Аналого-цифровой преобразователь

 

п1 567206

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалнстических

Республик (61) Д оп о ли и тельное к а вт. с вид-в у (22) Заявлено 11.04.75 (21) 2123360/21 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.77. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 25.08.77 (51),VI. Кл. Н 03К 13/20 (ааударатвенный камитет

Саеете Мииистрае СССР

fIo делам мзааретений и аткрытий (53) УДК 581.325(088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

А. В. Клементьев и В. С. Гутников

Ленинградский ордена Ленина политехнический институт им. М. И. Калинина (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при построен ни цифровых измерительных приборов.

Известны интегрирующие аналого-цифровые преобразователи (АЦП), построенные по замкнутой структуре. Принцип действия этих устройств основан на том, что интеграл от входного преобразуемого напряжен ия компенсируется интегралом однополярных или двухполярных импульсов обратной связи одинаковой амплитуды. Эти устройства содержат двухвходовый интегратор, один вход которого подключается к источнику преобразуемого напряжен,ия, а другой через ключ — к источнику образцового напряжения (одно- ил и двухполярного). Выход интегратора соединен с одним входом компаратора, другой вход которого подключается к источнику постоянного опорного напряжения. Выход компаратора соединен с входом триггера, выход которого подключен к управляющему входу ключа цепи обратной связи (1).

Однако такие АЦП имеют низкие быстродействие,и помехозащищенность. Это вызвано несовершенством прямой цепи, которая производит преобразование выходного напряжения интегратора в широтно-модулированный сигнал обратной связи, т. е. преобразование напряжения в длительность импульс . Переходный процесс в этих АЦП может продолжаться до 10 — 20 циклов преобразования (т. е. периодов повторения импульсов обратной связи).

Известен АЦП, содержащий двухвходовый интегратор, на один вход которого подается преобразуемое напряжение, а на другой— напряжение обратной связи, поступающее через ключ от источника образцового напряжения. Выходы интегратора и генератора линей10 но-изменяющегося напряжения через сумматор подключены к входу компаратора, выход которого соединен с входом триггера, управляющего работой ключа (2).

Н изкое быстродействие такого АЦП обус15 ловлено тем, что получение широтно-модулированного сигнала в нем производится за счет сравнения суммы текущего значения выходного сигнала интегратора и генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН) с

20 постоянным уровнем. Использование текущего значения выходного сигнала интегратора приводит к тому, что момент времени, соответствующий равенству напряжений на выходе компаратора, не является фиксирован25 ным относительно Iviïóльсов запуска ГЛИН, что является причиной итерационного характера переходного процесса.

Цель изобретения — повышение быстродействия и увеличение помехоустойчивости.

30 Это достигается тем, что в аналого-цифро567206 вой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов и двухвходовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой — с выходом двухпозиц ионного ключа, входы которого подключены к выходам, источника образцовых напряжений, а управляющий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу триггера, один вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генер атор а линейно-изменяющегося н апряжения, введен ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом двухвходового интегратора, управляющий вход этого ключа соединен с выходом триггера, а выход — с входом установки начального состояния генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых импульсов.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого преобразователя; на фиг. 2— временная диаграмма, поясняющая его работу.

Аналого-цифровой преобразователь содерж ит двухвходовый интегратор 1, состоящий из операционного усилителя 2, интегрирующего конденсатора 3 и двух суммирующих резисторов 4 и 5, двухпозиционный ключ 6, источник 7 образцовых напряжений, триггер 8, ключ 9, генератор 10 линейно-,изменяющегося напряжения, состоящий из конденсатора 11 и источника 12 постоянного тока, компаратор

13, зажим 14 источника постоянного опорного напряжения, генератор 15 тактовых импульсов и цифровой измеритель 16 временного интервала, входной зажим 17, Один вход интегратора 1 соединен с входным зажимом, а другой — с выходом двухпозиционного ключа 6, входы которого соединены с выходами источника 7. Выход интегратора соединен с входом ключа 9, выход которого соединен с вхбдом установки начального состояния генератора 10. Выход последнего соединен с первым входом компаратора 13. Второй вход компаратора 13 соединен с источником опорного напряжения, а выход компаратора 13 подключен к первому установочному входу триггера 8. Второй установочный вход триггера 8 соединен с выходом генератора 15, а выход триггера 8 подключен к управляющим входам обоих ключей 6 и 9 и к входу цифрового измерителя 16.

АЦП, показанный на фиг. 1, является двухполярным, т. е. он может без дополнительных переключений во входных цепях преобразовывать входное напряжение любой полярности.

Это обеспечивается применением двухполярного источника образцовых напряжений (+Uo и — Uo) и соответственно двухпозиционного ключа 6. Этот вариант выполнения, как более универсальный, и рассматривается в дальнейшем. Возможно выполнение предлагаемого АЦП и однополярным. Сущность изобретения при этом остается неизменной.

