Аналого-цифровой преобразователь

 

ОГ1ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 683Gl7

Союз Соеетскнх

Социалистических

Республик с (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 15.06.77 (21) 2496318/18-21 с.присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 30.08.79. Бюллетень ¹ 32 (45) Дата опубликования описания 31.08.79 (51) М.Кл Н 03 К 13/17

Государстеенный комитет (53) УДК 681.325 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

В. Н. Махов, А. В. Жуков и Б. С. Новисов

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. С. М. Кирова (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к радиотехнике.

Известен аналого-цифровой преобразователь, основанный на методе поразрядного кодирования с последовательным умножением остатков, содержащий несколько ячеек памяти уровня напряжения, включенных в обратную связь усилителя, к входу которого подсоединен также источник эталонного напряжения и источник измеряемого напряжения (1).

Однако устройство имеет низкую точность преобразования.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, блока определения знака, блока дискриминаторов, блока коррекции, блока синхронизации и обработки кода, а управляющие входы соединены с управляющими выходами блока коррекции, блока синхронизации и обработки кода, блока определения знака, блока дискриминаторов, входное устройство, выходы которого соединены со входами блока определения знака и коммутатора, выходы которого соединены со входами усилителя, выходы блока коррекции соединены со входами блока синхронизации и обработки кода и блока эталонов, выход которого соединен со входом интегратора и блока дискриминаторов (2).

Однако устройство имеет низкую точность преобразования и ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, коммутатор, усилитель, интегратор, блок коррекции, блок синхронизации и обработки кода, блок определения знака, блок эталонов, блок дискриминаторов и блок управления, введены преобразователь напряжения в ток. согласователь импедансов, блок выбора режима измерения, цифро-аналоговый блок и блок усредненич, причем, аналого20 вый вход преобразователя напряжения в ток соединен с выходом усилитсля, управляющие входы соединены с выходами блока коррекции, блока управления, а выход соединен со входом интегратора, выход которого через согласователь импе25 дансов соединен с аналоговым входом коммутатора; вход блока выбора режима измерения соединен с аналоговым выходом входного устройства, а выход соединен с измерительным входом блока управления. з0 вход блока усреднения соединен с выходом

683017 блока управления, а выход через цифроаналоговый блок соединен с входом блока управления.

Структурная электрическая схема предлагаемого преобразователя приведена на чертеже.

Устройство содержит усилитель 1 с коэффициентом передачи, равный единице (выполняет роль суммирующего звена), преобразователь 2 напряжения в ток, линейный (1, =- К U (1, — ток на выходе преобразователя 2, К, — коэффициент пропорциональности, U — напряжение на входе преобразователя), конденсатор 3, согласователь 4 импедансов с большим входйым сопротивлением, ключи 5 и 6, входное устройство 7, служащее для формирования сигналов с заданной длительностью, плоской вершиной и с сохранением амплитуды, ключ 8, связывающий вход усилителя 1 и выход повторителя 4, блок 9 генераторов эталонных токов (величина вырабатываемых токов соответственно равна -1- 1; — 1; 2" 1; — 2" 1, где и — число разрядов измеряемого сигнала), блок 10 выбора режима измерения, служащий для задания одного из режимов измерения в зависимости от ситуации в измерительном тракте и вида информации, блок 11 синхронизации, служащий для синхронизации режимов (алгоритмов) работы всего устройства, (вырабатывает синхроимпульсы с периодом At ), блок 12 управления, служащий для управления всеми блоками, блок

18 пересчета и вывода кода (служит в качестве адресного регистра счетчика синхроимпульсов сумматора и блока вывода кода), блок 14 дискриминаторов, служащич для оценки величины амплитуды (имеет m дискриминаторов уровней, пороги которых расположены от «О» до U„,,„÷åðåç равные промежутки напряжения AU, = U,„,„2 " где Лӄ— промежуток между двумя соседними порогами), блок 15 коррекции эталонов (служит для коррекции величины эталонов в режиме коррекции), блок 16 коррекции коэффициента умножения (коэффициента преобразования U — !„). Ключи

17 и 18 служат для подачи измеряемых сигналов на вход усилителя, ключ 19 служит для реализации операции инвертирования в алгоритме преобразования. Блок

20 коррекции нулевого уровня, вырабатывает напряжение, которое подается на вход усилителя 1 и компенсирует погрешность нулевого уровня, блок 21 коррекции коэффициента преобразования вырабатыва сигнал, пропорционально которому меняется период следования синхроимпульсов At.

