PL220226B1 - Sposób i układ do asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe, znajdujący zastosowanie w systemach kontrolno-pomiarowych.

Znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.391421 sposób asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe polega na odwzorowaniu tego napięcia proporcjonalną do niego wielkością ładunku elektrycznego. Ładunek ten dostarcza się za pomocą źródła prądowego i gromadzi się w kondensatorze próbkującym aż do chwili, gdy napięcie narastające na kondensatorze próbkującym jest równe napięciu przetwarzanemu. Następnie, zgromadzony ładunek elektryczny poddaje się procesowi redystrybucji, rozmieszczając go w zespole kondensatorów, przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego. W trakcie procesu redystrybucji zgromadzony ładunek elektryczny tak rozmieszcza się w kondensatorach zespołu, aby na każdym z nich, ewentualnie z wyjątkiem kondensatora o najmniejszej pojemności w zespole uzyskać napięcie równe zero lub równe napięciu odniesienia. Przebieg procesu redystrybucji nadzoruje się za pomocą modułu sterującego na podstawie sygnałów wyjściowych pierwszego i drugiego komparatora. Ładunek elektryczny dostarcza się w trakcie procesu jego gromadzenia oraz przenosi się pomiędzy kondensatorami w trakcie procesu jego redystrybucji za pomocą tego samego źródła prądowego. Bitom słowa cyfrowego, przyporządkowanym kondensatorom zespołu, na których uzyskano napięcie równe napięciu odniesienia przypisuje się za pomocą modułu sterującego wartość jeden, a pozostałym bitom tego słowa przypisuje się wartość zero.

W innym wariancie znanego sposobu ładunek elektryczny odwzorowujący przetwarzane napięcie elektryczne dostarcza się za pomocą źródła prądowego i gromadzi się jednocześnie w kondensatorze o największej pojemności w zespole i połączonym z nim równolegle kondensatorze próbkującym o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora o największej pojemności w zespole. Gromadzenie ładunku kontynuuje się aż do chwili, gdy napięcie narastające na kondensatorze próbkującym jest równe napięciu przetwarzanemu. Następnie, zgromadzony ładunek elektryczny poddaje się procesowi redystrybucji, tak rozmieszczając go w kondensatorach zespołu, aby na każdym z nich, ewentualnie z wyjątkiem kondensatora o najmniejszej pojemności w zespole uzyskać napięcie równe zero lub równe napięciu odniesienia. Przebieg procesu redystrybucji nadzoruje się za pomocą modułu sterującego na podstawie sygnałów wyjściowych pierwszego i drugiego komparatora. Ładunek elektryczny dostarcza się w trakcie procesu jego gromadzenia oraz przenosi się pomiędzy kondensatorami w trakcie procesu jego redystrybucji za pomocą tego samego źródła prądowego. Bitom słowa cyfrowego, przyporządkowanym kondensatorom zespołu, na których uzyskano napięcie równe napięciu odniesienia przypisuje się za pomocą modułu sterującego wartość jeden, a pozostałym bitom tego słowa przypisuje się wartość zero.

Znany z polskiego zgłoszenia patentowego nr P.391421 układ do asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe zawiera zespół kondensatorów, do którego jest podłączone źródło napięcia przetwarzanego. Wejścia sterujące zespołu kondensatorów są połączone z zestawem wyjść sterujących modułu sterującego, a moduł sterujący jest wyposażony w wyjście cyfrowe, wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania, wejście sygnału wyzwalającego oraz dwa wejścia sterujące. Pierwsze wejście sterujące modułu sterującego jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora, którego wyjścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu kondensatorów, a drugie wejście sterujące modułu sterującego jest połączone z wyjściem drugiego komparatora, którego wejścia są połączone z drugą parą wyjść zespołu kondensatorów. Ponadto do zespołu kondensatorów jest podłączone źródło napięcia zasilania, źródło napięcia pomocniczego i źródło napięcia odniesienia oraz kondensator próbkujący i sterowane źródło prądowe, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym modułu sterującego. Zespół zawiera n kondensatorów, przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego. Do zespołu kondensatorów jest dołączony kondensator próbkujący. Górna okładka kondensatora próbkującego jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik z pierwszą szyną, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów zespołu poprzez otwarte pierwsze łączniki. Górna okładka kondensatora o największej pojemności w zespole jest połączona poprzez zamknięty drugi łącznik z drugą szyną, z którą są połączone również górna okładka kondensatora

PL 220 226 B1 próbkującego oraz górne okładki pozostałych kondensatorów zespołu poprzez otwarte drugie łączniki. Natomiast dolna okładka kondensatora próbkującego jest połączona z masą układu poprzez przełącznik, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora, a dolne okładki wszystkich kondensatorów zespołu są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego poprzez odpowiednie przełączniki, których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome tych przełączników są połączone z masą układu. Natomiast pierwsza szyna jest połączona z masą układu poprzez otwarty łącznik pierwszej szyny, a także z wejściem nieodwracającym drugiego komparatora, którego wejście odwracające jest połączone ze źródłem napięcia przetwarzanego poprzez przełącznik napięcia, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika napięcia jest połączony ze źródłem napięcia odniesienia. Druga szyna jest połączona z wejściem odwracającym pierwszego komparatora, a wejścia sterujące pierwszych łączników zespołu oraz przełączników zespołu są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi zestawu wyjść sterujących modułu sterującego, natomiast wejścia sterujące drugich łączników zespołu oraz łącznika pierwszej szyny są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi zestawu wyjść sterujących modułu sterującego, a wejście sterujące przełącznika napięcia jest połączone z kolejnym wyjściem sterującym modułu sterującego. Ponadto, jeden biegun źródła prądowego jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego poprzez przełącznik prądu, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pier wszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony z drugą szyną, a jego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym modułu sterującego, a drugi biegun źródła prądowego jest połączony z pierwszą szyną, zaś wejście sterujące źródła prądowego jest połączone z następnym wyjściem sterującym modułu sterującego.

