Способ время-импульсного аналого-цифрового преобразования напряжения постоянного тока и устройство для его осуществления

 

О Л И С А Ы И Е 744975

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)ЗаявленО 31 03 78 (21) 2597414/18-21 (51 ) М. Кл.

Н 03 К 13/20 с рисоедкненкем заявки № 2597413/18-21

Веуде11стееивй ке1еитет

СССР ао аеее1е изееретеиий к открытий (23) ПриоритетОпубликовано 30.08.80. Бюллетень № 24 (53) УДК 681.325 (088.8 ) Дата опубликования описания 03.07.80 (72) Авторы изобретения

Р. М. Гайдучок, N. M. Дорожовец, А. В. Серкиэ я О. И. Чайковский

Львовский ордена Ленина политехнический институт (71) Заявктепь

{54) СПОСОБ ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО АНАЛОГО-БИФРОВОГО

ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

Изобретение относится к области цифровой електроиэмерительной техники.и мо1иет найти применение при построении speмя-импульсных аналого-цифровых преобразователей {AIEI).

Известен способ время-импульсного.

5 цреобраэования: напряжения постоянного тока во временной интервал, основанный на .формировании разве ртыв ающегося напряжения с определением интервала времени от начала формирования развертываю щет ося напряжения до сравнения его со входным (1).

Недостатком известного способа время-импульсного преобразования -являет15 ся влияние на точность преобразования напряжения помехи нормального вида.

Наиболее близким к данному изобретению но своей су1цностй является способ время-импульсного анапого-цифрового пре

10 образования, в котором с целью повьппения точности применяют усреднение нескольких результатов измерений, полученных методом обычного время-импульсного преобоезования, через полпериода основной гармоники напряжения помехи f2/

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет достичь значительного повышения точности преобразования при ассиметрии напряжения помехи.

Белью настоящего изобретения является повышение точности время импульсного аналого-цифрового преобразования напряжения постоянного тока при действии несимметричного напряжения помехи.

Поставленная цель достигается тем, что формируют образцовое развертывающееся напряжение, квантуют импульсами стабильной частоты интервал времени от начала формирования до момента равенства б обрюцового и преобразуемого напряжений, затем в каждом цикле преобразования выделяют интервап времени между моментом равенства развертывающегося и входного напряжений и ближайшим моментом перехода напряжения помехи через нулевой уровень, в следующем ц1псле начало формирования раэвертыв аюшегося натряжения

75 4

При этОм знак + принимается поя жительным, если равенство Up c (0 + О„, ) наступило раньше, чем блиХ жайший переход помехи через нулевой

1 уровень, В противном случае знак от риц ате п ьн ый.

При втором преобразовании начало развертки смещается отно "ительно начала

1 в первом цикле на величину t в сто-! рону, определяемую знаком 1 . Как и в первом цикле, определяется,, В

2 спедующем цикле начало развеотки снова с смещается на величину t, относительно

2 второго цикпа, ипи на величину 4, + 1, относительно первого запуска. Смешение начала развертки в I -том цикле относи-. тепьно первого запуска определяется выражением ! 1 — Ь, J =1

В каждом I -том цикле определяется I информативный интервал времени который квантуется импульсами опорной частоты и соответствующее число импульооВ копируется в принятой системе счис.пения, Приведенная ко входу погрешность преобразования Л О,, обусловленная воздействием помех, в t -том цикле определяет1- I ся из следующего выражения ЛО,=(Ч-1) к(-S Ltx ), 2 х Ф где Ч=,„

$ - крутизна развертки; с — максимальная крутизна помехи;

Т вЂ” — попупериод помехи.

Коэффициент подавления помехи в I -ом

3 7449

Сдвигают на выдепенный интервал времени.

8 результате ч акого итерационного арс цесса сравнение развертывающегося напряжения с выходом осуществляется в окрестности перехода напряжения помехи

5 через нулевой уровень.

Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим генератор линей но-изменяющегося напряжения, выход которого соединен с первым входом блока сравнения, выход которого соединен с первым входом блоке управпения кпючом, выход поспеанего подсоединен к входу запоминающего регистра и к первому входу кпюча, второй вход которого подкпючен к генератору образцовой частоты, а выходк счетному входу счетчика импульсов, разрядные выходы которого через запоминающий регистр соединены с входами цифрового отсчетного устройства, дополнительно снабженным блоками выдепения напряжения помехи, выделения интервала времени, сравнения кодов, триггером и реверсивным счетчиком импульсов, счетный вход которого соединен с генератором образцовой частоты, а разрядные выходы - с одними входами блока сравнения кодов, другие входы которого связаны с разряаными выходами счетчика импульсов, а его выход подкпючен к управляющему входу генератора линейно-изменяющегося напряжения и к первому входу триггера, выход которого подключен к управпяющему входу бпока сравнения кодов и к входу сброса счетчика импульсов, второй вход триггера

35 подклочен к второму входу блока управления, ключом и к первому выходу блока выделения помехи, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения и шиной входного сигнапа, а второй выход40 с первым входом блока выдепения интервапа времени, второй вход которого соединен с выхо ом блока сравнения, а два его выходе цодкпючены к управляющим

sxo l1 BM pals еосив ного счетчик а импу пьсов, На фиг. 1 представлены временные диаграммы возможных случаев протек ния итерационного процесса; на фиг. 2 изображена блок-схема устройства, реапизующего способ; на фиг, 3 и 4 — эпюры выходных сигналов отдельных блоков.

При первом преобразовании в момент перехода напряжения помехи Ц„(фиг.1) через нупевой уровень начинается формирование развертывающегося напряжения

О и определяется интервал времени т. между моментом сравнения Ц с (Д„+О,), где lJ - измеряемое напряжение, ч бпи кайшйм переходом помехи через иупь.

4 =20(g >>, =2+I — 1) Eg(V -1)

Как видно из последнего выражения, процесс сходимости итерационного лроцеоса является очень быстрым, и его скорость возрастает,с увеличением крутизны развертки, Через 3-4 цикла погрешность преобразования, обусловленная помехой, практически становится пренебрежимо малой.

Устройство содержит блок 1 сравнения, генератор 2 линейно-изменяющегося напряжения, генератор 3 образцовой частоты, блок 4 выделения интервапа времени, реверсивный счетчик 5 импульсов, блок 6. сравнения кодов, блок 7 выделения помехи, блок В управпения ключом, ключ 9, счетчик 10 импульсов, запоминающий регистр 11, цифровое отсчетное устройство 12 и триггер 13.

На входы блока 1 сравнения 1 подает» ся измеряемое напряжение Д, с напря5 7449 жеиием помехи (j„è Выходи Ее и»»е»ряжение (ф ге!ее р ато ра 2 лине и1ю-и.s!! e!»ÿiolneгося напряжения. В момент равенства этих напряжений на выходе блока 1 сравнения появляется импульс, который» поступает на второй вход блока 4 выделения

5 интервала времени и первый вход блока

8 управления ключом. Входное напряжение также подается иа вход блока 7 выделения напряжения помехи, на Выходах

16 которого формируются прямоугольные импульсы. Первый выход блока 7 выдсления напряжения помехи соединен с вторым входом блока 8 управления к{ночом и вторым входом триггера 13, которь!е срабать»вакл при каждом переходе помехи чсрез нулевой

15 уровень с положительной производной, Второй выход блока 7 выделения помехи подключен к второму- Входу блока 4 выделения интервала времени, на выходах формиру»отся прямоугольные импульсы, али-тельность которых равна !»!»Тервьлу времени между моментом сравнения Up и (.)„+ Uk, II моментом перехода напряжения помехи через нупевой уровень с отрицательной про=

25 изводной, причем иа первом выходе блока

4 появляется импульс, если сравнение осуществилось раньше перехода напряжения помехи через нуль, в противном случае импульс появляется на втором выходе. Зти импульсы подаются соответстве»!По на Bõo«39 ды суммирования и вычитания счетчика 5, счетный Вход которого подсоединен к Выходу генератора 3. Счетчик 5 в течение длительности управляющего импульса работает на сумме»роване!е или вычитание в за-З5

ВИСИМОСТИ ОТ Того, HQ K ВКО и Вход llplIL{! Ji импу{еьс с Выходов блока 4 выделения интервала времеflll.

