Аналого-цифровой преобразователь

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

О П И C А Н И Е „,цыц() уц

ИЗОБРЕТЕНИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт, свнд-ву (22) Заявлено 12.06.80 (21) 2940236/18-21 (51 } Щ. д

Н 03 1< 13/20 с присоединением заявки РЙ

ГооуАорстееииый кокитет (23) Приоритет

IIo делам изобретений и открытий

Опубликовано 07.04.82. Бюллетень № 13 (53) УДК681. .32.э(088.8) Дата опубликования описания 09.0 -т.82

В. B. Cbepoa, P. P. Нугаев, М. Б. Логунова и Н. С. Бабина (72) Авторы изобретения

Уфимский авиационный институт пм, Орджоникидзе (71) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРБОБРАЗОВЛТЕЛБ

Изобретение относится к вы тислитель

1 ной технике и может быть использовано в измерительных приборах и устройствах ввода цифровых вычислительных машин.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержаший источник опорного напряжения, аналоговые ключи, интегратор, блок управления, генератор импульсов, счетчик и элемент И (1 ) .

Недостатком устройства является низl кая точность преобразования, обусловленная тем, что период интегрирования измеряемого сигнала разбит на подпериоды, в течение которых происходит подклточение на вход интегратора опорного напряжения.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержалций источник опорного напряжения, выход которого через первый аналоговый ключ соединен с первым входом инттегратора, второй вход которого через второй аналоговый ключ соединен с выходом источника измеряемого сигнала, a M I o ooåäèíåí с входами порогового устройства и комнаратора, выход которого соединен с первымт1 входамн генератора импульсов и блока форт нрова-ння периода интегрирования опорного напряжения второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а третий вход соединен с управляюшнм входом второго аналогового ключа и выходом блока формирования периода ннтегрироватптя измеряемого сигнала, вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока фс рмнровання периода интеГрирОвания ОпОрнОГО напряжения те с управляюшим вхоттом первого аналсгового ключа а выход соединен с нервы;: Вхо дом счетчика импульсов, второй вход которого соедтптен с вторым в- ;.: том генеpQTop8 имттульсс1в, а Выходы через дешн2О фратор соедтптенъ1 с тзхода. :и элемента

ИЛИ, выход порогового элемента 1!, тзч орой вход которого соединен с вторт,тм выходом ген ратора импульсов 21, Недоста>ток óñTройства — низкач точность преобразования.

Целью изобретения является повышение точности преобразования.

Указананя цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, выход которого через первый аналоговый ключ соединен с первым входом интегратора, второй вход которого через второй 10 аналоговый ключ соединен с выходом источника измеряемого сигнала, а выход соединен с входами порогового устройства и компаратора, выход которого соецинен с первыми входами генератора импульсов и блока формирования периода интегрирования опорного напряжения, OTDрой вход которого соединен с выхоцом первого элемента И, а третий вход соединен с управляющим входом второго

20 аналогового ключа и выходом блска формирования периода интегрирования измеряемого сигнала, вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов и первым вхоцом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока формирования периода интегрирования опорно о напряжения и с управляющим входом первого аналогового кл>о-ta, а выход соецинен с первым входом счет- З0 чика импульсов, второй вход которого соединен с вторым входом генератора импульсов, а выходы через цешифратор соединены с входами элемента ИЛИ, выход порогового устройства соединен с первым t>xîIIoì первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, введецы блок формирования временнь;х HHTQpBBiIDB., логический блок, дополнительный элемент 40

И, приче>и выход элемента ИЛИ через дополнительный элемент И соединен с четвертым входом блока формирования периода интегрирования опорного напряжения, второй вход дополнительного эле- 45 мента И через логический блок coetIHttett с выходами блока формирования временных интервапов, вход которо! о СОедннен с вторым выходом генератора импульсов, а управляющий вход логического блока coo-- 0 динен с выходом порогового устройства.

На фиг. 1 приведена структур ая электрическая схема устройства; на фиг. 2 -. временная циаграмма работы устройства; 55 на фиг. 3 приведены временные длаграммь.: работы блока 13; на фиг. 4 — временные диаграммы работы блока 15.

78 налог о-цифровой преобразователь содержит интегратор 1, построенный на основе операционного усилителя с емкостной обратной связью, аналоговые ключи 2 и

3 для подключения на B>:otI инте ратора источника 4 опорного напряжения и HcTD Iника 5 измеряемого сигнала, компаратор .

