Аналого-цифровой преобразователь савтоматической коррекцией нуля

 

Союз Советскни

Соцналнстнческнк

РеспублНк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОИУ СВ ЕТИЛЬСТВУ

< 1805490 (61) Дополнмтельмое к авт, саид-ву— (22) Заявлено 28.03.79 (21) 2742746/18-21 (51)М. Кл. с прмсоедмнеммем эаявкм Йо

Н 03 К 13/17

Государстаеаммя аомятет

СССР

IIo лелем нзобретення я отармтяя (23) Прмормтвт—

Опублмковано 150281. Бюллетень 6 (53) УДК 681. 325 (088. 8) Дата опублмковаммя опнсаммя 17,0231 (72) Авторы нзобретенм я

В.Д. Сысоев, В.И. Григорович, A.Ã. Волков и

1, 1.

1 (71) Заявмтель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ НУЛЯ

Изобретение относится к цифровой ,электроиэмерительной технике и может быть применено в цифровых измерительных приборах, устройствах автоматики и вычислительной техники.

Известен преобразователь напряжения в код с системой самоконтроля и автокоррекцией нуля, содержащий нульорган, блок управления, преобразователь код-напряжение, регистр, ключи, триггеры, элементы И, ИЛИ, НЕ. Устройство позволяет, переключая бло,ком управления входы нуль-органа и анализируя сигнал на выходе нуль«органа за К дополнительных тактов, произвести коррекцию полученного кода Г1 .

Однако аналого-цифровой преобразователь имеет низкое быстродействие иэ-за того, что каждый цикл преобразования заканчивается коррекцией йолученного кода, требующей К дополнительных тактов.

Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, счетчик, триггер интервала, селектор, триггер памяти, элементы совпадения, триггер коррекции, сравнивающий блок, инверторы, ключи,,источник дополнительных образцовых, напряжений, реверсивный счетчик кор рекции, цифроаналоговый преобразователь коррекции (21.

Недостаток устройства заключается в том, что при работе аналого-.цифрового преобразователя напряжение смещения нуля суммируется с напряжением поразрядного уравновешивания и возникает несоответствие между кодом и напряжением поразрядного уравновешивания. Схема коррекции охватывает только сравнивающий блок и не позволяет учесть напряжение смещения нуля цифроаналогового преобразователя, IS что приводит к снижению точности преобразования напряжения в код.

Цель изобретения — повышение точности преобразования напряжения в код.

® Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь с автоматической коррекцией нуля, содержащий блок коррекции, включающий первый элемент И, первый элемент НЕ, первый и второй ключи, выходы которых объединены, а первые входы соединены соответственно с общей шиной н с шиной "Вход", при этом вторые входы соединены соответ30 ственно с единичным выходом триггера

805490 коррекции и с выходом второго элемен. та НЕ, вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, кроме тоао, первый вход блока сравнения через цифроаналоговый преобразователь соединен с первыми выходами блока управления, первый вход которого соединен с первым входом счетчика, введены блок регулирующих резисторов, аналоговый мультиплексор, первый и второй элементы ИЛИ, блок установки кода нуля, генератор тактовых импульсов, третий, четвертый и пятый элементы И и аналоговый запоминающий блок, при- 15 чем первый вход его соединен с выходом первого ключа, второй с выходом первого элемента ИЛИ, третий с выходом аналогового мультиплексора, первый выход соединен со вторым входом 2О блока сравнения, а второй выход через блок регулирующих резисторов соеди-нен с первыми входами аналогового мультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами реверсивного счетчика, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции, с первым входом первого .элемента И, через блок установки кода нуля с первыми входами блока управления и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, со вторым входом первого элемента И и через первый элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, второй вход соединен с выходом второго элемента НЕ и с пер- 4О вым входом пятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и со вторым входом четвертого элемента И, а выход соединен с первым входом счет- 45 чика, второй вход которой соединен с первым входом второго элемента ИЛИ и с шиной "Пуск", а выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом триггера коррекции, нулевой вход которого соединен с выходом первого элемента И, при этом выход четверто..го лемента И соединен со вторым входоьфвторого элемента И.

На фиг. 1 представлена структурная

55 схема аналого-цифрового преобразователя с автоматической коррекцией нуля на фиг. 2 — аналоговый запоминающий блок, вариант выполнения; на фиг. 3 — временная диаграмма, поясня- dO ющая работу блока коррекции, где — максимально возможная величина суммарного дрейфа нуля аналогового запоминающего блока, блока сравнения и цифроаналогового преобразователя; 65 ц„„- минимально возможная величина суммарного дрейфа нуля аналогового запоминающего блока, блока сравнения и цифроаналогового преобразователя; hU — диапазон суммарного дрейфа нуля аналогового запоминающего блока, блока сравнения и цифроаналогового преобразователя.

