Аналого-цифровой преобразователь

 

О П И А Н И Е ()9)4858

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10.10.80 (2l ) 2990414/18-21 с присоединением заявки .% (23) Приоритет

Опубликовано 30 0482. Бюллетень № 16

Дата опубликования описания 03.05.82 (51) М. Кл.

Н 03 К 13/20

3Ъоударстаиный комитет

СССР ло делам кзобретеннй и открытий (53) УДК 681.325 (088.8) (72) Авт ор изобретения

В. А. Харакозов

Татарский филиал Всесоюзного государственного проектно-технологического института по механизации учета и вычислительных работ LICY СССР (7l) Заявитель (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электроизмерительной и вычислительной технике и используется в цифровых вольтметрах, однопредельных широкодиапазонных аналого-цифровых преобразователях и информационно-измерительных системах.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, две пары управляемых ключей, резистивный делитель, состояший из двух последов а тел ьпых резис торов, блок управления и последовательно включенные усилитель, преобразователь аналог — код, цифровой счетно — решаюший блок и выходной блок, причем входы первой пары управляемых ключей соединены с выводами источника эталонного напряжения, один из которых соединен с входом сигнала, а выходы — с входом резистивного делителя, входы второй пары управляемых ключей соединены соответственно с входом и выходом реI зистивного делителя, а выходы — со входом усилителя. Управляющие входы ключей преобразователя аналог-код и счетно-решаюшего блока соединены с соответствуюшими выходами блока управления f 1 ) .

Недостатком данного аналого-цифрового преобразователя является низкая точность преобразования в широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов.

Цель изобретения — повышение точ-1О ности преобразования в широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов.

Поставленная цель достигается тем, что в известный аналого-цифровой пре15 образователь, содержаший источник эталонного напряжения, первый выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, вто20 рой выход источника эталонного напряжения соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с выходом первого ключа, входом третье924858

55 го ключа и первым выводом первого резистора резистивного делителя, второй вывод которого соединен с первым входом четвертого ключа и с первым выводом второго резистора резистивного делителя второй вывод которого соединен с общей шиной, вторые входы третьего и четвертого ключа соединены с третьим и четвертым выходами блока управления соответственно, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с первыми входами преобразователя аналог-код, цифрового счетно-решающего блока, выходного блока, второй вход которого сбединен с выходом цифрового счетно-решающего блока, второй вход которого соединен с выходом преобразователя аналог-код, второй вход которого соединен с выходом усилителя, введены источник, опорного напряжения, три ключа, регулируемый усилитель, и конденсатор, при этом первая обкладка которого соединена с общей шиной, а вторая - с выходом пятого ключа и первым входом регулируемого усилителя, второй вход которого соединен с выходами третьего и четвертого ключей, а выход - c входом усилителя и первым входом пятого ключа, второй вход которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход источника опорного напряжения соединен с первым входом шестого ключа, второй вход которого соединен с девятым выходом блока управления, а выход — с первым входом второго ключа, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход с десятым входом блока управления.

На чертеже представлена структурная схема- аналого-цифрового преобразователя.

Аналого-цифровой r.ðeoáðåçoâàòåäü содержит регистрируемый усилитель 8, конденсатор 9, усилитель 10, преобразователь 1 1 аналог-код, цифровой счетнорешающий блок 12„источник эталонного напряжения 13, резисторы 14 и 15 резистивного делителя, источник 16 опорного напряжения, выходной блок 17, блок 18 управления. Блок 18 управления осуществляет синхронизацию работы управляемых ключей 1 - 7, преобразс вателя аналог-код 11 и цифрового счетно-решающего блока 12. Коэффициент усиления регулируемого усилителя 8 регулируема так, что при динамическом диапазойе изменения входного сигнала в pea, коэффициент усиления меняется в Д раз. А величина опорного напряжения источника 16 выбирается в

УА раз меньше максимального значения входного сигнала. B процессе автоматического регулирования коэффициента усиления происходит перераспределение динамических диапазонов между входным сигналом и опорным напряжением, Динамический диапазон входного сигнала сужает в Я раз, а динамический диапазон опорного напряжения расширяется во столько же раз, что и позволяет восстанавливать динамический диапазон цифрового сигнала, адекватного входному, с помощью деления в цифровом счетнорешающем блоке 12.

Устройство раб о та е т следующим образом.

В течение первого такта ключи 1 - 4 открыты, ключи 5, 6 и 7 закрыты. Входной сигнал через открытые кпючи 1, 2 и 3 поступает на вход регулируемого усилителя 8. Выходное напряжение регулируемого усилителя 8 через открытый. ключ 4 поступает на конденсатор 9, который запоминает его. С конденсатора 9 регулирующее напряжение поступает на регулирующий вход регулируемого усилителя 8, при этом, чем больше входное напряжение, тем меньше коэффициент усиления усилителя 8 и наоборот. Коэффициент усиления регулируемого усилителя 8 устанавливается в начале первого такта и сохраняется постоянным в течение последующих тактов за счет сохранения управляющего напряжения на конденсаторе 9. С выхода регулируемого усилителя 8 напряжение также поступает на вход последовательно включенных усилителя 10 и преобразователя 11 аналог-код. С выхода преобразователя 11 записывается в цифровом счетно-рещакпцем блоке 12 код числа

Й =к0 ЯО) где К вЂ” коэффициент усиления, установленный в начале такта;

U>< — напряжение входного сигнала;

И0 — смешение нуля градировочной характеристики для выбранного аппроксимирующего учас гка.