Цифро-аналоговый блок 22, выра батывает набор команд, в соответствии с которым блок управления 12 преобразует код (на входе блока 22) и соответствующее напряжение на конденсаторе 3, блок 28 усреднения вырабатывает цифровой код

65

5 0

l5

55 (число ступенек), в соответствии с которым смещается по (шкале амплитуд) данный измеряемый сигнал. Преобразователь также содержит блок 24 управления эталонами, ключи 25, 26, 27 — дискриминатор 28 знака (служит для определения знака измеряемого сигнала), блок 29 индикации знака измеряемого сигнала, блок 30 .ыбора и управления режимов коррекции.

Коммутатор 81 включает в себя все ключи и служит для коммутирования аналоговых сигналов. Блок 82 коррекции включает в себя блоки 15, 16, 20, 21, 80), блок 88 синхронизации и обработки кода включает блоки 11, 18, блок 84 определения знака включает в себя блоки 28 и 29, блок 85 эталонов включает олоки 24 и 9, интегратор 86 служит для накопления зарядов, наиболее простой его реализацией является использование конденсатора 8.

Работа устройства основана на том, что при строго фиксированном отрезке времени At можно произвести с зарядом Q на конденсаторе 8 операции вычитания эталопа и умножения разности на коэффициент К (в случае преобразования измеряемо;о сигнала по методу умножения остатков К-2). Для этого необходимо на выход усилителя 1 поставить преобразователь 2, выход которого подсоединен к конденсатору 8, который через согласователь 4 соединен со входом усилителя 1.

В исходном состоянии открыты, в зазисимости о полярности измеряемого сигнала, ключи 5 (при + U.„„1, или 6 (при — U,„.„). Входной сигнал U,,„, сформированный по форме во входном устройстве 7 подается через усилитель 1 на вход преобразователя 2, который заряжает конденсатор 3 за,время А4 до,напряжения U,, пропорционального измеряемому. После этого ключи 5, 6 размыкаются, а 8 замыкается. Кроме того, к конденсатору 3 подключается ток от блока 9. 3а последующий промежуток времени At> исходный заряд

Qo U,. С на конденсаторе 8 изменится на величину Qp=1pAti, где 1р — величина тока генератора 9, и на величину

Q.==-1„ Ыь где 1„ — ток преобразователя 2, !„=Я(i) К1С, где Q(1) — заряд на емкости в момент времени 1. Таким образом, заряд на емкости во времени будет меняться в соответствии с соотношением

Q (1) Qo+ QI (1) + Q2(t) Qo 1p 1 +

+ Q(t) К 1/С. За заданный промежуток времени At заряд изменится на величину

ЛЯ=Я(At) =Qp — Q„+ Q(At) К М/С, где

Q„=-=-,М. Отсюда для частного случая

q(gt) Qo Рэт

1 — K t, C

Для того, чтобы процесс преобразования происходил по методу умножения остатков, необходимо, чтобы к концу (второ683017

l0

СССР

65 корректируется с помощью блока 15 модуль величины тока 2"lр (либо 1Ä).

В (режиме коррекции коэффнцис:гга умножения подк (!о (а ется To((1р на ВР МЯ (Ai) одного такта, затем замыкается ключ 8 (1р отключается) . За следующие п тактов заряд на емкости конденсатора 8 возрастает в 2" раз, после чего ключ 8 размыкается и подклю (ается ток — 2"1, (либо — 1р) и происходит разряд конденсатора 8 в течение одного такта (либо и тактов), по оставшемуся напряжению па конденсаторе 8 ведется коррекция коэффициента умножения К с помощью блока

1б. В случае р авснства напряжения -Ia конденсаторе 8 нулю выполнится равенство К, К К4 — 2, где К(, 2, 4 — коэффициенты передачи блоков 1, 2, 4..

