Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву

51)M. Кл .

Н 03 К 13/20 (22) ЗаЯвлено 02.01.75 (21) 2091139/1 с присоединением заявки Рй 2091140 (23) П риоритет—

Гвсударстваккьй каатат

СССР

IN ДРЯНЯМ II306PIITOIIIIII к аткритвй

Опубликовано 05.09.79. Бюллете

Дата опубликования описания 15, З) УДК 681.325 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. Б. Селибер, В. И. Соколов, Ю. Б. Голуб, В. P. Романовский и В.Г. Тоубин

Ленинградский электротехнический институт связи имени проф. М. А. Бонч-Бруевича и Ленинградский приборостроительный ордена Октябрьской Революции завод "Вибратор" (71 ) Заявители (54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электроизмерительной технике, может найти применение в интегрирующих аналогово-цифровых преобразователях для преобразования постоянного напряжения в цифровой код.

Известен способ аналого-цифрового преобразования постоянного напряжения, содержащего аддитивную периодическую помеху, основанный на его интегрировании в течение интервала времени, сформированного иэ вьщеленного напряжения помехи путем его усиления, ограничения и формирования импульсов, соответствующих моментам перехода кривой напряжения помехи через нуль с периодом, равным или кратным напряжению помехи (1).

Однако формирование импульсов, соответствующих моментам перехода кривой напряжения помехи через нуль при наличии в составе напряжения помехи шума или полигармонической помехи сопровождается значительной погрешностью.

Эта погрешность приводит к снижению точности и и помехозащищеииости преобразования.

Известен также способ аналого-цифрового преобразования, включающий вьщелеиие аддитивной периодической помехи и одновременное интегри° рование упомянутой помехи и смеси преобразуемого напряжения и этой помехи в течение фиксированного интервала времени, а затем последующую компенсацию напряжения помехи (2) .

Однако известный способ аналого-цифрового преобразования не позволяет получить высокую помехозащищенность и точность преобразования постоянного напряжения, содержащего периодическую помеху, изменяющуюся в широком диапазоне частот, так как дополнительный фазовый сдвиг и неравномерность амплитудно-частотной характеристики, имеющие место при вьщелении напряжения помехи, не позволяют произвести точную компенсацию напряжения помехи. Кро.ме этого, неидентичность постоянных времени интегрирования помехи и смеси преобразуемого напряжения и помехи, а также наличие дополнительных операций коммутации снижают помехозащищенность и точность известного способа.

Цель изобретения — повышение точности и помехозашищенности аналого-цифрового преобразования.

6847 где т1, т, — постоянные времени интегрирования смеси постоянного напряжения и напряжения помехи и отдельного интегрирования напряжения помехи соответственно;

΄— преобразуемое постоянное напряжение;

U1stncot — напряжение помехи частотой со= 4о — (Тп — период помехи) с амлитудой 01, 26l

U1sin(mt+a) — напряжение помехи после выделения из смеси преобразуемого напряжения и д напряжения помехи с амплитудой U1 и дополнительным фазовым сдвигом р.

Решение первого уравнения системы относительно Т1 дает значение Т1 — — — =. Тп, а втоЯЖ

50 рое уравнение имеет два корня: Т1 = Т вЂ” - п и T1 = Тп. Общим корнем системы является знаI чение Т вЂ” — T„, т. е. период напряжения помехи.

Так как второе уравнение имеет два корня, то останавливая интегрирование смеси преобразуемо- 5 го напряжения и помехи по четному (второму) переходу интеграла от напряжения помехи через нуль, получаем время интегрирования, равное

Поставленная цель достигается тем, что при аналого-цифровом преобразовании предлагаемым способом, включающим одновременное интегрирование смеси преобразуемого напряжения и напряжения аддитивной периодической помехи, а также выделение напряжения аддитивной периодической помехи и ее интегрирование,интегрирование смеси преобразуемого напряжения и напряже. ния аддитивной периодической помехи заканчивают в момент времени, соответствующий четному 10 переходу интеграла от напряжения адцитивной помехи через нуль, причем постоянную времени интегрирования выбирают в зависимости от уровня помехи, Способ состоит в следующем. Иэ суммы пре- 15 образуемого постоянного напряжения и периодической помехи выделяют напряжение помехи и одновременно раздельно интегрируют помеху и указанную сумму. Интегрирование происходит в течение некоторого принудительного времени