W innym wariancie znanego układu, kondensator próbkujący o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora o największej pojemności w zespole jest połączony równolegle z kondensatorem o największej pojemności w zespole poprzez pierwszą szynę oraz masę układu tak, że górna okładka kondensatora o największej pojemności w zespole jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik z pierwszą szyną, a jego dolna okładka jest połączona z masą układu poprzez przełącznik, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego.

Sposób, według wynalazku, polegający na wykrywaniu za pomocą modułu sterującego początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego, odwzorowywaniu wielkości przetwarzanego napięcia proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, który dostarcza się za pomocą źródła prądowego i gromadzi się w kondensatorze próbkującym, porównując równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze próbkującym z napięciem przetwarzanym, aż do chwili, gdy napięcie na kondensatorze próbkującym jest równe napięciu przetwarzanemu, a następnie przypisaniu za pomocą modułu sterującego kondensatorowi próbkującemu funkcji kondensatora źródłowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego modułu sterującego, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora próbkującego oraz równoczesnemu przypisaniu za pomocą modułu sterującego kondensatorowi o największej pojemności w zespole kondensatorów, takich że pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego funkcji kondensatora docelowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego modułu sterującego, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora o największej pojemności w zespole i realizowaniu procesu redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, przy czym proces ten nadzoruje się za pomocą modułu sterującego na podstawie sygnału wyjściowego pierwszego komparatora, za pomocą którego kontroluje się napięcie na kondensatorze źródłowym oraz sygnału wyjściowego drugiego komparatora, za pomocą którego porównuje się napięcie narastające na kondensatorze docelowym z napięciem odniesienia, a proces redystrybucji ładunku kontynuuje się aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego przez kondensator o najmniejszej pojemności w zespole kontrolowane równocześnie za pomocą pierwszego komparatora napięcie na aktualnym kondensatorze źródłowym jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze o najmniejszej pojemności w zespole jest równe napięciu odniesienia, przy czym bitom słowa

PL 220 226 B1 cyfrowego przyporządkowanym kondensatorom zespołu, na których uzyskano napięcie równe napięciu odniesienia, przypisuje się za pomocą modułu sterującego wartość jeden, natomiast pozostałym bitom tego słowa przypisuje się wartość zero charakteryzuje się tym, że po uzyskaniu na kondensatorze próbkującym napięcia równego napięciu przetwarzanemu i po wpisaniu za pomocą modułu sterującego wartości odpowiednich indeksów do rejestru indeksu kondensatora źródłowego modułu sterującego oraz do rejestru indeksu kondensatora docelowego modułu sterującego, zgromadzony ładunek elektryczny poddaje się procesowi redystrybucji, w trakcie którego ładunek przenosi się z kondensatora źródłowego do kondensatora docelowego za pomocą drugiego źródła prądowego o wydajności różnej od wydajności pierwszego źródła prądowego, a proces redystrybucji ładunku elektrycznego kontynuuje się w znany sposób aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego przez kondensator o najmniejszej pojemności w zespole kontrolowane równocześnie za pomocą pierwszego komparatora napięcie na aktualnym kondensatorze źródłowym jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze o najmniejszej pojemności w zespole jest równe napięciu odniesienia.

W innym wariancie sposobu, według wynalazku, po wykryciu za pomocą modułu sterującego początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego, ładunek elektryczny odwzorowujący wielkość napięcia przetwarzanego dostarcza się za pomocą pierwszego źródła prądowego i gromadzi się jednocześnie w kondensatorze o największej pojemności w zespole i połączonym z nim równolegle kondensatorze próbkującym o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora o największej pojemności w zespole, porównując równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze próbkującym z napięciem przetwarzanym aż do chwili, gdy napięcie na kondensatorze próbkującym jest równe napięciu przetwarzanemu, po czym, za pomocą modułu sterującego przypisuje się kondensatorowi próbkującemu funkcję kondensatora źródłowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego modułu sterującego, wpisując do tego rejestru wartość indeksu kondensatora próbkującego, a kondensatorowi o największej pojemności w zespole przypisuje się funkcję kondensatora docelowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego modułu sterującego, wpisując do tego rejestru wartość indeksu kondensatora o największej pojemności w zespole, a następnie realizuje się proces redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, w trakcie którego ładunek przenosi się z kondensatora źródłowego do kondensatora docelowego za pomocą drugiego źródła prądowego o wydajności różnej od wydajności pierwszego źródła prądowego, a proces redystrybucji ładunku kontynuuje się w znany sposób aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego przez kondensator o najmniejszej pojemności w zespole kontrolowane równocześnie za pomocą pierwszego komparatora napięcie na aktualnym kondensatorze źródłowym jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze o najmniejszej pojemności w zespole jest równe napięciu odniesienia.

Układ, według wynalazku, zawierający zespół kondensatorów, którego wejścia sterujące są połączone z zestawem wyjść sterujących modułu sterującego, a moduł sterujący jest wyposażony w wyjście cyfrowe, wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania, wejście sygnału wyzw alającego oraz dwa wejścia sterujące, z których pierwsze wejście sterujące jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora, którego wejścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu kondensatorów, a drugie wejście sterujące modułu sterującego jest połączone z wyjściem drugiego komparatora, którego wejścia są połączone z drugą parą wyjść zespołu kondensatorów, a ponadto do zespołu kondensatorów jest podłączone źródło napięcia przetwarzanego, źródło napięcia zasilania, źródło napięcia pomocniczego i źródło napięcia odniesienia, kondensator próbkujący oraz co najmniej jedno sterowane źródło prądowe, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym modułu sterującego charakteryzuje się tym, że do zespołu kondensatorów jest podłączone drugie sterowane źródło prądowe, którego wejście sterujące jest połączone z kolejnym wyjściem sterującym modułu sterującego.