Аналого-цифровой преобразователь содержит аналоговый запоминающий блок 1, блок 2 сравнения, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, блок

4 управления, блок 5 коррекции, содержащий первый и второй ключи 6 и 7, первый и второй элементы ИЛИ 8 и 9, блок 10 регулирующих резисторов, первый и второй элементы НЕ 11 и 12, первый, второй, третий, четвертый и пятый элементы И 13, 14, 15, 16 и 17, реверсивный счетчик 18, генератор 19 тактовых импульсов, аналоговый мультиплексор 20, счетчик 21, триггер 22 коррекции, блок 23 установки кода нуля, шина "Вход" 24, шина "Пуск" 25.

Аналоговый запоминающий блок 1 содержит ключ 26, буферный усилитель 27 с регулируемым смещением нуля, конденсатор 28 хранения.

Аналого-цифровой преобразовательработает следующим образом.

При подаче сигнала "Пуск" счетчик устанавливается в исходное состояние.

Этим сигналом триггер 22 коррекции через элемент ИЛИ 9 устанавливается в единичное состояние. Сигналом с выхода триггера коррекции 22 через элемент НЕ 12 выключается ключ 7, через который на аналоговый запоминающий блок подается сигнал, открывается ключ 6, подключающий информационный вход аналогового запоминающего блока к общей шине, через элемент ИЛИ 8 замыкается ключ 26 аналогового запоминающего блока (фиг.2), с помощью блока 23 установки кода нуля через блок управления на выходе цифроаналогового преобразователя 3 устанавливается нулевое напряжение, через элемент НЕ 12 подается сигнал запрета на элементы И 15 и 17, а по переднему фронту сигнала с выхода триггера коррекции производится установка реверсивного счетчика в исходное состояние и подается разрешение на элементы И 13 и 14.

Наличие сигнала запрета на входе элементов И позволяет во время цикла коррекции отключить блок 4 управления от генератора 19 тактовых импульсов и блока 2 сравнения, таким образом, на выходе блока управления во время цикла коррекции сохраняется неизменно код нуля.

Сигналом с, выхода блока 2 сравнения через элемент HE 11 подается разрешение на элемент И 16 для прохождения тактовых импульсов от генератора 19 тактовых импульсов через элемент И 14 к реверсивному счетчику 18, 805490 через элеМент .И 13 дается команда на окончание цикла коррекции, через эле мент И 15 производится управление процессом поразрядного уравновешива)ния.

Элементы блока 10 регулирующих резисторов настраиваются так, что в исходном состоянии реверсивного счетчика 18, т.е. в начале каждого цикла коррекции, на информационном выходе буферного усилителя с регулируемым смещением нуля 27 (фиг.2) будет присутствовать отрицательное смещение нуля, равное или большее по абсолютной величине0 д„ (фиг.3) . Таким образом, в начале каждого цикла коррекции на выходе блока 2 сравнения будет уровень логического нуля, так как напряжение аналогового запоминающего блока меньше напряжения ЦАП, и на элемент совпадения через элемент HE 1 от блока сравнения в начале каждого цикла коррекции подается разрешение на прохождение тактовых импульсов от генератора 19 тактовых импульсов к открытому сигналом с триггера коррекции 22 элементу И 16.. С выхода этого элемента тактовые импульсы подаются на счетный вход реверсивного счетчи-. ка 18, в котором последовательность тактовых импульсов превращается в

К-разрядный двоичный код, подаваемый на адресные входы аналогового мультиплексора. Адрес, представляющий К-раз рядный двоичный код, позволяет осуществлять обращение к 2К каналам аналогового мультиплексора 20, который обеспечивает переключение 2К резисторов блока 10 регулирующих pe"" зисторов. При этом на информационном выходе буферного усилителя 27 с регулируемым смещением нуля (фиг.2) напряжение коррекции нарастает ступеньками с равными приращениями отМ цн,до

Пи „ (фиг.3) Д причем величина ступеньки берется равной половине веса младшего значащего разряда цифроаналогового преобразователя. Количество необходимых резисторов в блоке 10 регулирующих резисторов, а следовательно, и количество ступенек определяется из соотношения

И= — ""

С где q — вес младшего значащего разряда цифроаналогового преобразователя 3.

Максимальное время коррекции опрЕделжтся выражением С=(п- ) T, где Т вЂ” период следования импульсов генератора тактовых импульсов.

Признаком конца коррекции нуля является появление уровня логической единицы на выходе блока 2 сравнения, который появляется, как только напряжение коррекции на выходе аналогового запоминающего блока 1 превысит напряжение, соответствующее нулю на выходе цифроаналогового преобразователя 3.

При этом на элемент И 16 через элемент НЕ 11 дается запрет на прохожде,ние тактовых импульсов к реверсивному счетчику 18, таким образом, дается запрет на дальнейшее увеличение напряжения компенсации дрейфа нуля.