То необходимого при высокочастотной помехе или при отсутствии какой-либо помехи. Заканчивают интегрирование в момент времени Т1, соответствующий четному (например, второму) переходу интеграла от напряжения помехи через нуль. 5

Система уравнений, соответствующая операциям интегрируемой суммы преобразуемого напряжения помехи, имеет вид:

7; ц (х+i11 т) dt

ЗО

Х 1, 1

Т

J Ugsin (t+Qdt=0 2 периоду помехи независимо от дополнительного фазового сдвига, вносимого при вьщелении помехи. Таким образом, результат интегрирования указанной смеси не зависит от напряжения помехи. Этот вывод справедлив и для полигармонической помехи, но при линейной фазочастотной характеристике устройства, выделяющего напряжение помехи.

Так как точность определения нуля интеграла от напряжения помехи зависит от скорости: нарастания и спада напряжения помехи, т. е. от производной напряжения помехи по времени, то при постоянных частоте помехи и пороге срабатывания устройства определения нуля интеграла от напряжения помехи она прямо пропорциональна амплитуде напряжения помехи. Поэтому перед интегрированием напряжения помехи автоматически выбирают постоянную времени в зависимости от уровня помехи (например, йспользуя свойства полевого транзистора или фоторезистора оптрона как управляемых сопротивлений), добиваясь этим максимально возможного использования линейной части характеристики устройства, интегрирующего помеху.

На фиг. 1 а, б, в, r приведены временные диаграммы изменения напряжений, поясняющие способ, причем на фиг. 1 а — аддитивная смесь преобразуемого напряжения и помехи; на фиг. 1 б— напряжение помехи после вьщеления (штриховыми линиями показаны соответственно одинаковые площади); на фиг. 1 в — изменение интегрального значения напряжения помехи во времени; sa фиг. 1г — импульсы, соответствующие моментам перехода интеграла от напряжения помехи через нуль.

Зля аналого-цифрового иреобразоваиия может служить устройство, содержащее источник опорного напряжения, вход которого соединен с первым входом двухпозиционного ключа, второй вход которого соединен с шиной входного сигнала и со входом блока вьщеления напряжения помехи, а выход — со входом интегратора, выход последнего через нуль-орган соединен с первым входом элемента совнадеиия, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов . образцовой частоты, а его оба выхода — с соответствующими входами счетно-решающего блока и интегратор помехи.

В это устройство введены блок автоматической регулировки постоянной времени интегратора помехи, блок нуль-органа р триггером со счетным входом, блок задания минимального времени интегрирования, причем вход блока выделения напряжения помехи через блок автома-. тической регулировки постоянной времени интегратора помехи-соедиген со входом интегратора помехи, выход которого соединен с первым входом блока нуль-органа с триттером со счет5 684738 6 ( ным входом, второи вход которого подключен от напряжения помехи через нуль на выходе к выходу блока задания минимального времени интегратора 7 помехи. интегрирования, а выход — к третьему входу По команде блока 8 нуль-органа с триггером элемента совпадения и к управляющему входу со счетным входом, соответствующей четному двухпозицнонного ключа. переходу выходного напряжения интегратора 7

На фиг. 2 представлена структурная злектри- через нуль, двухпозиционный ключ 3 подключает ческая схема устройства для реализации способа источник 2 опорного напряжения, полярность коаналого-цифрового поеобразовання. торого противоположна полярности измеряемого

