SU919076A1

SU919076A1 - Analogue-digital converter with automatic calibration

Info

Publication number: SU919076A1
Application number: SU782699270A
Authority: SU
Inventors: Георгий Николаевич Трубников; Евгений Николаевич Смирнов
Priority date: 1978-12-20
Filing date: 1978-12-20
Publication date: 1982-04-07

Description

Изобретение относится к вычисли- , тельной технике и может быть использовано в цифровых измерительных приборах и системах числового программного управления, например, промышленными роботами. 5The invention relates to computer technology, and can be used in digital measuring devices and systems of numerical control, for example, industrial robots. 5

Известен аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой, содержащий последовательно соединенные генератор пилообразного сигнала, первый компаратор и преобра-¹⁰зователь интервал-код, последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик и блок регулирования наклона, выход которого соединен с входом генератора пилообразного ¹⁵сигнала, формирователь импульса, выход которого соединен с входом сброса счетчика, второй и третий компараторы, первые входы которых соединены с выходом генератора пилообразного сигнала, вторые входы соединены с соответствующими шинами опорных напряжений, а выход - с входом формирователя импульса' и другим входом блока регулирования наклона, второй вход первого компаратора соединен с шиной преобразуемого напряжения, разрядные выходы счетчика соединены с соответствующими входами преобразователя интервал-код, а также через дешифратор - с входом синхронизации генератора пилообразного сигнала [1].Known analog-to-digital converter with automatic calibration, comprising serially connected in the ramp signal generator, a first comparator ¹⁰ and the conversion interval code zovatel serially connected pulse generator, a digital counter and the tilt control unit, whose output is connected to the input of ramp generator ^15, signal generator pulse, the output of which is connected to the counter reset input, the second and third comparators, the first inputs of which are connected to the output of the sawtooth generator Ala, the second inputs are connected to the corresponding reference voltage buses, and the output is connected to the input of a pulse shaper 'and another input of the slope control unit, the second input of the first comparator is connected to the bus of the converted voltage, the discharge outputs of the counter are connected to the corresponding inputs of the interval-code converter, and through the decoder - with the synchronization input of the sawtooth signal generator [1].

Недостатком устройства является отсутствие компенсации погрешности компараторов. Кроме того, измеряемый интервал времени не синхронизирован с заполняющими его импульсами, что, как известно, влечет за собой увеличенную погрешность квантования.. Соединение генератора импульсов с входом счетчика через делитель частоты, с целью уменьшения погрешности квантования, увеличивает время преобразования, т.е. сужает функциональные возможности устройства.The disadvantage of this device is the lack of compensation for the error of the comparators. In addition, the measured time interval is not synchronized with the pulses filling it, which, as is known, entails an increased quantization error. Connecting the pulse generator to the counter input via a frequency divider, in order to reduce the quantization error, increases the conversion time, i.e. narrows the functionality of the device.

Известен аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой,Known analog-to-digital Converter with automatic calibration,

9190( содержащий последовательно соединенные генератор пилообразного сигнала, компаратор и преобразователь интервал-код, аналоговые ключи, соединяющие второй вход компаратора с шина- s ми преобразуемого и опорных напряжений, последовательно соединенные генератор импульсов, цифровой счетчик и блок регулирования частоты, выход которого соединен с входом управления ю частотой генератора импульсов, блок запуска, выход которого соединен с входом запуска генератора импульсов, и блок управления, вход которого соединен с выходом компаратора, а выходы15 соединены соответственно с входами управления аналоговых ключей, входом синхронизации генератора пилообразного сигнала, с вторым входом преобразователя интервал-код, с вторым 2₀входом блока регулирования частоты и входом узла блока запуска, вход сброса счетчика и второй вход блока управления соединены с выходом внешнего таймера, выход генератора импуль-25 сов соединен с третьим входом преобразователя интервал-код (2].9190 (containing serially connected sawtooth signal generator, comparator and interval-code converter, analog keys connecting the second input of the comparator to the converting and reference voltage buses, serially connected pulse generator, digital counter and frequency control unit, the output of which is connected to the input control the frequency of the pulse generator, a trigger unit, the output of which is connected to the trigger input of the pulse generator, and a control unit, the input of which is connected to the output of the comparator, and outputs15 are connected respectively to the control inputs of analog keys, the synchronization input of a sawtooth signal generator, with the second input of the interval-code converter, with the second 2 ₀ input of the frequency control unit and the input of the start-up unit node, the counter reset input and the second input of the control unit are connected to the output of the external timer , the output of the pulse generator -25 ow is connected to the third input of the interval-code converter (2].