На выходе блока 8 управления ключом формируется прямоугольный импульс, дли40 тельность которого определяется и1»гервалом времени между гереходом н! {»ряжения помехи через нулевой уровень с положительной производной и последу»ощим мо,1 с ментом сравнения. Этот импульс oTI

3 импульсы образцовой частоты поступа»от на счетный вход счетчика 10, кроме того, он поступает на управляющий вход запоминающего регистра 11. Отрицательный фронт импульса дает разрешение на запись кода из счетчика 10 в заломинающий регистр 11, выходы которого связаны с входами отсчетпого цифрового устройства 1,, Разрядные Выходы счетчиков импульсов

Ы

5 и 10 подключены к входам блока 6

"равнения кодов, в момент равенства кс дов обоих счетчиков на выходе которой

75 появляется импульс, который поалетсе! Ila запуск г{и оратора 2 и на первый вход триггер": 13, Опрокидывающий его. Импул» сы с В!ухо»»а триГГера подаются Ifa вхОд сб роса счет - ик а им» у л ьсоВ 10 и у прав;lяющий Вход блока сравнения колов 6, причем счетчик импульсов 10 обнуляется обош.1и фронтами ик{пульсов, а блок сравне!и!я кодов 6 отк!»ючается задним!! и включается передними фронтами импульсов.

При включееп»и устройства в реиерсивпом с<>етче»ке имнъ чьсОВ 5 устав"-Вг IIBQeTcci про1 извольное число !" е . В моме!!т перехода напряжения помехи через нулевой уровень с отрпцательной производной по сит налу из блока 7 выде.»ения помехи (фиг.

3; 4) триггер 13 опрокидывается в единичное со стояние 11 Открывается кл!Оч 9, в геезул!.Тате чего, пос»»е обпуления. счет цl!»

10 иач- B:. leò за!!Олияться I.! llò; льсами обазцoBОй "»acTOтTы (и Bi» .,:ио »ae СЕ 61 01» 6

cp; I."e1»!!я кОаОВ, Г(р! аОстиже е»еп1 числа им

1 пу-льсов B счетчике 1 0 раВного Н, сраба ыBа 6бiчlo:» 6 ccJBB Iel»kz i»oneев !1 ее вь»ход ной ик!Пульс запускает генератор 2. Кру--изна развертьеваеощегося напряжения генеpaTolJa 2 В 16palia с таким расчетом, что макси», ально возможное время преобразот вания меньше полове»ны периода помехи —, Импульс с выхода блока сравнения кода 6 также опрокиаывает триггер 13, вследствие чего откл!Очается блок сравнения кодов 6 и обнуляется счетчик импульсов 10, который начинает заполпятьСЯ ВНОВЬ. ({,Огла развертываеощееся напряжение

LIB Иа ВЫХОД ГО!ЮратОра 2 дОСТИГВЕТ callaчения ((-,- ((.„срабатывает блок срав1iefIиЯ 1, Выходнои импульс кОтОрОго че рез блок управпс»п!Я ключом 8 aaêðEIBaeò к!Ilоч 9, В результате чегО прекра»дается поступление их{пульсов В счетчик 10 от гei»epaTopa 3, В счетчике 10 в тече!»е!е

Времени 1 зафеп»сируется чиспо импульсов х ,1(,, пропорциональное входному напряi»e Еи !ю.