Zespół zawiera n kondensatorów, przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego. Do zespołu jest dołączony kondensator próbkujący, którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik z pierwszą szyną, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów zespołu poprzez otwarte pierwsze łączniki, przy czym górna okładka kondenPL 220 226 B1 satora próbkującego jest równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik z drugą szyną, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów zespołu poprzez otwarte drugie łączniki, a dolna okładka kondensatora próbkującego jest połączona z masą układu poprzez przełącznik, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora, a dolne okładki wszystkich kondensatorów zespołu są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego poprzez przełączniki, których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome tych przełączników są połączone z masą układu, natomiast pierwsza szyna jest połączona z masą układu poprzez otwarty łącznik pierwszej szyny oraz z wejściem nieodwracającym drugiego komparatora, którego wejście odwracające jest połączone ze źródłem napięcia przetwarzanego poprzez przełącznik napięcia, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony ze źródłem napięcia odniesienia, zaś druga szyna jest połączona z wejściem odwracającym pierwszego komparatora, ponadto wejścia sterujące pierwszych łączników i przełączników są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi zestawu wyjść sterujących modułu sterującego, a wejścia sterujące drugich łączników oraz łącznika pierwszej szyny są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi zestawu wyjść sterujących modułu sterującego, natomiast wejście sterujące przełącznika napięcia jest połączone z kolejnym wyjściem sterującym modułu sterującego, zaś jeden biegun pierwszego źródła prądowego jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego, a drugi biegun pierwszego źródła prądowego jest połączony z pierwszą szyną, z którą jest połączony także drugi biegun drugiego źródła prądowego, a pierwszy biegun drugiego źródła prądowego jest połączony z drugą szyną, zaś wejście sterujące pierwszego źródła prądowego jest połączone z kolejnym wyjściem sterującym modułu sterującego, a wejście sterujące drugiego źródła prądowego jest połączone z następnym wyjściem sterującym modułu sterującego.

W kolejnym wariancie układu, według wynalazku, kondensator próbkujący o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora o największej pojemności w zespole jest połączony równolegle z kondensatorem o największej pojemności w zespole poprzez pierwszą szynę oraz masę układu tak, że górna okładka kondensatora o największej pojemności w zespole jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik z pierwszą szyną, a dolna okładka tego kondensatora jest połączona z masą układu poprzez przełącznik, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego.

Sposób i układ do asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe, według wynalazku, cechuje prostota. Zastosowanie dwóch źródeł prądowych o odpowiednio dobranych wydajnościach umożliwia skrócenie czasu realizowania procesu przetwarzania przy jednoczesnym zachowaniu jego wymaganej precyzji.

Rozwiązanie, według wynalazku, jest uwidocznione w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono;

Fig. 1 - schemat blokowy układu,

Fig. 2 - schemat ideowy układu w stanie relaksacji.

Fig. 3 - schemat układu w chwili rozpoczęcia cyklu przetwarzan ia - gromadzenie ładunku elektrycznego w kondensatorze próbkującym Cn,

Fig. 4 - schemat układu podczas przenoszenia ładunku z kondensatora źródłowego Ci do kondensatora docelowego Ck, dla i=n, k=n-1

Fig. 5 - schemat układu podczas przenoszenia ładunku z kolejnego kondensatora źródłowego Ci do kondensatora docelowego Ck,

Fig. 6 - schemat innego wariantu układu w chwili rozpoczęcia cyklu przetwarzania - gromadzenie ładunku elektrycznego w kondensatorze próbkującym Cn i jednocześnie kondensatorze Cn-1, połączonych ze sobą równolegle.

Sposób, według wynalazku, polega na tym, że po wykryciu za pomocą modułu sterującego CM początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu wielkość przetwarzanego napięcia elektrycznego Uin odwzorowuje się proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego tak, że ładunek elektryczny dostarcza się za pomocą pierwszego źródła prądowego i i gromadzi się w kondensatorze próbkującym C_n, porównując równocześnie za pomocą komp aratora K2 napięcie U_n narastające na kondensatorze C_n z napięciem przetwarzanym Uin, co reali6

PL 220 226 B1 zuje się aż do chwili, gdy napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C_n jest równe napięciu przetwarzanemu Uin· Następnie, kondensatorowi próbkującemu C_n przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM funkcji kondensatora źródłowego C którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego C modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora próbkującego C_n. Równocześnie, kondensatorowi o największej pojemności w zespole kondensatorów A, takich że pojemność każdego kondensat ora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM funkcji kondensatora docelowego Ck, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck modułu CM, poprzez wpisanie do, tego rejestru wartości indeksu kondensatora Cm. Następnie, realizuje się proces redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, w trakcie którego ład unek przenosi się z kondensatora źródłowego C i do kondensatora docelowego Ck za pomocą drugiego źródła prądowego J, o wydajności różnej od wydajności pierwszego źródła prądowego |. Równocześnie, za pomocą komparatora K2 porównuje się napięcie U_k narastające na kondensatorze docelowym Ck z napięciem odniesienia Ul oraz kontroluje się za pomocą komparatora Ki napięcie na kondensatorze źródłowym C,. Gdy w trakcie przenoszenia ładunku napięcie U,, kontrolowane za pomocą komparatora K1 na kondensatorze źródłowym C, jest równe zero, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K1 za pomocą modułu sterującego CM aktualnemu kondensatorowi docelowemu Ck przypisuje się funkcję kondensatora źródłowego C,, wpisując do rejestru indeksu kondensatora źródłowego C modułu CM aktualną zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck modułu CM, a funkcję kondensatora docelowego Ck przypisuje się kolejnemu kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, zmniejszając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck i kontynuuje się przenoszenie ładunku za pomocą drugiego źródła prądowego J z nowego kondensatora źródłowego C do nowego kondensatora docelowego Ck. Gdy natomiast w trakcie przenoszenia ładunku z kondensatora źródłowego C do kondensatora docelowego Ck porównywane równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie Uk na kondensatorze docelowym Ck jest równe napięciu odniesienia Ul, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K2 funkcję kondensatora docelowego Ck przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM kolejnemu kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, zmniejsz ając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck i kontynuuje się przenoszenie ładunku z aktualnego kondensatora źródło wego C, do nowego kondensatora docelowego Ck. Proces ten nadal nadzoruje się za pomocą modułu sterującego CM na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów K1 i K2 aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego Ck przez kondensator Co o najmniejszej pojemności w zespole A kontrolowane równocześnie za pomocą komparatora K1 napięcie U,, na aktualnym kondensatorze źródłowym C, jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie Uo narastające na kondensatorze Co jest równe napięciu odniesienia Ul, a bitom bni, b^, .... bi, bo słowa cyfrowego, przyporządkowanym kondensatorom C_n-1, Ci, Co zespołu A, na których uzyskano napięcie o wielkości napięcia odniesienia Ul przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM wartość jeden, zaś pozostałym bitom przypisuje się wartość zero.