В режиме коррекции нулевой линии разрядные токи не подключаются, ключи

5, б, 8, 17 — 19 остаются разомкнутыми. По величине смещения нулевого уровня на конденсаторе 8 ведется коррекция нулевого уровня с помощью блока 20.

В режиме коррекции коэффициента преобразования на вход устройства подается эталонный сигнал и по разности эталонного и полученного кодов производится коррекция с помощью блока 21 величины At (либо величин Uq, либо /р и

2"I„). В режиме сложения (вычитания) двух сигналов в течение, первого такта, по разным входам (ключи 17, 18 замкнуты) происходит заряд конденсатора 8 до разностного напряжения U„,— U„-„ëàëåå процесс кодирования происходит в соответствии с выбранным режимом.

В режиме цифро-аналогового преобразования цифро-аналоговый блок 22 через блок управления 12 задает алгоритм заряда конденсатора 8 и умножения (ключ 8 замкнут) в соответствии с цифровым кодом по следующему закону.

Если в старшем разряде единица, то в течение перьвого такта (At() заряд на конденсаторе 8 станет равным 2Q, (подключен +1„), а за п циклов он станет равным

2 Q„, если после первого цикла +1р отключается, если +1р не отключается, то суммарный заряд на конденсаторе 8 через п циклов примет значение

Q, =- 2 a„Q„+ 2"+ a„!Q„+ ... + аД„.

Таким образом, для произвольного кода

A =à„+ а„— 1+ ..ао можно сформировать напряжение, соответствующее данному коду, Для этого в промежутки времени At, соответствующие

a;(tIt; соответствует а,, и т. д.) необходимо включать +1р, в случае а;=1 и отключать +Ið в случае а;=О.

В режиме усреднения (разравнивания

1((нрины каналов) блок 28 (имеющий счетчик ступенек усреднения) вырабатывает код, в соответствии с которым после заряда конденсатора 8 до U,. блок 12 включает генератор +1„блока 9 и дозаряжает емкость на (Icëè÷Ð!í, соответству(ощую коду. Пос (е этого начинается процесс преобразования В соответствии с заданным режимом преобразования. В конце преобразозования из полученного кода вычитается код счетчика ступенек.

Формула изобретения

А((алого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, управля(ощие выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, блока определения знака, блока дискриминаторов, блока коррекции, блока сирихронизации и обработки кода, а управляющие входы со сдипены с управляющими выходами блока коррекции, блока синхронизации и обработки кода, блока определения знака, блока дискриминаторов, входное устройство, выходы которого соединены со входами блока определения знака и коммутатора, выходы которого соединены со входами усилителя, выходы блока коррекции соединены со входами блока синхронизации и обработки кода и блока эталонов, выход которого соединен со входом интегратора и блока дискриминаторов, о т л и ч а ю щ и йс я тсм, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены преобразователь напряжения в ток, согласователь импедансов, блок выбора режима измерения, цифро-аналоговый блок и блок усреднения,. причем аналоговый вход преобразователя напряжения в ток соединен с выходом усилителя, управляющие входы соединены с выходами блока коррекции и блока управления, а выход соединен со входом интегратора., выход которого через согласователь (мпед.(((coâ соединен с аналоговым входом коммутатора, вход блока выбора режима избеги HHH соединен с аналоговым выхо (ом входного устройства, а выход соединен с изм< рительным входом блока управления., вход блока усреднения соединен с выхоки слока управления, а выход чер -з цифро-аналоговый блок соединен со входом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Гитис Э, И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств, «Энергия», М., 1975, с. 303.

2. Авторское свидетельство

¹ 448399221199, кл. Н 03 К 13/17, 1972.

6830,1 7

Составитель А. Титов

Техред А. Камышннкова

Редактор Н. Коляда

Корректор С. Файн

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент». лаказ 757/964 Изд. ЛЬ 481 Тираж 1060 Подписное

НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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