6, пороговое устройство 7, задающее по шине 8 пороговое напряжение на выходе интегратора, блок 9 управления с блоком

1 0 формирования периода интегрирования измеряемого сигнала и генератором 11 импульсов, блок 12 формирования периода интегрирования опорного напряжения, блок 1.3 формирования временных интервалов, логический блок 14, определяющий количество отключений опорного напряжения, от Входа инте гpBTOpB для кОнкрет ного измеряемого сигнала, дешифратор

15, состоящий из 3>IBMeHTO И 16, элемент И "1И 17, элементы И 1 8 и 19 по сигналам, c KDTopkt Y осуществляется подключение и отключение опорного напряжения HB вход интегратора в течение периоца интегриров-ния измеряемого сигнала, элемент И 20 на входе счетчика

21 импульсов, входная шина 22, выходная шина 2 3.

УСтройство также содержит напряжение

24 HB выходе интегратора, период 25 интегрирования измеряемого сигнала, период 26 интегрирования опорного напря>кения, напря>кение 27 на выходе логического блока 14, импульсы 28 на выходе элемента ИЛИ 17 длл отключения опорного напряжения, «ременные интерваitI t 29 с выхода блока 13 (фиг. 2).. лналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

Г1ри поступлении íà входную шину 22 старт-импульса сбрасы. аетсл в но.ль счет-. чик 21 и привод tTc!t в действие блок 9.

Импульсы с ",енсратора 11 ttocTyttatoT на блок О, выходной < пгнал которого tloступает на управляю.ций вход аналогового к>по га 3, н р..зультате чего измеряемый сигнал через аналоговый ключ 3 подключается на I>;Oц интегратора 1. Происходит интегрирование измеряемого сигнала. Как только напря>кение 24 на выходе интегратора 1 достигпет порогDPDID напряжения пороговогD устройства 7, пороговое устройство 7 формирует выходной сигнал и первый Itpишедший импульс с выхоца генералopa 1 через элемент И 18 поступаег иа блок 12, выходной сигнал которого отпирает аналоговый ключ 2, подключал опорное напряжение источника 4

МОО Я на вход интегратора 1. Одновременно импульсы с выхода генератора через элемент

И 20 поступают на счетчик 21. Происходит совместное интегрирование измеряемого сигнала и опорного напряжения, заполнение счетчика 21. С момента начала работы блоком 13 создаются временные интервалы, которые поступают в логический блок 14. Туда же поступает и выходной сигнал порогового устрой- l0 ства 7.

Блок 13 служит для формирования временных интервалов, с помощью которых можно определить минимальное количество отключений U0 от входа интеграто-" ра 1 для различных значений 0Х

При выбранном значении постоянного порогового напряжения U <, существуют области в измеряемом диапазоне напряжений U< при которых отключение опорного напряжения в течение периода интегрирования измеряемого сигнала Т должно быт, О, 1, 2 ... раз. Находим эти области диапазона изменения U . Для зтого составляем временные диаграммы для различных значений Ох, находящихся на границах областей, когда длительность процесса преобразования равна длительности периода Т (фиг. 3). Для временных диаграмм записываем системы урав З0 нений

1 — т, -() Ь К1

Ъ Х (т(+ г МХ (0) 4>

U + — -uõt .=Uë +С,1=т х ).

1 1

u „+ — (() „- u0) e =O

Решая системы уравнений (выражая из каждого уравнения время (.„,,1, 1 и подставляя в последнее уравнепие) имеем

< (М i U,U0i+() 0key х 1 т где К = О, 1., 2 ... — коэффициент, задаю45 щий количество отключений U0 в течение периода Т.

Для реализованного устройства значения параметров выбраны так, что макси- мальное возможное число отключений 00 равно 2, т.е. х = 2. Следовательно, нужно выбрать три области их диапазона Uy

Длительность и расположение временных интервалов блока 13 определяется следующим образом:

В соответствии с этим задаются временные интервалы 29 и логическим блоком 14 (фиг. 2) анализируется положение сигнала порогового устройства 7 относительно временных интервалов блока

13, длительность и расположение которых относительно периода интегрирования измеряемого сигнала 25 выбираются в зависимости от величин порогового и опорного

Ф напряжений и фиксированного интервала времени, создаваемого дешифратором 15, за счет дешифрации элементами И 16 разрядов счетчика 21.

Длительность фиксированного интервала времени ф, создаваемого дешифратором 15, выбирается так, чтобы выходное напряжение интегратора в течение периода Т интегрирования измеряемого сигнала U не было меньше порога срабатывания компаратора 6. Рассчитывается длительность 4 q jдllлlя рpе ж lиlм а, когда крутизна выходного напряжения интегратора при совместном интегрировании измеряемого и опорного „ 0 напряжений максимальна.

;Этому соответствует временная диаграмма (фиг. 4), так как крутизна определяется разностью напряжений (IJ> ()0 ).

Можно записать следующую систему уравнений; ().

Х

1 ) 0 0.