W innym wariancie sposobu, według wynalazku, po wykryciu początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego za pomocą modułu sterującego CM, ładunek elektryczny odwzorowujący wielkość napięcia przetwarzanego Uin dostarcza się za pomocą pierwszego źródła prądowego i i gromadzi się jednocześnie w kondensatorze C^ o największej pojemności w zespole A i połączonym z nim równolegle kondensatorze próbkującym C_n o pojemności nie mniejszej od pojemn ości kondensatora C^ zespołu A, porównując równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C_n z napięciem przetwarzanym Uin, co realizuje się do chwili, gdy napięcie U_n jest równe napięciu przetwarzanemu Uin. Następnie, kondensatorowi próbkującemu C_n przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM funkcję kondensatora źródłowego C,, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego C modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora próbkującego C_n. Równocześnie, kondensatorowi C^ o największej pojemności w zespole A przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM funkcję kondensatora docelowego C_k, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck modułu CM, poprzez wpisanie

PL 220 226 B1 do tego rejestru wartości indeksu kondensatora C_n-i. Następnie realizuje się proces redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, przenosząc ładunek z kondensatora źródłowego C do kondensatora docelowego C_k za pomocą drugiego źródła prądowego J, o wydajności różnej od wydajności pierwszego źródła prądowego I. Proces ten nadal nadzoruje się za pomocą modułu sterującego CM na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów K1 i K2 i kontynuuje się aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego C_k przez kondensator Cg o najmniejszej pojemności w zespole A kontrolowane równocześnie za pomocą komparatora Ki napięcie U_i na aktualnym kondensatorze źródłowym C jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie Ug narastające na kondensatorze Cg jest równe napięciu odniesienia Ul.

Układ, według wynalazku, zawiera zespół A kondensatorów, do którego jest podłączone źródło napięcia przetwarzanego Uin, a wejścia sterujące zespołu A są połączone z zestawem wyjść sterujących E modułu sterującego CM. Moduł sterujący CM jest wyposażony w wyjście cyfrowe B, wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR, wejście sygnału wyzwalającego InS oraz dwa wejścia sterujące Ini i ln2. Pierwsze wejście sterujące Ini modułu sterującego CM jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora Ki, którego wejścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu A, a drugie wejście sterujące ln2 modułu CM jest połączone z wyjściem drugiego komparatora K2, którego wejścia są połączone z drugą parą wyjść zespołu A. Ponadto do zespołu A jest podłączone źródło napięcia zasilania Udd, źródło napięcia pomocniczego Uh i źródło napięcia odniesienia Ul, kondensator próbkujący C_n, pierwsze sterowane źródło prądowe I, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym A modułu CM oraz drugie sterowane źródło prądowe J, o wydajności różnej od wydajności pierwszego źródła prądowego_I, przy czym wejście sterujące źródła prądowego J jest połączone z wyjściem sterującym Aj modułu CM. Zespół A zawiera n kondensatorów Cm, Cm, .... Ci, Cg, a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, przy czym każdemu kondensatorowi C^i, Cm,

Ci, Cg jest przyporządkowany odpowiedni bit bnj., b^ ···, bi, bo wyjścia cyfrowego B modułu sterującego CM. Do zespołu A jest dołączony kondensator próbkujący C_n, którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik z pierwszą szyna L, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów Cm, C_n_₂, ..., Ci, Cg, zespołu A poprzez otwarte pierwsze łączniki S_Ln-1, S_Ln-2, ..., Sli, Slo, przy czym górna okładka kondensatora próbkującego C_n jest równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik Syn z drugą szyną H, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów C^i, Cm, ..., Ci, Cg zespołu A poprzez otwarte drugie łączniki S_Hn-1, S_Hn-2, ..., Syi, Syg. Natomiast dolna okładka kondensatora próbkującego C_n jest połączona z masą układu poprzez przełącznik Sgn, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika S_Gn jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego Uy i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora Ki. Dolne okładki wszystkich kondensatorów Cm, Cm, ..., Ci, Cg zespołu A są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego Uy poprzez przełączniki S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sgi, Sgo, których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome przełączników S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sgi, Sgo są połączone z masą układu. Pierwsza szyna L jest połączona z masą układu poprzez otwarty łącznik pierwszej szyny S_Gall oraz z wejściem nieodwracającym drugiego komparatora K2, którego wejście odwracające jest połączone ze źródłem napięcia przetwarzanego Uin poprzez przełącznik napięcia Su, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika napięcia Su jest połączony ze źródłem napięcia odniesienia Ul. Druga szyna H jest połączona z wejściem odwracającym komparatora Ki Ponadto wejścia sterujące łącznika Sn i łączników S|.n.i, S_Ln-2, ..., Sli, Slo zespołu A oraz przełączników S_g i przełączników S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sgi, S_G0 zespołu A są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi I_n i J^, Jm, ..., Ii, Ig zestawu wyjść sterujących E modułu CM. Wejścia sterujące łącznika SH_n i łączników S_Hn-1, S_Hn-2, ..., SHi, SHg zespołu A oraz łącznika Sg_all są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi D_n i Dni, Dn2, ..., Di, Do oraz Dai zestawu wyjść sterujących E modułu CM, a wejście sterujące przełącznika napięcia Sy jest połączone z wyjściem sterującym Au modułu CM. Jeden biegun pierwszego źródła prądowego J jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego Udd, a drugi biegun pierwszego źródła prądowego I jest połączony z pierwszą szyną L, z którą jest połączony także drugi biegun drugiego źródła prądowego J. Natomiast pierwszy biegun drugiego źródła prądowego J jest połączony z drugą szyną H, zaś wejście sterujące pierwszego źródła prądowego J jest połączone z wyjściem sterującym

PL 220 226 B1

A modułu sterującego CM, a wejście sterujące drugiego źródła prądowego J jest połączone z wyjściem sterującym Aj modułu sterującego CM.