Недостатком устройства является его сложность и ограниченные, функциональные возможности. . 30The disadvantage of this device is its complexity and limited functionality. . thirty

Цель изобретения - упрощение устройства и расширение его функциональных возможностей.The purpose of the invention is to simplify the device and expand its functionality.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразова- ³⁵тель с автоматической калибровкой, содержащий последовательно соединенные генератор пилообразного сигнала, компаратор, второй вход которого через аналоговые ключи соединен с шина·· '^ими преобразуемого и опорных напряжений ,и преобразователь интервал-код, последовательно соединенные генератор импульсов и. счетчик импульсов, выходы блока управления соединены со- ^Jответственно с входами управления аналоговых ключей, входом синхронизации генератора пилообразного сигнала и вторым входом преобразователя интервал-код, третий вход которого соединен с выходом генератора импульсов, введены блоки регулирования наклона и смещения, первые входы которых соединены с выходом компаратора, вторые и третьи входы соединены с соот- 5· ветствующими управляющими выходами блока управления, а выходы - с входами генератора пилообразного сигнала, э 4 входы блока управления соединены с разрядными выходами счетчика импульсов.This object is achieved in that the analog-digital transformation Tel ³⁵ with automatic calibration, comprising serially connected in the ramp signal generator, a comparator, a second input of which is connected through analog switches with a bus ·· ^'and E converted and the reference voltages, and inverter interval- code, series-connected pulse generator and. a pulse counter, the control unit outputs are connected co- ^J responsible analog switches with control inputs, timing generator input ramp signal and the second input transducer interval code whose third input is connected to the output of the pulse generator, the tilt adjusting units introduced and bias the first inputs of which are connected with the output of the comparator, the second and third inputs are connected to the corresponding 5 · corresponding control outputs of the control unit, and the outputs are connected to the inputs of the sawtooth signal generator, e 4 inputs of the block control connected to the discharge outputs of the pulse counter.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы работы устройства.In FIG. 1 shows a structural electrical diagram of the device; in FIG. 2 - time diagrams of the operation of the device.

Аналого-цифровой преобразователь с автоматической калибровкой содержит генератор 1 пилообразного сигнала, компаратор 2, преобразователь 3 интервал-код, аналоговые ключи 4-6, генератор 7 импульсов, счетчик 8 импульсов, блок 9 управления, блок 10 регулирования наклона, блок 11 регулирования смещения.An analog-to-digital converter with automatic calibration contains a sawtooth signal generator 1, a comparator 2, an interval code converter 3, analog keys 4-6, a pulse generator 7, a pulse counter 8, a control unit 9, a tilt adjustment unit 10, an offset adjustment unit 11.