Выходной импульс блока сравнения 1 также подается в блок выделения интерв{

;l":. Bpei.1ени 4, которы»! выделяет

В (еме ни 0, ме жау моментом сравнения

I I> -- 0 + Ц, и моментом перехода напр;.женин помехи через нулевой уровень с

Отрицательной производное(, На протяжении интервала врэмепе{ ес В реверсивиый

С IOTiilll» I tvillÓ JIBCOB - ПОСТУПВЮТ EI IIÓJIBCBI генератора 3, В результате чего в нем зафиксируется чис»о (({+) t (1 где знак опрелелястся тем, Ela какой вход реверс»!Иного счет п»ка 5(+) ипи (-) по7 744 ступил импульс с выхода блока выделения интервала времени 4.

В следующий момент перехода напряжения помехи через ноль с положительной производной устройство начинает работать

r,8ê при первом измерении лишь с той разницей, что запуск развертыванщегося напряжения смещается относительно первого

Я запуска на величину Ь в сторону, определяемую блоком 4 выделения интервала времени, т,е. в зависимости от того, что раньше наступило: момент сравнения Ц с 0 + /д или момент перехода напряжения помехи через ноль с отрицательной производной. 1S

В ) — том такте смещение начала заПуска развертки относительно первого так I та определяется вели. иной 4 У (+ < ), С j=2.—

a знак определяется как прежде.

В результате такого итерационного процесса момент запуска раэвертываицегося напряжения автоматически выбираетСя ":. аким, что сравнение входного и развертыв ающегося напряжения осущест вляется в окрестности перехода напряжения помехи через нулевой уровень с отрицательной производной, Формул а изобретения

1. Способ время-импульсного аналогоцифрового преобразования напряжения пос= тоянного тока, заключающийся в том, что формируют образцовое рвзвертыв ающееся

35 напряжение, квантуют импульсами стабил ной ч BcTotbi инте рв ал в ре ме ни от и ач ап а формирования до момента равенства образцового и преобразуемого .напряжений, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в каждом цикле: преобразования выделяют интервал времени между моментом равенства развертывающегосяя и входного напряхений и ближайшим моментом перехода напряжения помехи через нулевой уровень, в следующем

45 цикле начало формирования развертывающелн:я напряжения сдвигают на выделенный интервал времени, 2, Устройство для осуществления способа время-импульсного аналого-цифрового

975 8 преобразования напряжения постоянного тс ка по и. 1, содержащее генератор ликейкоизменяющегося напряжения, выхол которого соединен с первым входом блока cpasпения, вых >д которого соединен с первым входом блока управления ключом, выход последнего подсоединен к входу запоминающего регистра и к первому входу ключа, второй вход которого поаключек к генератору образцовой частоты, а выход — к счетному входу счетчика импульса, разри ные выходы которого через запоминающий регистр соелинены с входами цифрового отсчетного устройства, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него лополкительно введены блок выделения напряжения помехи, блок выделения интервала времени, триггер, блок сравнения кодов и реверсивный счетчик импульсов, счетный вход которого соединен с генератором образцовой частоты, а разрядные BbIxoLlbi — с одними входами блока сравнения кодов, другие входы которого связаны с разрядными выходами счетчика импульсов, а его выход подкгпочен к управляющему входу генератора линейно-изменяющегося напряжения и к перво у входу триггера, ab!xoa которого подсоединен к управляющему входу блока сравнения кодов и к входу сброса счетчика импульсов, второй «ход триггера подключен к второму входу блока управления ключом и к первому выходу блока выделения помехи, вход которого соединен с вторым входом блока сравнения и шикои входного сигнала, а второй выход — с первым входом блока выделения интервала времени, второй вход которого соединен с выходом блока сравнения, а два выхода подключены к управляющим входам реверсивного счетчика импульсов соответственно.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Швецкий Б, И, -"-Ьектронкые измерительные приборы с цифровым отсчетом, Киев, 1970, с, 18-21.

2. Гореликов H. И. и др. Малогабаритный цифровой вольтметр на микросхемах.

"Приборы и системы управления", 1973, N 2, с. 16-17 (прототип).

744975

Составителб Н КОзлОВ

Редактор Л. Гольдина Техред О. Андрейко Корректор М. Коста

Заказ 3682/15 Тираж 995 Поштисное

GHMHTIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и Открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4