В течение второго такта ключи 1; 3 и 6 открыты, ключи 2, 4,.5 и 7 закрыты, Напряжение входного сигнала включено посдедовательно с напряжением источника 13 эталонного напряжения и на вход регулируемого усилителя 8 поступает сумма этих напряжений. С выхода преобразователя 1 1 в цифровое счетно-решающее устройство 12 записываетж число

924858 : Ж1 )5т) «o х Buon ь- аС,u„+ e,â где U>f- - значение напряжения эталонного ис точника.

В течение третьего такта ключи 1, 2 и 7 открыты, ключи 3 - 6 закрыты.

Входной сигнал через открытые ключи

1 и 2 поступает на вход резистивного делителя, состоящего из двух последовательно соединенных резисторов 14 и

15, с выхода которого через открытый ключ 7 поступает на вход регулируемого усилителя 8. В цифровой счетно-решающий блок 12 записывается код числа

N3 faCUy. + 0 1 где Со — коэффициент деления резистив ного делителя на резисторах 14 и 15.

В течение четвертого такта ключи 2, 3 и 5 открыты, ключи 1, 4, 6 и 7 закрыты. На вход регулируемого усилителя 8 поступает напряжение с выхода опорного источника 16, В цифровое. счетно-решающее устройство 12 записывается код числа

4 .00 0 гдеОо) — величина опорного напряжения;

Чо -смешение Нуль градировочной характеристики для выбранного аппроксимирующего линейного участка.

В течение пятого такта ключи 3, 5 и 6 открыты, ключи I., 2, 4 и 7 закрыты. Источники опорного и эталонного напряжений включены последовательно и на вход регулируемого усилителя 8 поступает сумма двух напряжений. В цифровой счетно-решающий блок 12 записывается код числа

1 (ЭТ

Во время шестого такта ключи 2, 5 и 7 открыты, ключи 1, 3, 4 и 6 закрыты. Опорное напряжение поступает на вход регистраторного делителя 14 и 15, с выхода которого через открытый ключ 7 на вход регулируемого усилителя 8. В цифровой счетно-решающий блок 12 записьтвается коп числа

После этого цифровой счетно-решающий блок 12 производит обработку данных по мере их поступления по следующему алгоритму: (М„1«f )(tN) - )N) ) Ц„

М=

)Ny "«) "» "«,) ««««««

1О

f5

35 во

Результат обработки связан с входным напряжением следующим соотношением: т. е. не зависит от коэффициента усиления регулируемого усилителя 8 и параметров градуированной характерис тики, точности и стабильности эталонного на4 пряжения и резистивного делителя, а определяется лишь стабильностью источника опорного напряжения. Результат обработки переписывается в конце цикла измерений в выходной блок 17 по команде с блока 18 управления и сохраняется в нем до поступления результата следующих вычислений.

Использование дополнительной пары управляемых ключей на входе ALm с источником опорного напряжения исКлючает влияние нестабильности эталонного напряжения н коэффициента деления резистивного делителя на точность преобразования, что позволяет получить более высокую точность.

»

Формула изобретенная

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник эталонного напряжения, первый выход которого соединен с первым входом первого ключа, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй выход источника эталонного напряжения соединен с первым входом второго ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход соединен с выходом первого ключа, входом третьего ключа и первым выводом первого рези.стора резистивного делителя, второй вывод которого соединен с первым входом четвертого ключа и с первым выводом второго резистора резистивного делителя, второй вывод которого соединен с обшей шиной, вторые входы третьего и четвертого ключей соединены с третьим и чег вертым выходами блока управления соответственно, пятый, шестой и седьмой выходы которого соединены соответственно с первыми входами преобразователя аналог-код, цифрового счетно-решающего блока, выходного блока, второй вход которого соединен с выходом цифрового счетно-решающего блока, второй вход которого соединен с выходом преобразователя аналог-код, второй вход которого соединен с выходом усилителя, о т л ич a

":) Составитель E. Кузнецов : едактор М . &нвич Техред E.Харлтончик Корректор К). Макаренко

283 (««4 Тираж 954 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР ло детям изобретений и открытий

118035, Москва, Ж 35, Рауиская наб., д. 4/5

Ф; пкл ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 9248 нвпиения точности преобразования в широком динамическом диапазоне изменения входных сигналов, введены источник опорного напряжения, три ключа, регулируемый усилитель и конденсатор, первая обкладка

Которого соединена с общей шиной, а вторая — с выходом пятого ключа и первым входом регулир eMor о усилителя, второй вход которого соединен с выходами третьего и четвертого ключей, а выходс входом усилителя и первым входом пятого ключа, второй вход которого соединен с восьмым выходом блока управления, а выход источника опорного напряжения соединен с девятым выходом блока управления, а выход - с первым входом второго ключа, вторым выходом источника эталонного напряжения и выходом седьмого ключа, первый вход которого соединен с входной шиной, а второй вход с десятым входом блока управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Бромберг Э. М., Куликовский К. Л.

Тестовые методы повышения точности измерений. М., Энергия, 1978, с. 121 — 123 (прототип) .