На временной диаграмме фиг. 2 кривая 12 изображает импульс синхронизации генератора 1, сформированный блоком 9; кривая 13 - выходной сигнал генератора 1; кривая 14 - сигнал на втором входе компаратора 2; кривая 15 - выходной сигнал компаратора 2; кривые 16 и. 17 “ калибровочные импульсы, сформированные блоком 9 и поступающие на третий и второй входы блока 10 соответственно; кривые 18 и 19 ~ калибровочные импульсы, сформированные блоком-узлом 9 и поступающие на третий и второй входы блока 11; кривая 20 - импульс,сформированный блоком 9 и поступающий на вход преобразователя 3; моменты времени: Т1 - начало прямого хода пилообразного си|— нала; Т2 - эталонный момент времени, соответствующий началу опорного интервала, ТЗ - момент подключения напряжения , начало отсчета: Т4 момент подключения опорного напряжения. \ 2; Т5 - передний фронт калибровочного импульса 16; Тб - эталонный момент времени, соответствующий концу опорного интервала; Т7 - момент подключения опорного напряжения \1, начало обратного хода пилообразного си гнала.In the timing diagram of FIG. 2, curve 12 shows a synchronization pulse of a generator 1 generated by block 9; curve 13 - the output signal of the generator 1; curve 14 - signal at the second input of the comparator 2; curve 15 - the output signal of the comparator 2; curves 16 and. 17 “calibration pulses generated by block 9 and supplied to the third and second inputs of block 10, respectively; curves 18 and 19 ~ calibration pulses generated by block-node 9 and supplied to the third and second inputs of block 11; curve 20 - the pulse generated by block 9 and fed to the input of the Converter 3; moments of time: T1 - the beginning of the direct course of the sawtooth wave | - signal; T2 is the reference time corresponding to the beginning of the reference interval, TK is the moment of voltage connection, the origin: T4 is the moment of connection of the reference voltage. \ 2; T5 is the leading edge of the calibration pulse 16; Tb is the reference time corresponding to the end of the reference interval; T7 - the moment of connection of the reference voltage \ 1, the beginning of the reverse course of the sawtooth signal.

Цикл работы устройства совпадает с циклом работы счетчика 8 и состоит из фазы калибровки и фазы измерения.The cycle of the device coincides with the cycle of the counter 8 and consists of a calibration phase and a measurement phase.

В фазе калибровки ко входу компаратора 2 с помощью аналоговых ключей 4 и 6 последовательно подключаются опорные напряжения V 2 и VI. Эталонные моменты времени Т2 и Тб представлены парами калибровочных импульсов, расположенных внутри соответствующих интервалов подключения опорных напряжений·. Их расположение учитывает задержки и переходные процессыIn the calibration phase, the reference voltages V 2 and VI are connected in series to the input of the comparator 2 using analog switches 4 and 6. The reference times T2 and Tb are represented by pairs of calibration pulses located inside the corresponding intervals for connecting the reference voltages. Their location takes into account delays and transients.

919076 6 при переключениях напряжений. Блоки 10 и 11 контролируют совпадение эталонных моментов времени с соответствующими отрицательными фронтами сигнала 15. При наличии рассогласова- 5 ния фронта сигнала 15, например, с моментом Т2, что отмечено пунктирными линиями, блок 11, в зависимости от знака рассогласования, выделяет импульс совпадения, соответственно, ин-'О версного значения сигнала 15 с импульсом 18 или сигнала 15 с импульсов 19. Воздействие импульса на блок 11 приводит к изменению его выходного напряжения и соответствующе- 15 му смещению пилообразного сигнала по оси напряжений в сторону уменьшения рассогласования. Благодаря наличию в блоке 11 интегратора результатом действия блока 11 является прак- 20 тическое отсутствие статической ошибки совмещения контролируемых фронтов. Действие блока 10 аналогично.919076 6 for voltage switching. Blocks 10 and 11 control the coincidence of the reference points in time with the corresponding negative edges of the signal 15. If there is a mismatch 5 of the signal edge 15, for example, with a moment T2, which is indicated by dashed lines, block 11, depending on the sign of the mismatch, emits a coincidence pulse, accordingly, the inverse value of signal 15 with pulse 18 or signal 15 with pulses 19. The action of a pulse on block 11 leads to a change in its output voltage and the corresponding 15th shift of the sawtooth signal along the voltage axis in side of decreasing mismatch. Due to the presence of an integrator in block 11, the result of the action of block 11 is the almost 20 absence of a static error of combining the controlled fronts. The action of block 10 is similar.