Этот же сигнал с блока 2 сравнения устанавливает через элемент И 13 триггер 22 коррекции в нулевое со стояние, тем самым полностью кончается цикл коррекции, и устройство подготавливается к преобразованию напряжения в код: информационный вход аналогового запоминающего блока 1 отключается с помощью ключа 6 от общей шины, через элемент НЕ 12 подается разрешение на элементы И

15 и 17 и включается ключ 7, через который на аналоговый запоминающий блок 1 подается входной сигнал.

Так как на элемент совпадения подан разрешающий сигнал, тактовые им20 пульсы от генератора 19 тактовых импульсов через этот элемент совпадения подаются на тактовый вход блока 4 управления.

Первый цикл аналого-цифрового

25 преобразования начинается с приходом первого тактового импульса на блок 4 управления, который на первом такте через элемент ИЛИ 8 дает команду на замыкание ключа.26 аналогового запоминающего блока (фиг.2), т.е. аналоговый запоминающий блок устанавливается в режим запоминания мгибвенного значения входного сигнала. Процесс запоминания длится на протяжении первого такта, остальное время аналоговый запоминающий блок 1 находится в режиме хранения, т.е. ключ 26 (фиг.2) разомкнут. На последующих (ь +1) тактах, где и — соответствует разрядности выходного кода, происхо40 дит процесс поразрядного уравновешивания. По окончании (П +1) -такта блок управления выдает результат аналогоцифрового преобразования.

Одновременно.с подачей тактовых

4 импульсов через элемент И 17 на блок 4 управления, эти импульсы подаются на счетный вход счетчика 21, модуль коэффициента счета которого выбран

+ +1), т.е. после окончания Ю циклов аналого-цифрового преобразования, счетчик 21 через элемент ИЛИ 9 устанавливает триггер коррекции 22 в единичное состояние, таким образом, цикл коррекции автоматически повторяется.

Аналого-цифровой преобразователь позволяет получить более точное представление значения аналогового сигнала в цифровом коде за счет того, что в нем цепь коррекции компенсирует дрейф сигналов блока сравнения, анащ логового запоминающего блока и циф. роаналогового преобразователя.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь

65. с автоматической коррекцией нуля, 805490 содержащий блок коррекции, включаю щий первый.элемент И, первый элемент

НЕ, первый и второй. ключи, выходы которых объединены, а первые входы соединены соответственно с общей шиной и с шиной "Вход", прн этом вторые входы соединены соответственно с единичным выходом триггера коррекции и с выходом второго элемента НЕ, вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции и с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с первым входом реверсивного счетчика, кроме того, первЫй вход блока сравнения через цифроаналоговый преобразователь соединен с первыми выходами блока управ- 1$ ления, первый вход которого соединен с первым входом счетчика, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности преобразования напряжения в код, введены блок регу- ;р лирующих резисторов, аналоговый мультиплексор, первый и второй элементы

ИЛИ, блок установки кода нуля, генератор тактовых импульсов, третий, четвертый и пятый элементы И и аналоговый запоминающий блок, первый вход которого соединен с выходом первого ключа, второй с выходом пер.вого элемента ИЛИ, третий с выходом аналогового мультиплексора, первый выход соединен со вторым входом бло- ЗО ка сравнения, а второй выход через блок регулирующих резисторов соединен с первыми входами аналогового мультиплексора, вторые входы которого соединены с выходами реверсивного 35 счетчика, второй вход которого соединен с единичным выходом триггера коррекции, с первым входом первого элемента И, через блок установки кода нуля с первыми входами блока управления и с первым входом первого элемента ИЛИ, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий вход которого соединен с выходом третьего элемента И, первый вход которого соединен с выходом блока сравнения, со вторым входом первого элемента И и через первый элемент НЕ с первым входом четвертого элемента И, а второй вход соединен с выходом второго элемента НБ„,и с первъви входом пятого элемента Й, второй вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов и со вторым входом четвертого элемента И, а выход соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен..t: первым входом второго элемента ИЛИ и с шиной -"Пуск", а выход соединен со вторым входом элемента ИЛИ, выход которого соединен с единичным входом триггера коррекции,.нулевой вход которого соединен с выходом первого элемента И, при этом выход четвертого элемента И соединен со вторым входом второго элемента И.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 337799997799, кл. Н 03 К 13/17, 20.04.71.

2. Авторское свидетельство СССР

9 349100, кл. Н 03 К 13/17, 11.01.71.

805490 гтрк е

Ф Р Я

Составитель Л..Беляева

Ре акто И. Не ол енко Техред М.Коштура Ко екто М.Виг ла

Закаэ. 10931/80 Тираж 999 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. . 4 5

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