Устройство содержит интегратор 1 сигнала,ис- напряжения, к интегратору 1, а выход генератоточник 2 опорного напряжения, двухпозицион- 10 ра 10 через элемент совпадения 11 подключает ко ный ключ 3, нуль-орган 4, соединенный с выхо- второму входу блока 12. Так начинается второй дом интегратора 1. К выходу блока 5 выделения такт измерения. Необходимо отметить, что выданапряжения помехи подключены последователь- ча команды с блока 8 шунтнруется блоком 9, но соединенные блок 6 автоматической регули- на минимальное принудительное время То, которое ровки постоянной времени интегратора помехи, >5 необходимо в случае высокочастотной помехи или интегратор 7 помехи и блок 8 нуль-органа с триг- отсутствия какой-либо помехи. Это позволяет оггером со счетным входом, вход которого соеди- раничить время интегрирования снизу и уменьнен с ключом 3. Ко второму входу блока 8 шить динамический диапазон работы интегратора подключен блок 9 задания минимального време- 1. Конец второго такта измерения определяется ни интегратора. Генератор 10 импульсов образ- о моментом времени, когда напряжение на выходе цовой частоты через элементы совпадения 11 под- интегратора 1 под действием опорного напряжеключен к двум входам счетно-решающего бло- ния ц> становится равным нулю. ка 12, который в цифровом виде вычисляет от- По команде нуль-органа 4, вырабатываемой в ношение числа импульсов, поступивших от гене- этот момент, интеграторы 1, 7 переводятся в ратора 10 на один его вход, к числу импульсов, 5 режим коррекции дрейфа нуля, а счетно-решаюпоступивших на другой вход. Управляющие вхо- щий блок 12 — в режим деления импульсов Nq, ды элемента совпадения 11 соединены с нуль- поступивших в течение второго такта, на колиорганом 4 и выходом блока 8. Клемма 13 пус- чество импульсов й„поступивших от генератора ка устройства соединена с интеграторами 1, 7 @ 10 в течение первого такта. Таким образом, в блоками 9, 11. зо блоке 12 имеется результирующий код, пропорУстройство работает следующим образом. Цикл циональный измеряемому постоянному напряжеиэмерения, состоящий из трех тактов, начинает- нию и не зависящий от напряжения адднтивной ся с такта коррекции дрейфа нуля интеграторов периодическои помехи.

1, 7. В течение такта коррекции измеряемое постоянное напряжение U, содержащее аддитивную З5 периодическую помеху, через двухпозиционный Формула изобретения ключ 3 поступает на интегратор 1, а через блок

5 напряжение помехи поступает в блок 6. В бло- 1. Способ аналого-цифрового преобразования, ке 6 в зависимости от уровня помехи автомати- включающий одновременное интегрирование смечески выбирается постоянная времени интегриро- си преобразуемого напряжения и напряжения ад40 вания интегратора 7 (например, используются дитивной периодической помехи, выделение насвойства полевого транзистора или фоторезистора пряжения ардитивной периодической помехи н оптрона как управляемых сопротивлений) для ее интегрирование, отличающийся тем, максимально возможного использования линей- что, с целью повышения точности преобразования, ной части характеристики интегратора 7 нри ин- 45 интегрирование смеси преобразуемого напряжения тегрировании напряжения помехи в следуинцем и напряжения аддитнвной периодической помехи такте измерения. По сигналу с клеммы 13 ин- заканчивают в момент времени, соответствующий теграторы 1, 7 переводятся в режим иитегриро- четному переходу интеграла от напряжения аддивания, а на элемент совпадения 11 поступает раз- тивной помехи через нуль. решение на прохождение импульсов образцовой

5О

2. Устройство для осуществления способа аначастоты от генератора 10 на первый вход счетно- лого-цифрового преобразования по п. 1, содержарешавшего блока 12. Так начинается первый шее источник. опорного напряжения, выход кототакт измерения, в течение которого интегратор рого соединен с первым входом двухпознцнонно1 интегрирует смесь измеряемого напряжения и го ключа, второй вход которого соединен с шипомехи, а интегратор 7 — только напряжение ло- ной входного сигнала и со входом блока выделе55 мехи, Интегрирование указанной смеси заканчи- ния напряжения помехи, а выход — со входом вается в момент времени, соответствующий чет-.: интегратора, выход последнего через нуль-орган ному (например, второму) переходу интеграла соединен с первым входом элемента совладения, входом интегратора помехи, выход которого соединен с первым входом блока нуль-органа с триггером со счетным входом, второй вход которого подключен к выходу блока задания мини- . мального времени интегрирования, а выход — к третьему входу элемента совпадения и к управляющему входу двухпозиционного ключа.

Источники информации,- принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР N 339872, G 01 R 19/26, 1968.

2, Авторское свидетельство СССР N 413617, Н 03 К 13/20, 1971.

7 684738 второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов образцовой частоты, а его оба выхода — с соответствующими входами счетно-решающего блока, и интегратор помехи, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введенъ блок автоматической регулировки постоянной времени интегратора помехи, блок нуль-органа с триггером со счетным входом, блок задания минимального времени интегрирования, причем выход блока выделения напряжения помехи через блок автоматической регулировки постоянной времени интегратора помехи соединен со