W innym wariancie układu, według wynalazku, kondensator próbkujący C_n o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora cm o największej pojemności w zespole A jest połączony równolegle z kondensatorem C_n-1 zespołu A poprzez pierwszą szynę L oraz masę układu tak, że górna okładka kondensatora Cm jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik Sm z szyną L, a dolna okładka kondensatora C_n_i jest połączona z masą układu poprzez przełącznik S_Gn-1, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy przełącznika S_Gn-1 jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego Uh.

Działanie układu, według wynalazku, jest następujące. Między kolejnymi procesami przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe o liczbie bitów równej n moduł sterujący CM utrzymuje układ w stanie relaksacji, podczas trwania którego moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść I_n i J^., Jm, .... J., Jo zamknięcie łączników SL_n i S_Ln-1, Si__n-2, ·, Si, Sl0 i połączonej górnej okładki kondensatora próbkującego C_n i górnych okładek wszystkich kondensatorów cm, C_n_2, C., Co zespołu A z szyną L oraz przełączenie przełączników Sn, S_G-1, S_Gn-2, ·, Sgi, S_g i połączenie dolnych okładek kondensatora próbkującego C_n i kondensatorów cm, cm, .... Ci, Co zespołu A z masą układu, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D_all, powoduje zamknięcie łącznika pierwszej szyny S_Gall i połączenie szyny L z masą układu, wymuszając całkowite rozładowanie kondensatora próbkującego C_n i kondensatorów cm, cm, ·, Ci, Co zespołu A. Następnie moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D_n zamknięcie łącznika Syn i połączenie szyny H z szyną L i z masą układu, uniemożliwiając pojawienie się na szynie H potencjału o przypadkowej wielkości, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au powoduje przełączenie przełącznika Su i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia odniesienie Ul· Jednocześnie moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść Dm, Dm, ., Di, Do otwarcie łączników S_Hn-1, S_Hn-2, .... Shi, cho, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A_l powoduje wyłączenie pierwszego źródła prądowego I, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Aj powoduje wyłączenie drugiego źródła prądowego J (Fig. 2).

W chwili wykrycia przez moduł sterujący CM początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu, moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au przełączenie przełącznika Su i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn, przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Dai powoduje otwarcie łącznika S_Gall i odłączenie szyny_L od masy układu, przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść Jm, Jm, .... J., Jo powoduje otwarcie łączników S_Ln-1, S_Ln-2, .... Sli. Slo i odłączenie górnych okładek wszystkich kondensatorów cm, cm, .... Ci, Co zespołu A od szyny L oraz przełączenie przełączników S_Gn-1, S_Gn-2, .... Si, cgo i połączenie dolnych okładek kondensatorów cm, cm, .... C., Co ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A_l powoduje włączenie źródła prądowego J (Fig. 3). Jednocześnie moduł CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan nieaktywny i przypisuje wszystkim bitom b_nti, óm, .... b., bo cyfrowego wartość początkową zero.

Ładunek elektryczny dostarczany za pomocą pierwszego źródła prądowego J jest gromadzony w kondensatorze próbkującym C_n, który jako jedyny jest wówczas połączony z drugim biegunem źródła prądowego J poprzez szynę L oraz zamknięty łącznik Sn. Gromadzenie ładunku w kondensatorze próbkującym C_n powoduje stopniowy wzrost panującego na nim napięcia U_n, które jest porównywane przez komparator K2 z napięciem przetwarzanym Ujn.

Gdy napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C_n osiągnie wielkość napięcia przetwarzanego Uin, co jest równoznaczne z odwzorowaniem wielkości napięcia przetwarzanego Ujn proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego zgromadzonego w kondensatorze próbkującym C_n, wówczas moduł sterujący CM, na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K2, powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A_l wyłączenie pierwszego źródła prądowego J, przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia J_n powoduje otwarcie łącznika Sn i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od szyny L oraz jednoczesne przełączenie przełącznika Sn i połączenie dolnej okładki kondensatora C_n ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au powoduje przełączenie przełącznika Su i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia odniesienia Ul. Następnie moduł sterujący CM kondensatorowi próbkującemu C_n przypisuje funkcję kondensatora źródłowego C, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego C modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru

PL 220 226 B1 wartości indeksu kondensatora próbkującego C_n. Jednocześnie moduł sterujący CM przypisuje kondensatorowi Cm o największej pojemności w zespole A funkcję kondensatora docelowego C_k, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego C< modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora Cm, po czym moduł CM przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia I< powoduje zamknięcie łącznika Sge i połączenie górnej okładki kondensatora docelowego C< z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Su< i połączenie dolnej okładki kondensatora C< z masą układu. Następnie moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Aj włączenie drugiego źródła prądowego J, za pomocą którego ładunek elektryczny jest przenoszony z kondensatora źródłowego C poprzez szynę H i szynę L do kondensatora docelowego C< (Fig. 4), przy czym w trakcie przenoszenia ładunku napięcie Uj, na kondensatorze źródłowym C stopniowo maleje i jednocześnie napięcie U< na kondensatorze docelowym C< stopniowo rośnie.

