропорциональна величине входного напряжения. Преобразователи напряжение-частота (ПНЧ) работают независимо друг от друга с индивидуальным коэффициентом преобразования напряжение-частота.

Таймер 5 формирует управляющие сигналы, с помощью которых обеспечиваются режимы обнуления, счета и хранения для счетчиков 3 и 4.

Счетчики 3 и 4 подсчитывают количество импульсов, поступающих с выходов соответствующих преобразователей напряжение-частота за фиксированный интервал времени. С выходов счетчиков результат счета поступает на вход сумматора.

Сумматор 6 осуществляет суммирование результатов счета счетчиков и на своем выходе формирует результат аналого-цифрового преобразования.

Предположим, что крутизна преобразования ПНЧ такова, что при входном напряжении 1 В частота следования импульсов на выходе равна 1 кГц. Счетчик на временном интервале в 1 с зафиксирует 1000 импульсов.

Допустим, что крутизна преобразования ПНЧ каждого канала одинакова. На временном интервале 0,5 с счетчики посчитают по 500 импульсов, а на выходе сумматора будет получен результат суммы от двух счетчиков, равный 1000 импульсов. В данном случае преобразование проведено за меньшее время с той же точностью.

Таким образом, в предложенном двухканальном АЦП за вдвое меньшее время получен тот же результат известного аналого-цифрового преобразования.

Если включить параллельно n каналов, содержащих ПНЧ, счетчики, и уменьшить время преобразования в n раз, то на выходе сумматора формируется сумма результатов счета счетчиков всех каналов, при этом быстродействие аналого-цифрового преобразователя повышается при прежней точности.

Если время преобразования оставить прежним, то введение n каналов позволяет повысить точность аналого-цифрового преобразования.

Известно, что возможное отклонение между средним арифметическим значением ряда измерений и истинным значением характеризуется среднеквадратической погрешностью результата из n измерений, откуда следует, что представление результата из серии n измерений в виде среднего арифметического значения позволяет уменьшить среднеквадратическую погрешность в раз.

Данное обстоятельство является одним из важных путей повышения точности измерений и уменьшения случайных погрешностей. Этот способ особенно эффективен при автоматизации процессов измерений или при выполнении операций вычисления непосредственно в блоках измерительных устройств (Повышение точности измерений в технике связи. С.М. Верник, Ф.В. Кушнир, Р.П. Рудницкий. М.: Радио и связь, 1981, с.57).

Формула изобретения

1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжение - частота, на вход которого подается измеряемое напряжение, а выход подключен к входу счетчика, и таймер, выход которого подключен к входу разрешения счета счетчика, отличающийся тем, что в него введен один дополнительный канал, содержащий преобразователь напряжение - частота и счетчик, а также сумматор, причем входы первого и дополнительного преобразователей напряжение - частота объединены, выход дополнительного преобразователя напряжение - частота подключен к входу дополнительного счетчика, второй вход дополнительного счетчика соединен с выходом таймера, а выходы счетчика соединены с входами сумматора.

2. Аналого-цифровой преобразователь по п.1, отличающийся тем, что в него дополнительно введены n-2 каналов, каждый из которых содержит преобразователь напряжение - частота и счетчик, причем входы всех n преобразователей напряжение - частота объединены, выходы n-2 преобразователей напряжение - частота подключены к входам n-2 счетчиков, входы всех счетчиков соединены с выходом таймера, а выходы n-2 счетчиков соединены с входами сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2