Ох

t 7-1, Поделив первое уравнение на второе и учитывая третье уравнение, имеем

0 0 решение которого дает следующее

7 О„ 47

4 Ф и

А т т 1 Un i7

Значение т. является

Ц 00 максимально возможной длительностью 0р . при заложенных при расчете аналогс-цифрового преобразователя значениях 30, U, Т и — постоянной времени интегратора. Обычно при практическом применении значение принимают несколько меньше t о и кратным }, чтобы упФ и ростить дешифратор 15 и дешифрировать только старшие разряды выходнпго счетчика 21. Кроме того, такое загрубление 0р необходимо, чтобы исключить срабатывание компаратора (т.е. напряжение на выходе интегратора меньше порога

919 срабатывания компаратopa) в течение периода Т из-за дрейфовых и инструментальных погрешностей устройства.

Длительность фиксированноги интервала времени выбирается также в зависимости от величин порогового и опорного напряжений, чтобы выходное напряжение интегратора 1 никогда не было меньше порога срабатывания компаратора в течение пери->g ода интегрирования измеряемого сигнала

25. Поэтому логическим блоком 14 в зависимости от времени прихода сигнала с порогового устройства 7 вырабатывается сигнал, который поступает на элемент

И 1 9 и регулирует количество импульсов

28 на отключение опорного напряжения через олок 12 и аналоговь и ключ 2 от входа интегратора 1, которые формируются по окончании фиксированного и тервала времени элементом ИЛИ 17. На фиг. 2 показана работа преобразователя для двух измеряемых сигналов. Сплошной линией показана крутизна выходного напряжения совмещенного интегрирования такая, что за период интегрирования измеряемого сигнала выходное напряжение интегратора 1 не достигнет порога срабатывания компаратора 6, поэтому логическим блоком 14 создается запрет для прохождения импульсов 28 с выхода элемента ИЛИ

17 на отключение опорного напряжения.

При штриховой линии крутизна такова, что компаратор срабатывает. Поэтому после окончания фиксированного :штерваз ла времени, задаваемого дешифратором

15, опорное напряжение отключается от входа интегратора 1, а после второго срабатывания порогового устройства 7 элемент И 19 запирается напряжением

27 с логического блока 14. В конце периода интегрирования измеряемого сигнала выходной сигнал блока 10 запирает аналоговый ключ 3, чем прекращает поступление измеряемого сигнала на вход интегратора 1, и через блок 1 2 отпирает. аналоговый ключ 2, подключая а вход интегратора 1 опорное напряжение, Интегрирование опорного напряжения закан швается с появлением стоп-импульса на выходной шине 23 компаратора 6, кс торый через блок 12 и аналоговый ключ

2 отключает опорное напряжение от входа интегратора 1 и останавливает генератор 11. В течение цикла преобразования импульсы с выхода генератора 11 поступают через элементы И 20 на счетпгк 21 всякий раз, когда опорное HGIIpHжение подключено ко входу интегратора

078

1 в течение периода 26 интегрирования опорного напряжения.

Таким образом, число подключений опорного напряжения на вход интегратора в течение периода интегрирования измеряемого сигнала при заданных пороговом и опорном напряжениях сведено к минимуму. Это позволяет повысить точность преобразования.

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, выход которого через первый аналоговый ключ соединен с первым входом интегратора, второй вход которого через второй аналоговый ключ соединен с выходом источника измеряемого сигнала, а выход соединен с входами порогового устройства и компаратора; выход которого соединен с первыми входами генератора импульсов и блока формирования периода интегрирования опорного напряжения, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И, а третий вход соединен с управляющим входом второго аналогового ключа и выходом блока формирования периода интегрирования измеряемого сигнала, вход которого соединен с первым выходом генератора импульсов и первым входом второго элемента И, второй вход которого соединен с выходом блока формирования периода интегрирования опорного напряжения и с управляющим BxogoM первого аналогового ключа, а выход соединен с первым входом счетчика импульсов, второй вход которого соединен с вторым входом генератора импульсов, а выходы через дешифратор соединены с входами элемента ИЛИ, выход порогового устройства соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, отличающи йсятем, что, с целью повышения то ности преобразования, в него введены блок формирования временных интервалов, логический блок, дополнительный элемент И, причем выход элемента ИЛИ через дополнительпый элемент И соединен с четвертым входом блока формирования периода интегрирования опорного напряжения, второй вход дополнительного элемента И через логический блок соединен с выходами блока формирования временнЫх интервалов,. вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов, а управляю9 ший вход логического блока соединен с выходом порогового устройства.

ИстО чники информанииу принятые во внимание при экспертизе

919078 10

1. Патент Великобритании No 1385455, кл. Ь 4 Н, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке No 2494599/18-24, 1979

5 (прототип) i

919078

acr< l

Щ(7

ЛоГ Юй)

4/f47

3nacrnc

cd) и у х

Фиг. 4

Составитель А. Титов

Редактор А. Власенко Техред Е.Харитончик Корректор E. Р

Заказ 2161/39 Тираж 954 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4