W przypadku, gdy podczas przenoszenia ładunku elektrycznego napięcie U< na aktualnym kondensatorze docelowym C< osiągnie wielkość napięcia odniesienia Ul, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K2 moduł sterujący CM przypisuje odpowiedniemu bitowi b< słowa cyfrowego wartość jeden, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia I< powoduje otwarcie łącznika Sl< i odłączenie górnej okładki kondensatora docelowego C< od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sg< i połączenie dolnej okładki kondensatora C< ze źródłem napięcia pomocniczego Uh. Następnie moduł sterujący CM przypisuje funkcję kondensatora docelowego C< następnemu w kolejności kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, poprzez zmniejszenie o jeden zawartości rejestru indeksu kondensatora docelowego C_k, po czym przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia |< powoduje zamknięcie łącznika Sl< i połączenie górnej okładki nowego kondensatora docelowego C< z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sg< i połączenie dolnej okładki kondensatora C< z masą układu.

W przypadku, gdy podczas przenoszenia ładunku elektrycznego napięcie U, na kondensatorze źródłowym C osiągnie wartość zero, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego komparatora Ki moduł sterujący CM przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D,, powoduje otwarcie łącznika Shi i odłączenie górnej okładki kondensatora źródłowego C,, od szyny H, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia I< powoduje otwarcie łącznika Sl< i odłączenie górnej okładki kondensatora docelowego C_k od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sg< i połączenie jego dolnej okładki ze źródłem napięcia pomocniczego Uh. Następnie moduł CM przypisuje funkcję kondensatora źródłowego C, kondensatorowi, który do tej pory pełnił funkcję kondensatora docelowego C< poprzez wpisanie aktualnej zawartości rejestru indeksu kondensatora docelowego C< do rejestru indeksu kondensatora źródłowego C,, po czym przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D, modułu CM powoduje zamknięcie łącznika S_ i połączenie górnej okładki nowego kondensatora źródłowego C z szyną H. Następnie moduł sterujący CM zmniejsza o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego C< i przypisuje funkcję kondensatora docelowego C< kolejnemu kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, po czym przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia j_k moduł sterujący CM powoduje zamknięcie łącznika Sl< i połączenie górnej okładki nowego kondensatora docelowego C< z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika SGk i połączenie dolnej okładki kondensatora C< z masą układu (Fig. 5). W obu przypadkach moduł sterujący CM kontynuuje proces redystrybucji ładunku elektrycznego na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów Ki i K2. Każde pojawienie się stanu aktywnego na wyjściu komparatora powoduje przypisanie funkcji kondensatora docelowego C< następnemu w kolejności kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, natomiast każde pojawienie się stanu aktywnego na wyjściu komparatora Ki powoduje przypisanie funkcji kondensatora źródłowego C kondensatorowi zespołu A, który aktualnie pełnił funkcję kondensatora docelowego C< i jednocześnie przypisanie funkcji kondensatora docelowego C< następnemu w kolejności kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora pełniącego tę funkcję bezpośrednio wcześniej. Proces redystrybucji ładunku zostaje zakończony w chwili, gdy funkcję kondensatora docelowego C< przestaje pełnić kondensator Co o najmniejszej pojemności w zespole A. Sytuacja taka występuje, gdy podczas przenoszenia ładunku do kondensatora Co na wyjściu komparatora Ki albo na wyjściu komparatora K2 pojawia się stan aktywny. Gdy stan aktywny pojawia się na wyjściu komparatora K2, moduł sterujący CM przypisuje bitowi bo wartości jeden.

PL 220 226 B1

Po zakończeniu procesu redystrybucji ładunku elektrycznego dostarczonego za pomocą pierwszego źródła prądowego I i zgromadzonego w kondensatorze próbkującym C_n oraz określeniu wartości wyjściowego słowa cyfrowego, złożonego z bitów bna, bn2, ···. bi, bo_ moduł sterujący CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan aktywny oraz powoduje wprowadzenie układu w stan relaksacji poprzez wyłączenie drugiego źródła prądowego J, przełączenie przełącznika Su w pozycję łączącą wejście odwracające komparatora K2 ze źródłem napięcia odniesienia Ul, zamknięcie łączników S^, i S_Ln-1, S_Ln-2, Sl1, Slo i połączenie górnych okładek kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Ca, C^, C1, Co zespołu A z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełączników Sgq, i S_Gn-1, S_Gn-2, Sg1, Sg0 w pozycje łączące ich dolne okładki kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Cm, Cm, C1, Co zespołu A z masą układu, zamknięcie łącznika pierwszej szyny S_Gall i połączenie szyny L z masą układu, powodując całkowite rozładowanie kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów C^, Cn-2, C1, C0 zespołu A, otwarcie łączników S_Hn-1, S_Hn-2, Sm, Sh0 zespołu A, a także zamknięcie łącznika S_H i połączenie szyny H z szyną L i z masą układu (Fig. 2), uniemożliwiając pojawienie się na szynie H potencjału o przypadkowej wielkości.

Działanie innego wariantu układu, według wynalazku, polega na tym, że w chwili wykrycia przez moduł sterujący CM początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu, moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au przełączenie przełącznika Su i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia przetwarzanego Uin, przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Dai powoduje otwarcie łącznika S_Gall i odłączenie szyny L od masy układu, a przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść Im, ..., Ii, |o powoduje otwarcie łączników S_Ln-2, ..., Sli, Slo i odłączenie górnych okładek kondensatorów Cm,..., C₁, Co zespołu A od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełączników S_Gn-2, Sg1, S_G0 i połączenie dolnych okładek kondensatorów cm,..., C1, Co ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A_I powoduje włączenie pierwszego źródła prądowego I (Fig. 6). Jednocześnie moduł CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan nieaktywny oraz przypisuje wszystkim bitom bn-1_, b^, b, bo słowa cyfrowego wartość początkową zero. Ładunek elektryczny dostarczany za pomocą pierwszego źródła prądowego | jest gromadzony jednocześnie w kondensatorze próbkującym C_n i połączonym z nim równolegle kondensatorze C^ zespołu A, które jako jedyne są połączone z drugim biegunem źródła prądowego I poprzez szynę L i zamknięte łączniki Sn i S_Ln-1.