ЗО

55 бО

4

Рассмотрим работу АЦП с некоторого момента времен и t (фиг. 2), когда триггер 8 находится в таком состоянии, при котором ключ 9 замкнут, а ключ 6 находится в положении, при котором на вход интегратора 1 поступает образцовое напряжение +Up. Выходное напряжение интегратора 1 при этом уменьшается по величине. Поскольку выход интегратора 1 соединен через ключ 9 с входом начальной установки генератора 10, то напряжение на конденсаторе 11 в течение времени, когда замкнут ключ 9, поддерживается равным выходному напряжению интегратора 1.

В момент времени 4 импульсом с выхода генератора 15 тактовых импульсов триггер 8 опрокидывается в противоположное состояние, при котором ключ 9 размыкается, а ключ

6 устанавливается в положение, при котором на вход интегратора 1 поступает образцовое напряжение — Up. С этого момента выходное напряжение интегратора начинает возрастать, а также начинается заряд конденсатора 11 постоянным по величине током I«c выхода источника 12. Напряжение на конденсаторе

11 линейно возрастает, и когда оно достигнет уровня опорного напряжения U, на втором входе компаратора 13, последний срабатывает и по второму установочному входу опрокидывает триггер 8 снова в состояние, при котором ключ 9 замыкается (4). Напряжение на конденсаторе 11 с этого момента устанавл ивается равным текущему значению выходного напряжения интегратора, а напряжение на выходе ключа б — равным +Up. В момент времени 4 импульс с выхода генератора 15 тактовых импульсов снова опрокидывает триггер

8, и процесс, таким образом, повторяется, Как видно из описания и диаграммы работы

АЦП, в нем узел, состоящий из генератора 10 линейно-изменяющегося напряжения, компаратора 13, генератора 15 тактовых импульсов и триггера 8, осуществляет преобразование и интервал времени Т, мгновенных значений выходного напряжения интегратора 1, относящихся к фиксированным моментам времени, отстоящим друг от друга на интервал времени Т, который является периодом повторения импульсов с выхода генератора 15.

При подаче на вход АЦП преобразуемого напряжения U.,)0 уровень выходного напряжения интегратора 1 снижается и соответственно увеличивается время заряда до уровня

U,n конденсатора 11, т. е. увеличивается интервал времени Т„в течение которого на вход интегратора 1 поступает компенсирующее образцовое напряжение — U . Графики изменения входного напряжения У„и выходных напряжений U. интегратора 1, эглин генератора 10 линейно-изменяющегося напряжения и напряжения на выходе ключа 6 показаны для этого случая на фиг. 2 сплошными линиями. Соответственно, для случая U (0 эпюры напряжен ий в тех же точках схемы показаны штриховой линией.

Преобразование относительной величины интервала времени (Т, — Т ) Т в цифровой код выполняется цифровым измерителем 16 временного интервала.

Статическая точность предлагаемого преобразователя не зависит от величании параметров элементов прямой цепи преобразования, т. е. от величин емкости интегрирующего конденсатора 3, а также емкости конденсатора 11 и величины тока генератора 10 линейно-изменяющегося напряжения.;Не вносит дополн ительных погрешностей также и медленное изменение порога срабатывания компаратора 13.

Помехозащищенность и быстродействие предлагаемого АЦП выше по сравнению с известным. Действительно, в АЦП производится преобразование в интервал времени мгновенных значений выходного напряжен ия интегратора 1, соответствующих моментам прихода на вход триггера 8 импульсов с выхода генератора 15, период повторения которых является постоянной величиной. Если выбрать его равным периоду помехи, то мгновенное значение напряжения на выходе ингегратора 1 в эти моменты времени не будет зависеть от вел ичины помехи. Поскольку в течение всего времени Т преобразования выходного напряжения интегратора в длительность интервала времени генератор линейно-изменяющегося напряжения оказывается отключенным от интегратора, то помехи не влияют на этот процесс.

567206

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор тактовых импульсов я двух5 входовый интегратор, один вход которого соединен с входным зажимом устройства, а другой — с выходом двухпозиционного ключа, входы которого подключены к выходам источника образцовых напряжений, а управляю10 .щий вход ключа и вход цифрового измерителя интервалов времени подключены к выходу тр иггера, один вход которого соединен с выходом компаратора, первый вход которого соединен с выходом генератора линейно-изме15 няющегося напряжения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и помехоустойчивости, в него введен ключ, сигнальный вход которого соединен с выходом двухвходового интегратора, управляющий

20 вход этого ключа соединен с выходом триггера, а выход — с входом установки начального состояния генератора линейно-изменяющегося напряжения, причем второй вход триггера подключен к выходу генератора тактовых им25 пульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 365038, 30 кл. Н 03 К 13/20, 01.02.71.

2. Патент США № 3051939, кл. 340 — 347, 1970.

567206

/7f"õ

Составитель Д. Голубович

Техред М. Семенов

Редактор E. Караулова

Корректор Л. Брахнина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1839/8 Изд. № 656 Тираж 1080 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4i5