В фазе измерения к входу компаратора 2 подключается преобразуемое 25 напряжение V_x и выполняется преобразование в код интервала, начало (которого задает Отрицательный фронт импульса 20, а конец - ближайший по времени отрицательный фронт сигна- ³⁰ла 15. При подсчете импульсов, заполняющих интервал, на вход счетчика' преобразователя 3 поступают импульсы, инвертированные по отношению к импульсам генератора 7 и, следова- 35 тельно, сдвинутые по отношению к началу интервала на половину их перио-_;да, что обеспечивает минимально возможную для данной разрядности погрешность квантования, равную половине 40 веса младшего разряда. Использование полученного в счетчике 8 числа осуществляется в фазе калибровки.In the measurement phase, the converted voltage V _{x is} connected to the comparator 2 input and converted to the interval code, the beginning (which is set by the Negative edge of the pulse 20, and the end is the nearest negative edge of the signal — ³⁰ l 15). When calculating the pulses filling the interval, pulses inverted with respect to the pulses of the generator 7 and, consequently, shifted with respect to the beginning of the interval by half their period — enter the counter input of the converter 3 _; yes, which ensures the smallest possible for this the number of bits in the quantization error equal to half the weight of the least significant bit.The use of the number obtained in the counter 8 is carried out in the calibration phase.

При измерении абсолютных значений разнополярных напряжений отсчет про- 45 изводится от середины фазы измерений с выявлением знака напряжения. В этом случае блок 9 формирует соответствую щий импульс, задающий начало отсчета, а преобразователь 3 содержит блок выявления знака.When measuring the absolute values of bipolar voltages, the reference is taken from the middle of the measurement phase with the stress sign being identified. In this case, block 9 generates a corresponding pulse specifying the origin, and converter 3 contains a sign detection unit.

Устройство более простое по сравнению с известным и имеет более широкие функциональные возможности.The device is simpler than the known one and has wider functionality.