Gdy napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C_n osiągnie wielkość napięcia przetwarzanego Un wówczas moduł sterujący CM, na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K2 rozpoczyna nadzorowanie procesu redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, który dobiega końca w chwili, gdy funkcję kondensatora docelowego Ck przestaje pełnić kondensator Co o najmniejszej pojemności w zespole A, po czym moduł sterujący CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan aktywny oraz powoduje ponowne wprowadzenie układu w stan relaksacji.

„Sposób i układ do asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe”

Wykaz oznaczeń na rysunku

A - zespół kondensatorów

CM - moduł sterujący

K1, K2 - komparatory

I - pierwsze źródło prądowe

J - drugie źródło prądowe

U_L - źródło napięcia odniesienia

U_H - źródło napięcia pomocniczego uIN - źródło napięcia przetwarzanego

U_DD - źródło napięcia zasilającego

InS - wejście sygnału wyzwalającego

In1, In2 - wejścia sterujące modułu sterującego

B - wyjście cyfrowe modułu sterującego

E - zestaw wyjść sterujących modułu sterującego

OutR - wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania

PL 220 226 B1

L - pierwsza szyna

H - druga szyna

C_n-1, Cn-2. , Ci, C₀ - kondensatory zespołu A

Cn - kondensator próbkujący

Ci - kondensator źródłowy

Ck - kondensator docelowy

U_n-1, U_n-2, ..., U₁, U₀ - napięcie na kondensatorach zespołu A

Un - napięcie na kondensatorze próbkującym

Ui - napięcie na kondensatorze źródłowym

Uk - napięcie na kondensatorze docelowym b_n-1, b_n-2, ..., b₁, b₀ - bity słowa cyfrowego

S_Ln, S_Ln-1, S_Ln-2, .... S_L1, S_L0- pierwsze łączniki

SHn, SHn-1, Shn-2, ·, Sh1, Sho - drugie łączniki

SGn, SGn-1, SGn-2, .... Sg1, Sgo - przełączniki

SGall - łącznik pierwszej szyny

SU - przełącznik napięcia

A_I, Aj, A_u - wyjścia sterujące modułu sterującego

I_n, l_n-1, l_n-2, ..., I₁, l_o - wyjścia sterujące modułu sterującego D_n, D_n-1, D_n-2, ..., D₀, D_Gall - wyjścia sterujące modułu sterującego.

Claims (5)

1. Sposób asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe polegający na wykrywaniu za pomocą modułu sterującego początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego, odwzorowywaniu wielkości przetwarzanego napięcia proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, który dostarcza się za pomocą źródła prądowego i gromadzi się w kondensatorze próbkującym, porównując równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze próbkującym z napięciem przetwarzanym, aż do chwili, gdy napięcie na kondensatorze próbkującym jest równe napięciu przetwarzanemu, a następnie przypisaniu za pomocą modułu sterującego kondensatorowi próbkującemu funkcji kondensatora źródłowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego modułu sterującego, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora próbkującego oraz równoczesnemu przypisaniu za pomocą modułu sterującego kondensatorowi o największej pojemności w zespole kondensatorów, takich że pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego funkcji kondensatora docelowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego modułu sterującego, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora o największej pojemności w zespole oraz realizowaniu procesu redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, przy czym proces ten nadzoruje się za pomocą modułu sterującego na podstawie sygnału wyjściowego pierwszego komparatora, za pomocą którego kontroluje się napięcie na kondensatorze źródłowym oraz sygnału wyjściowego drugiego komparatora, za pomocą którego porównuje się napięcie narastające na kondensatorze docelowym z napięciem odniesienia, a proces redystrybucji ładunku kontynuuje się aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego przez kondensator o najmniejszej pojemności w zespole kontrolowane równocześnie za pomocą pierwszego komparatora napięcie na aktualnym kondensatorze źródłowym jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze o najmniejszej pojemności w zespole jest równe napięciu odniesienia, przy czym bitom słowa cyfrowego przyporządkowanym kondensatorom zespołu, na których uzyskano napięcie równe napięciu odniesienia, przypisuje się za pomocą modułu sterującego wartość jeden, natomiast pozostałym bitom tego słowa przypisuje się wartość zero, znamienny tym, że po uzyskaniu na kondensatorze próbkującym (C_n) napięcia (U_n) równego napięciu przetwarzanemu (Uin) i po wpisaniu za pomocą modułu sterującego (CM) wartości odpowiednich indeksów do rejestru indeksu kondensatora źródłowego (C,) modułu sterującego (CM) oraz do rejestru indeksu kondensatora docelowego (Ck) modułu sterującego (CM) zgromadzony ładunek elektryczny poddaje się procesowi redystrybucji, w trakcie którego ładunek przenosi się z kondensatora źródłowego (C) do kondensatora docelowego (Ck) za pomocą drugiego źródła prądowego (J) o wydajności różnej od

PL 220 226 B1 wydajności pierwszego źródła prądowego (I) a proces redystrybucji ładunku elektrycznego kontynuuje się w znany sposób aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego (Ck) przez kondensator (Co) o najmniejszej pojemności w zespole (A) kontrolowane równocześnie za pomocą pierwszego komparatora (K1) napięcie (U_i) na aktualnym kondensatorze źródłowym (Ci) jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora (K2) napięcie (U_o) narastające na kondensatorze (Co) jest równe napięciu odniesienia (Ul).