Claims

The invention relates to computing technology, and can be used in digital measuring devices and numerical control systems, for example, industrial robots. Known analog-to-digital Converter with automatic calibration, containing serially connected a sawtooth generator, the first comparator and interval-code converter, serially connected pulse generator, digital counter and tilt control unit, the output of which is connected to the input of the sawtooth signal generator, pulse shaper, the output of which connected to the reset input of the counter, the second and third comparators, the first inputs of which are connected to the output of the sawtooth generator The second inputs are connected to the corresponding busses of the reference voltages, and the output is connected to the input of the pulse shaper and another input of the tilt control unit, the second input of the first comparator is connected to the bus of the voltage being converted, the discharge outputs of the counter are connected to the corresponding inputs of the converter and also via the decoder - with the synchronization input of the sawtooth signal generator L. The drawback of the device is the lack of compensation for the comparators error. In addition, the measured time interval is not synchronized with the pulses that fill it, which, as is well known, entails an increased quantization error. Connecting the pulse generator to the counter input through a frequency divider, in order to reduce the quantization error, increases the conversion time, t. e. reduces the functionality of the device. Known analog-to-digital Converter with automatic calibration. containing a serially connected sawtooth generator, interval-code comparator and converter, analog switches connecting the second input of the comparator to the buses of the voltage to be converted and the reference voltages, connected in series to the pulse generator, a digital counter and a frequency control unit whose output is connected to the generator frequency control input pulses, a trigger block, the output of which is connected to the trigger input of the pulse generator, and a control block whose input is connected to the output of the comparator, and the output are connected respectively to the control inputs of the analog switches, the synchronization input of the sawtooth generator, to the second input of the interval-code converter, to the second 3-step frequency control unit and the input of the trigger unit, the reset input of the counter and the second input of the control unit are connected to the external timer output, output An impulse generator is connected to the third input of the transducer of the online code C2. The disadvantage of the device is its complexity and limited functionality. The purpose of the invention is to simplify the device and expand its Hbix functionality. This goal is achieved by the fact that an analog-to-digital converter with automatic calibration, which contains, in turn, a comparator sawtooth generator, the second input of which meraz analog keys are connected to the bus of convertible and reference voltages, and the interval-code converter are serially connected , the pulse generator and the pulse counter, the outputs of the control unit are connected, respectively, with the control inputs of the analog switches, the synchronization input of the sawtooth generator, and the second input of the interval-code converter, the third input of which is connected to the output of the pulse generator, tilt and displacement control units are introduced, the first inputs of which are connected to the comparator output, the second and third inputs are connected to the corresponding control outputs of the control unit, and the outputs are from the input The inputs of the g-oscillator signal of the INPUTS of the control unit are connected to the discharge outputs of the pulse counter. FIG. 1 shows the structural electrical circuit of the device; in fig. 2 - timing charts of the device. The auto-calibration analog-to-digital converter contains a sawtooth generator 1, a comparator 2, an interval-code converter 3, analog switches -6, a pulse generator 7, a pulse counter 8, a control unit 9, a tilt control unit 10, an offset control unit 11. In the timing diagram of FIG. 2 curve 12 depicts the synchronization pulse generator I, formed by block 9; curve 13 the output signal of the generator 1; curve 1 is the signal at the second input of the comparator 2; curve 15, the output signal of the comparator 2; curves 1b and. 17 - calibration pulses formed by block 9 and fed to the third and second inputs of block 10, respectively; curves 18 and 19 are calibration pulses formed by block-unit 9 and arriving at the third and second inputs of block 11; curve 20 is the pulse generated by block 9 and fed to the input of converter 3; moments in time: T1 - the beginning of the forward run of the sawtooth; T2 is the reference moment of time corresponding to the beginning of the reference interval, TZ is the moment of connecting the voltage UX, the origin of the reference; T is the moment when the reference voltage V 2 is connected; T5 - the front edge of the calibration pulse 16; TB is the reference time corresponding to the end of the reference interval; T7 moment of connection of the reference voltage 1, the beginning of the reverse stroke of the sawtooth signal. The cycle of operation of the device coincides with the cycle of operation of the counter 8 and consists of a calibration phase and a measurement phase. In the calibration phase, the reference voltages V 2 and V 1 are connected in series to the input of the comparator 2 with the analog keys K and 6 in series. The reference times 12 and TB are represented by pairs of calibration pulses located within the respective reference-voltage intervals. Their arrangement takes into account delays and transients 591 when switching voltages. Blocks 10 and P control the coincidence of the reference time points with the corresponding negative signal edges 15. If there is a mismatch between the signal front 15, for example, T2, which is indicated by dotted lines, block 11, depending on the mismatch sign, selects an impulse coincidence, respectively, of the inverse value of the signal 15 with pulse 18 or signal 15 with pulses 19. The impact of the pulse on block 11 leads to a change in its output voltage and a corresponding offset of the sawtooth signal along the voltage axis to ONU reduce mismatching. Due to the presence in block 11 of the integrator, the result of block 11 is the practical absence of static alignment of the monitored edges. Block 10 is similar. In the measurement phase, the converted voltage Vj is connected to the input of comparator 2 and the interval code is started, jKOToporo sets the negative front the pulse is 20, and the end is the closest negative edge of the signal 15; when counting the pulses that fill the interval, the counter of the converter 3 receives pulses that are inverted with respect to the pulses of the generator 7 and, consequently, shifted with respect to the beginning of the interval by half of their period, which ensures the quantization error as small as possible for a given bit equal to half the weight of the least significant bit. The use of the number obtained in the meter 8 is carried out in the calibration phase. When measuring the absolute values of the bipolar voltages, the counting is performed from the middle of the measurement phase with the identification of the voltage sign. In this case, block 9 generates a corresponding impulse that sets the reference point, and transducer 3 contains a sign detection unit. The device is simpler compared to the known and has more functionality. An auto-calibrated analog-to-digital converter containing a serially connected sawtooth generator and a comparator, the second input of which is connected via analog switches to the buses of the convertible and reference voltages, and the interval-code converter, serially connected pulse generator and pulse counter, block outputs controls are connected respectively to the control inputs of the analog switches, the synchronization input of the sawtooth generator and the second input transducer spacing code, the third input of which is connected to the output of the pulse generator, and so that, in order to simplify the converter and extend its functionality, tilt and shift control units are introduced, the first inputs of which are connected to the output the comparator, the second and third inputs - with the corresponding control outputs of the control unit, and the outputs - with the inputs of the sawtooth generator, the inputs of the control unit are connected to the discharge outputs of the pulse counter. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent N 3961325, cl. 1976. 2, US Patent No. 3665305, class 19b9 (prototype).

gi

W

from

GU

f

X

t 2 rj

77

Ik

vt

Mr TJ Tff T7

FIG. 2