2. Sposób przetwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że po wykryciu za pomocą modułu sterującego (CM) początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego ładunek elektryczny odwzorowujący wielkość napięcia przetwarzanego (Uin) dostarcza się za pomocą pierwszego źródła prądowego (i) i gromadzi się jednocześnie w kondensatorze (cm) o największej pojemności w zespole (A) i połączonym z nim równolegle kondensatorze próbkującym (C_n) o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora (cm) zespołu (A), porównując równocześnie za pomocą drugiego komparatora (K2) napięcie (U_n) narastające na kondensatorze próbkującym (C_n) z napięciem przetwarzanym (Uin) aż do chwili, gdy napięcie (U_n) jest równe napięciu przetwarzanemu (Uin), po czym, za pomocą modułu sterującego (CM) przypisuje się kondensatorowi próbkującemu (C_n) funkcję kondensatora źródłowego (c), którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego (C_i) modułu sterującego (CM), wpisując do tego rejestru wartość indeksu kondensatora próbkującego (C_n), a kondensatorowi (cm) o największej pojemności w zespole (A) przypisuje się funkcję kondensatora docelowego (Ck), którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego (Ck) modułu sterującego (CM), wpisując do tego rejestru wartość indeksu kondensatora (cm) o największej pojemności w zespole (A), a następnie realizuje się proces redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, w trakcie którego ładunek elektryczny przenosi się z kondensatora źródłowego (C_i) do kondensatora docelowego (Ck) za pomocą drugiego źródła prądowego (J) o wydajności różnej od wydajności pierwszego źródła prądowego (I), a proces redystrybucji ładunku kontynuuje się w znany sposób aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego (Ck) przez kondensator (Co) o najmniejszej pojemności w zespole (A) kontrolowane równocześnie za pomocą pierwszego komparatora (K1) napięcie (U_i) na aktualnym kondensatorze źródłowym (C_i) jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora (K2) napięcie (Uo) narastające na kondensatorze (Co) jest równe napięciu odniesienia (Ul).

3. Układ do asynchronicznego przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe zawierający zespół kondensatorów, którego wejścia sterujące są połączone z zestawem wyjść sterujących modułu sterującego, a moduł sterujący jest wyposażony w wyjście cyfrowe, wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania, wejście sygnału wyzwalającego oraz dwa wejścia sterujące z których pierwsze wejście sterujące jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora, którego wejścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu kondensatorów, a drugie wejście sterujące modułu sterującego jest połączone z wyjściem drugiego komparatora, którego wejścia są połączone z drugą parą wyjść zespołu kondensatorów, a ponadto do zespołu kondensatorów jest podłączone źródło napięcia przetwarzanego, źródło napięcia zasilania, źródło napięcia pomocniczego i źródło napięcia odniesienia, kondensator próbkujący oraz co najmniej jedno sterowane źródło prądowe, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym modułu sterującego, znamienny tym, że do zespołu kondensatorów (A) jest podłączone drugie sterowane źródło prądowe (J), którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym (Aj) modułu sterującego (CM).

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół (A) zawiera n kondensatorów (cm, cm,

..., Ci, Co), przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, a do zespołu (A) jest dołączony kondensator próbkujący (C_n), którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik (Si_n) z pierwszą szyną (L), z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów (Cnzi. Cnt2i ..., Ci, Co) zespołu (A) poprzez otwarte pierwsze łączniki (S_Ln-1, S_Ln-2, Su, Slo), przy czym górna okładka kondensatora próbkującego (C_n) jest równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik (Syn) z drugą szyną (H), z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów (cm, cm, ..., Ci, Co) zespołu (A) poprzez otwarte drugie łączniki (S_Hn-1, S_Hn-2, Cm, Cyo), a dolna okładka kondensatora próbkującego (C_n) jest połączona z masą układu poprzez przełącznik (Sm), którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika (Sgh) jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh) i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora (Ki), a dolne okładki wszystkich kondensatorów (cm, cm, ..., Ci, Co) zespołu (A) są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh) poprzez

PL 220 226 B1 przełączniki (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sgi, Sgo), których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome przełączników (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sg., Sgs) są połączone z masą układu, natomiast pierwsza szyna (L) jest połączona z masą układu poprzez otwarty łącznik pierwszej szyny (S_Gall) oraz z wejściem nieodwracającym drugiego komparatora (K2), którego wejście odwracające jest połączone ze źródłem napięcia przetwarzanego (Uin) poprzez przełącznik napięcia (Su), którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika (Su) jest połączony ze źródłem napięcia odniesienia (Ul), zaś druga szyna (H) jest połączona z wejściem odwracającym pierwszego komparatora (Ki), ponadto wejścia sterujące pierwszego łącznika (S__n) i pierwszych łączników (S_Ln-₁, Slm, ..., Sl., Slo) zespołu (A) oraz przełącznika (Son) i przełączników (S_Gn-1, S_Gn-2, Sgi, Sgo) zespołu (A) są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi (i_n) i (I^, Im, ii, io) zestawu wyjść sterujących (E) modułu sterującego (CM), a wejścia sterujące drugiego łącznika (Syn) i drugich łączników (S_Hn-1, S_Hn-2, ..., Sai, Syo) zespołu (A) oraz łącznika pierwszej szyny (S_Gall) są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi) i (D_n) i (0^1, Dm, ..., Di, Do), oraz (Dal) zestawu wyjść sterujących (E) modułu (CM), natomiast wejście sterujące przełącznika napięcia (Sy) jest połączone z wyjściem sterującym (Ay) modułu sterującego (CM), zaś jeden biegun pierwszego źródła prądowego (i) jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego (Udo), a drugi biegun pierwszego źródła prądowego (i) jest połączony z pierwszą szyną (L), z którą jest połączony także drugi biegun drugiego źródła prądowego (J), a pierwszy biegun drugiego źródła prądowego (J) jest połączony z drugą szyną (H), zaś wejście sterujące pierwszego źródła prądowego (i) jest połączone z wyjściem sterującym (A_I) modułu sterującego (CM), a wejście sterujące drugiego źródła prądowego (J) jest połączone z wyjściem sterującym (Aj) modułu sterującego (CM).

5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że kondensator próbkujący (C_n) o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora (C_n.) o największej pojemności w zespole (A) jest połączony równolegle z kondensatorem (cm) o największej pojemności w zespole (A) poprzez pierwszą szynę (L) oraz masę układu tak, że górna okładka kondensatora (C_n.) jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik (S_Ln-1), z pierwszą szyną (L), a dolna okładka kondensatora (Cj jest połączona z masą układu poprzez przełącznik (S_Gn-1), którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy przełącznika (S_Gn-1) jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh).