PL220542B1 - Sposób i układ do przetwarzania chwilowej wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

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

Znany z literatury technicznej (James McCreary, Paul R. Gray „A High-Speed, AII-MOS Successive-Approximation Weighted Capacitor A/D Conversion Technique”, IEEE International Solid-State Circuits Conference, February 12, 1975, str. 38-39) sposób przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na sygnał cyfrowy wykorzystuje redystrybucję ładunku elektrycznego w układzie kondensatorów, przeprowadzaną zgodnie z metodą sukcesywnej aproksymacji. Jego pierwszym etapem jest próbkowanie chwilowej wielkości napięcia wejściowego, polegające na zgromadzeniu w układzie równolegle połączonych kondensatorów ładunku elektrycznego o wielkości wprost proporcjonalnej do wielkości napięcia wejściowego. Pojemność każdego następnego kondensatora układu jest przy tym dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, a ponadto jedna z okładek każdego kondensatora jest połączona z pierwszą wspólną szyną. Po zakończeniu próbkowania przeprowadza się proces przetwarzania wielkości zgromadzonego ładunku na słowo cyfrowe przez jego odpowiednią redystrybucję pomiędzy poszczególne kondensatory układu. Proces przetwarzania rozpoczyna się od przeniesienia drugiej okładki kondensatora o największej pojemności na potencjał odniesienia o ustalonej wielkości. Stan wykorzystywanych w tym celu przełączników nadzoruje synchroniczny, sekwencyjny układ sterujący, wytwarzający odpowiednie sygnały sterujące. Wymuszona w ten sposób redystrybucja ładunku elektrycznego pomiędzy poszczególne kondensatory układu powoduje zmianę wypadkowego potencjału pierwszej wspólnej szyny. Potencjał ten porównuje się za pomocą komparatora z potencjałem masy układu. Jeżeli po dokonaniu zmiany potencjału drugiej okładki danego kondensatora wypadkowy potencjał pierwszej wspólnej szyny jest większy od potencjału masy układu, to okładce tej przywraca się potencjał masy układu, a bitowi słowa cyfrowego odpowiadającemu temu kondensatorowi przypisuje się wartość zero. W przeciwnym przypadku drugą okładkę danego kondensatora pozostawia się na potencjale odniesienia, a odpowiedniemu bitowi słowa cyfrowego przypisuje się wartość jeden. Następnie, za pomocą układu sterowania zmienia się potencjał drugiej okładki kolejnego kondensatora o dwukrotnie mniejszej pojemności, po czym cykl ten powtarza się, aż do wygenerowania całego słowa cyfrowego o liczbie bitów równej n, przy czym czas próbkowania oraz czas trwania kolejnych etapów procesu przetwarzania jest wyznaczany długością okresu sygnału zegara taktującego pracę układu.

Znany z artykułu (James McCreary, Paul R. Gray „A High-Speed, AII-MOS Successive-Approximation Weighted Capacitor A/D Conversion Technique”, IEEE International Solid-State Circuits Conference, February 12, 1975, str. 38-39) analogowo-cyfrowy przetwornik wielkości napięcia elektrycznego zawiera kondensatorowy układ sukcesywnej aproksymacji, którego jedno wejście jest połączone ze źródłem przetwarzanego napięcia wejściowego, a drugie ze źródłem napięcia odniesienia, zaś wyjście poprzez komparator jest połączone z wejściem sekwencyjnego układu sterowania. Sekwencyjny układ sterowania jest wyposażony w wyjście cyfrowe oraz wejście sygnału zegara, taktującego przebieg procesu przetwarzania. Dwa wyjścia sterujące sekwencyjnego układu sterowania są połączone z komparatorem, a kolejne wyjścia sterujące są podłączone do kondensatorowego układu sukcesywnej aproksymacji. Kondensatorowy układu sukcesywnej aproksymacji zawiera podzespół n-1 kondensatorów o binarnym stosunku pojemności oraz dodatkowy kondensator, przy czym pierwsza okładka każdego kondensatora podzespołu jest połączona z pierwszą wspólną szyną, a pojemność dodatkowego kondensatora jest równa pojemności najmniejszego kondensatora podzespołu. Drugie okładki kondensatorów podzespołu są połączone z drugą wspólną szyną poprzez przełączniki, których drugie styki nieruchome są połączone z masą układu. Pierwsza wspólna szyna jest połączona z wejściem nieodwracającym komparatora, a druga wspólna szyna jest połączona poprzez kolejny przełącznik ze źródłem napięcia wejściowego albo ze źródłem napięcia odniesienia, zaś wejście odwracające komparatora jest połączone z masą układu.

Sposób według wynalazku, polegający na odwzorowywaniu chwilowej wielkości przetwarzanego napięcia elektrycznego proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, gromadzonego w co najmniej jednym kondensatorze oraz wyznaczaniu wartości słowa cyfrowego o liczbie bitów równej n charakteryzuje się tym, że po wykryciu za pomocą modułu sterującego początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego chwilową wielkość przetwarzanego napięcia elektrycznego odwzorowuje się proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, który gromadzi się w kondensatorze próbkującym poprzez równoległe połączenie tego kondensatora ze źródłem przetwarzanego napięcia

PL 220 542 B1 na czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego, przy czym czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego jest nie krótszy od zadanej wielkości minimalnej. Po wykryciu za pomocą modułu sterującego końca aktywnego stanu sygnału wyzwalającego ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze próbkującym rozmieszcza się za pomocą źródła prądowego w kondensatorach zespołu kondensatorów, przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego. Proces rozmieszczania ładunku elektrycznego rozpoczyna się od przypisania kondensatorowi próbkującemu za pomocą modułu sterującego funkcji kondensatora źródłowego, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego modułu sterującego, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora próbkującego oraz równoczesnego przypisania za pomocą modułu sterującego kondensatorowi o największej pojemności w zespole 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. Następnie ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze źródłowym przenosi się za pomocą źródła prądowego do kondensatora docelowego i równocześnie za pomocą drugiego komparatora porównuje się napięcie narastające na kondensatorze docelowym z napięciem odniesienia oraz kontroluje się za pomocą pierwszego komparatora napięcie na kondensatorze źródłowym. Gdy w trakcie przenoszenia ładunku, kontrolowane za pomocą pierwszego komparatora napięcie na kondensatorze źródłowym jest równe zero, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego tego komparatora za pomocą modułu sterującego aktualnemu kondensatorowi docelowemu przypisuje się funkcję kondensatora źródłowego, wpisując do rejestru indeksu kondensatora źródłowego aktualną zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego, a funkcję kondensatora docelowego przypisuje się kolejnemu kondensatorowi w zespole o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, zmniejszając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego i kontynuuje się przenoszenie ładunku za pomocą źródła prądowego z nowego kondensatora źródłowego do nowego kondensatora docelowego. Natomiast, gdy w trakcie przenoszenia ładunku z kondensatora źródłowego do kondensatora docelowego porównywane równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie na kondensatorze docelowym jest równe napięciu odniesienia, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego drugiego komparatora funkcję kondensatora docelowego przypisuje się za pomocą modułu sterującego kolejnemu kondensatorowi zespołu o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, zmniejszając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego i kontynuuje się przenoszenie ładunku z aktualnego kondensatora źródłowego do nowego kondensatora docelowego. Proces ten nadal nadzoruje się za pomocą modułu sterującego na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów 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 o wielkości napięcia odniesienia przypisuje się za pomocą modułu sterującego wartość jeden, a pozostałym bitom przypisuje się wartość zero.

W innej wersji sposobu, według wynalazku, po wykryciu początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego za pomocą modułu sterującego, ładunek elektryczny odwzorowujący chwilową wielkość napięcia przetwarzanego gromadzi się jednocześnie w kondensatorze o największej pojemności w zespole i kondensatorze próbkującym o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora o największej pojemności w zespole poprzez równoległe połączenie tych kondensatorów ze sobą i równocześnie ze źródłem przetwarzanego napięcia na czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego. Następnie, po wykryciu za pomocą modułu sterującego końca aktywnego stanu sygnału wyzwalającego rozpoczyna się proces rozmieszczania w kondensatorach zespołu zgromadzonego ładunku elektrycznego, który realizuje się na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów 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.

PL 220 542 B1

Układ według wynalazku, zawierający zespół kondensatorów oraz co najmniej jeden komparator połączony z wyposażonym w wyjście cyfrowe układem sterowania, którego wyjścia sterujące są połączone z zespołem kondensatorów charakteryzuje się tym, że źródło napięcia przetwarzanego jest połączone z zespołem kondensatorów, którego wejścia sterujące są połączone z zestawem wyjść sterujących modułu sterującego. Moduł sterujący jest wyposażony w wyjście cyfrowe, wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania, wejście sygnału wyzwalającego oraz dwa wejścia sterujące. Pierwsze wejście sterujące jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora, którego wejścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu, a drugie wejście sterujące modułu jest połączone z wyjściem drugiego komparatora, którego wejścia są połączone z drugą parą wyjść zespołu. Ponadto do zespołu jest podłączone źródło napięcia pomocniczego i źródło napięcia odniesienia, kondensator próbkujący oraz sterowane źródło prądowe, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym modułu sterującego.

Zespół kondensatorów zawiera n kondensatorów, a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, przy czym każdemu kondensatorowi jest przyporządkowany odpowiedni bit wyjścia cyfrowego modułu sterującego. Do zespołu jest dołączony kondensator próbkujący, którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty łącznik wejściowy ze źródłem napięcia przetwarzanego i równocześnie 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 równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik z drugą szyną, z którą są połączone również górna okładka kondensatora próbkującego poprzez otwarty drugi łącznik oraz górne okładki pozostałych kondensatorów zespołu poprzez otwarte drugie łączniki. 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. 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 odniesienia, zaś druga szyna jest połączona z wejściem odwracającym pierwszego komparatora. Wejścia sterujące pierwszych łączników zespołu, oraz przełączników zespołu są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi modułu sterującego, a wejścia sterujące drugich łączników zespołu oraz kolejnego łącznika są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi modułu sterującego. Natomiast jeden biegun źródła prądowego jest połączony z drugą szyną, a drugi biegun źródła prądowego jest połączony z pierwszą szyną, zaś wejście sterujące źródła prądowego jest połączone z kolejnym wyjściem sterującym modułu sterującego, natomiast wejście sterujące łącznika wejściowego jest połączone z następnym wyjściem sterującym modułu sterującego.

W innej wersji 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 i równocześnie kondensatory te są połączone równolegle ze źródłem napięcia przetwarzanego tak, że górna okładka kondensatora o największej pojemności w zespole jest połączona ze źródłem napięcia przetwarzanego poprzez zwarty dodatkowy łącznik wejściowy, a jego dolna okładka jest połączona z masą układu poprzez przełącznik, którego styk ruchomy jest zwarty z pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego. Ponadto górna okładka kondensatora o największej pojemności w zespole jest równocześnie połączona poprzez zwarty pierwszy łącznik z pierwszą szyną, natomiast wejścia sterujące łącznika wejściowego i dodatkowego łącznika wejściowego są ze sobą sprzężone i połączone z następnym wyjściem sterującym modułu, sterującego.

Sposób i układ do przetwarzania chwilowej wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe, według wynalazku, cechuje prostota. Ponadto, wykorzystywanie zewnętrznego sygnału bramkującego oraz sygnałów wyjściowych komparatorów do wskazywania momentów dokonywania odpowiednich przełączeń w układzie po osiągnięciu przez układ kolejnego stanu, umożliwia wyeliminowanie zewnętrznego źródła sygnału taktującego, będącego dodatkowym odbiornikiem znacznych ilości energii, a tym samym umożliwia istotne zmniejszenie zużycia energii elektrycznej przez układ przetwarzania.

PL 220 542 B1

Gromadzenie ładunku jednocześnie w kondensatorze próbkującym i jednocześnie w kondensatorze o największej pojemności w zespole umożliwia dwukrotne zmniejszenie wymaganej pojemności kondensatora próbkującego przy zachowaniu tej samej maksymalnej wielkości napięcia, jaka będzie osiągana na kondensatorze próbkującym, a także skrócenie czasu przenoszenia ładunku elektrycznego zgromadzonego w kondensatorze próbkującym do kolejnych kondensatorów układu.

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 przetwarzania - gromadzenie ładunku elektrycznego w kondensatorze próbkującym C_n połączonym równolegle ze źródłem napięcia przetwarzanego,

Fig. 4 - schemat układu podczas przenoszenia ładunku z kondensatora źródłowego C 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 ideowy innej wersji układu w stanie relaksacji,

Fig. 7 - schemat innej wersji układu w chwili rozpoczęcia cyklu przetwarzania - gromadzenie ładunku elektrycznego w kondensatorze próbkującym C_n i kondensatorze Cny., połączonych równolegle ze źródłem napięcia przetwarzanego.

Sposób według wynalazku, polega na tym, że po wykryciu za pomocą modułu sterującego CM początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego InS chwilową wielkość przetwarzanego napięcia elektrycznego Uin odwzorowuje się proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, który gromadzi się w kondensatorze próbkującym C_n poprzez jego równoległe połączenie ze źródłem przetwarzanego napięcia Uin na czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego InS, przy czym czas trwania aktywnego stanu sygnału InS jest nie krótszy od zadanej wielkości minimalnej. Następnie, po wykryciu za pomocą modułu CM końca aktywnego stanu sygnału InS, ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze próbkującym C_n rozmieszcza się za pomocą źródła prądowego i w kondensatorach C_ny, Cny,..., C., Co zespołu A, przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego. Proces rozmieszczania ładunku elektrycznego rozpoczyna się od przypisania kondensatorowi próbkującemu C_n za pomocą modułu sterującego CM funkcji kondensatora źródłowego C_i, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego C_i, modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora C_n oraz równoczesnego przypisania za pomocą modułu sterującego CM kondensatorowi Cny o największej pojemności w zespole A funkcji kondensatora docelowego Ck, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora Cny. Następnie ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze źródłowym C_i przenosi się za pomocą źródła prądowego I do kondensatora docelowego Ck i równocześnie za pomocą komparatora K2 porównuje się napięcie Uk narastające na kondensatorze docelowym Ck z napięciem odniesienia Ui oraz kontroluje się za pomocą komparatora K1 napięcie na kondensatorze źródłowym C_i.

Gdy w trakcie przenoszenia ładunku napięcie U_i kontrolowane za pomocą komparatora K1 na kondensatorze źródłowym C_i 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_i, wpisując do rejestru indeksu kondensatora źródłowego C_i, 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 źródła prądowego I z nowego kondensatora źródłowego C_i do nowego kondensatora docelowego Ck.

Natomiast, gdy w trakcie przenoszenia ładunku z kondensatora źródłowego C_i 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 konden6

PL 220 542 B1 satora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, zmniejszając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck i kontynuuje się przenoszenie ładunku z kondensatora źródłowego C_i do nowego kondensatora docelowego Ck.

Proces przenoszenia ładunku 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_i na aktualnym kondensatorze źródłowym C_i jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie U_o narastające na kondensatorze Co jest równe napięciu odniesienia U_L, przy czym bitom bn-1, bk2- --- ba, bo słowa cyfrowego przyporządkowanym kondensatorom cm, cm, ..., Ca, Co zespołu A, na których uzyskano napięcie o wartości napięcia odniesienia Ul przypisuje się za pomocą modułu sterującego CM wartość jeden, a pozostałym bitom przypisuje się wartość zero.

W innej wersji sposobu według wynalazku, ładunek elektryczny odwzorowujący chwilową wielkość napięcia przetwarzanego U|n gromadzi się jednocześnie w kondensatorze cm o największej pojemności w zespole A i kondensatorze próbkującym C_n o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora cm zespołu A poprzez równoległe połączenie kondensatorów C_n i cm ze sobą i równocześnie ze źródłem przetwarzanego napięcia Ujn na czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego InS. Następnie, po wykryciu za pomocą modułu CM końca aktywnego stanu sygnału wyzwalającego rozpoczyna się proces rozmieszczania w kondensatorach zespołu A zgromadzonego ładunku elektrycznego, który realizuje się aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora doc elowego Ck przez kondensator Co o najmniejszej pojemności w zespole A kontrolowane równocześnie za pomocą komparatora K1 napięcie U_i na aktualnym kondensatorze źródłowym C_i jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie Uo narastające na kondensatorze Co jest równe napięciu odniesienia Ul.

Układ według wynalazku, zawiera zespół kondensatorów A, z którym jest połączone źródło napięcia przetwarzanego Uin oraz zestaw 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 In1 i In2. Pierwsze wejście sterujące In1 modułu CM jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora K1, którego wejścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu A, a drugie wejście sterujące In2 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 pomocniczego Uh i źródło napięcia odniesienia Ul, kondensator próbkujący C_n oraz sterowane źródło prądowe |, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym A_I modułu CM.

Zespół A zawiera n kondensatorów cm, cm, Ca, Co, a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, ponadto każdemu kondensatorowi cm, cm, Ca, Co jest przyporządkowany odpowiedni bit bn-a, bn,2, ba, bo wyjścia cyfrowego B modułu sterującego CM. Do zespołu A jest dołączony kondensator próbkujący C_n, którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty łącznik wejściowy Syn ze źródłem napięcia przetwarzanego Uin i równocześnie poprzez zamknięty pierwszy łącznik Sn z pierwszą szyną L, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów cm, cm, ..., Ca, Co zespołu A poprzez otwarte pierwsze łączniki S_Ln-i, S_Ln-2, ..., Sli, Slo, przy czym górna okładka kondensatora cm o największej pojemności w zespole A jest równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik S_Hn-i z drugą szyną H. Z szyną H są połączone również górne okładki kondensatora próbkującego C_n oraz pozostałych kondensatorów C_ct2, ..., Ca, Co zespołu A poprzez otwarte drugie łączniki S_H i S_Hn-2, ..., Shi, Sho- Natomiast dolna okładka kondensatora próbkującego C_n jest połączona z masą układu poprzez przełącznik Sn, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika Sn jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego Uh i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora Ka, zaś dolne okładki wszystkich kondensatorów cm, cm, ..., Ca, Co zespołu A są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego Uh poprzez przełączniki S_n-i, S_Gn-2, ..., Sa, Sg0, których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, a pierwsze styki nieruchome przełączników S_n-i, S_Gn-2, ..., Sgi, Sgo są połączone z masą układu. 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 odniesienia Ul, zaś szyna H jest połączona z wejściem odwracającym komparatora Ka. Natomiast wejścia sterujące łącznika Sn i przełącznika

PL 220 542 B1

S_Gn oraz łączników S_Ln-i, S_Ln-2, ..., Sli. Slo i odpowiednich przełączników S_Gn-1, S_Gn-2, S&l· Sgo zespołu A są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi J_n oraz j_n-2, .., Ji. Jo zestawu wyjść sterujących E modułu CM, a wejścia sterujące łącznika S_H i łączników S_Hn-1, S_Hn-2,

Shi. Sho zespołu A oraz łącznika S_Gall są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi D_n i D_ntl, DM, Di, Do oraz Dali zestawu wyjść sterujących E modułu CM. Ponadto jeden biegun źródła prądowego I jest połączony z szyną H, a jego drugi biegun tego źródła jest połączony z szyną L. Natomiast wejście sterujące źródła prądowego I jest połączone z wyjściem sterującym A modułu CM, a wejście sterujące łącznika Syn jest połączone z wyjściem sterującym Ay modułu CM.

W innej wersji układu według wynalazku, kondensator próbkujący C_n i kondensator C^ o największej pojemności w zespole A są połączone ze sobą równolegle, przy czym pojemność kondensatora próbkującego C_n jest nie mniejsza od pojemności kondensatora C^ zespołu A. Równocześnie, kondensatory C_n i C^ są połączone równolegle ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn tak, że górna okładka kondensatora cm zespołu A jest połączona ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn poprzez zwarty dodatkowy łącznik wejściowy S_Un-1, a jego dolna okładka jest połączona z masą układu poprzez przełącznik S_Gn-1, którego styk ruchomy jest zwarty z pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy przełącznika S_Gn-1 jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego Uh. Ponadto górna okładka kondensatora C^ zespołu A jest połączona poprzez zwarty łącznik S_Ln-1 z pierwszą szyną L, a wejścia sterujące łącznika wejściowego Sun i dodatkowego łącznika wejściowego S_Un-1 są ze sobą sprzężone i połączone z wyjściem sterującym Au modułu sterującego CM.

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 J_n i Jm. Jm, ..., Ji, Jo zamknięcie łączników D i S_Ln-1, S_Ln-2, ..., Su. Slo i połączenie górnych okładek kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów cm, cm, ·, Ci, co zespołu A z szyną L oraz przełączenie przełączników S_G i S_Gn-1, S_Gn-2, S^, 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, powoduje zamknięcie łącznika pierwszej szyny S_Gall i połączenie szyny L z masą układu, wymuszając całkowite rozładowanie kondensatora próbkującego C_n i kondensatorów cm, c^, Ci, co zespołu A. Następnie moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D^ zamknięcie łącznika S_Hn-i 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 otwarcie łącznika Syn i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od źródła napięcia przetwarzanego Ujn. Jednocześnie moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść D_n i cm, ..., Di, do otwarcie łączników Sm i S_Hn-2, ..., Syn Sho, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A powoduje wyłączenie źródła prądowego J (Fig. 2).

W chwili wykrycia przez moduł sterujący CM początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu JnS układu, moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D otwarcie łącznika S_Gall i odłączenie szyny L od masy układu, przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść Jm, Jm, Ji, Jo powoduje otwarcie łączników S_Ln-i, 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-i, S_Gn-2, Sgi. Sm i połączenie dolnych okładek kondensatorów cm, cm, Ci, co ze źródłem napięcia pomocniczego Uy, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Ay powoduje zamknięcie łącznika Syn i podłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego Cn ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn (Fig. 3). Jednocześnie moduł CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan nieaktywny i przypisuje wszystkim bitom óm. Óm, ..., by bo słowa wyjściowego wartość początkową zero.

Podczas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu JnS układu, wykrywanego za pomocą modułu sterującego CM, ładunek elektryczny jest gromadzony w kondensatorze próbkującym C_n, który jako jedyny jest wówczas połączony równolegle ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn poprzez zamknięty łącznik Syn oraz masę układu. Ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze C_n podczas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu powoduje powstanie na kondensatorze próbkującym C_n napięcia U_n, którego wielkość jest równa wielkości napięcia przetwarzanego Ujn.

Gdy moduł sterujący CM wykryje koniec aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu, wówczas moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Ay otwarcie

PL 220 542 B1 łącznika Su_n i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od źródła napięcia przetwarzanego Uin, przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia |_n powoduje otwarcie łącznika S_l i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od szyny L oraz jednoczesne przełączenie przełącznika SG_n i połączenie dolnej okładki kondensatora próbkującego C_n ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia cm powoduje otwarcie łącznika S_Hn-i i odłączenie górnej okładki kondensatora cm od szyny H. Następnie moduł sterujący CM kondensatorowi próbkującemu C_n przypisuje funkcję kondensatora źródłowego £, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego £ modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora próbkującego C_n, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D powoduje zamknięcie łącznika S_ i połączenie górnej okładki kondensatora źródłowego £ z szyną H. Kondensatorowi cm o największej pojemności w zespole A moduł sterujący CM przypisuje funkcję kondensatora docelowego Ck, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora cm, po czym moduł CM przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia |k powoduje zamknięcie łącznika Su< i połączenie górnej okładki kondensatora docelowego Ck z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika S_G i połączenie dolnej okładki kondensatora Ck z masą układu. Następnie moduł sterujący CM przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A powoduje włączenie źródła prądowego I, za pomocą którego ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze źródłowym £ jest przenoszony poprzez szynę H i szynę L do kondensatora docelowego Ck (Fig. 4), przy czym w trakcie przenoszenia ładunku napięcie U, na kondensatorze źródłowym £ stopniowo maleje i jednocześnie napięcie Uk na kondensatorze docelowym Ck stopniowo rośnie.

W przypadku, gdy podczas przenoszenia ładunku elektrycznego napięcie Uk na aktualnym kondensatorze docelowym Ck osiągnie wielkość napięcia odniesienia Ul, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K2 moduł sterujący CM przypisuje odpowiedniemu bitowi bk słowa wyjściowego wartość jeden i przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Ik powoduje otwarcie łącznika Su< i odłączenie górnej okładki kondensatora docelowego Ck od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sg< i połączenie dolnej okładki kondensatora Ck ze źródłem napięcia pomocniczego Uh. Następnie moduł sterujący CM przypisuje funkcję kondensatora docelowego Ck 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 Ck, po czym przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia |k powoduje zamknięcie łącznika Su< i połączenie górnej okładki nowego kondensatora docelowego Ck z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sg< i połączenie dolnej okładki kondensatora Ck 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 S_ i odłączenie górnej okładki kondensatora źródłowego £ od szyny H, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Ik powoduje otwarcie łącznika Su< i odłączenie górnej okładki kondensatora docelowego Ck od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sg< i połączenie dolnej okładki kondensatora c< ze źródłem napięcia pomocniczego Uh. Następnie moduł CM przypisuje funkcję kondensatora źródłowego £ kondensatorowi, który do tej pory pełnił funkcję kondensatora docelowego c< poprzez wpisanie aktualnej zawartości rejestru indeksu kondensatora docelowego c< do rejestru indeksu kondensatora źródłowego £, po czym przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D moduł CM powoduje zamknięcie łącznika S_ i połączenie górnej okładki nowego kondensatora źródłowego £ 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 |k moduł sterujący CM powoduje zamknięcie łącznika Su< i połączenie górnej okładki nowego kondensatora docelowego c< z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika S_G i połączenie dolnej okładki nowego kondensatora docelowego Ck 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 K2 powoduje przypisanie funkcji kondensatora docelowego c< następnemu w kolejności kondensatorowi zespołu A o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensaPL 220 542 B1 tora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, natomiast każde pojawienie się stanu aktywnego na wyjściu komparatora K1 powoduje przypisanie funkcji kondensatora źródłowego C_i kondensatorowi zespołu A, który aktualnie pełnił funkcję kondensatora docelowego Ck i jednocześnie przypisanie funkcji kondensatora docelowego Ck 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 Ck przestaje pełnić kondensator co o najmniejszej pojemności w zespole A. Sytuacja taka występuje, gdy podczas przenoszenia ładunku do kondensatora co na wyjściu komparatora K1 albo na wyjściu komparatora K2 pojawia się stan aktywny. Gdy stan aktywny pojawia się na wyjściu kompar atora K2, moduł sterujący CM przypisuje bitowi bo wartości jeden.

Po zakończeniu redystrybucji ładunku elektrycznego zgromadzonego początkowo w kondensatorze próbkującym C_n oraz określeniu wartości wyjściowego słowa cyfrowego, złożonego z bitów óm, bn-2, ..., bi, bo moduł sterujący CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan aktywny oraz powoduje wprowadzenie układu w stan relaksacji poprzez wyłączenie źródła prądowego I, otwarcie łącznika Sun i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od źródła napięcia przetwarzanego Ujn, zamknięcie łączników Sy i S_Ln-1, S_Ln-2, Si, Slo i połączenie górnych okładek kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Cna, Ct2, ···, Ci. Co zespołu A z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełączników Sn i S_Gn-1, S_Gn-2, Sgi. Sgo w pozycje łączące dolne okładki kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów cm, Cny, ···, Ci, co zespołu A z masą układu, zamknięcie łącznika pierwszej szyny San i połączenie szyny L z masą układu, powodując całkowite rozładowanie kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Si, cm, Ci, Co zespołu A, otwarcie łączników Sn i S_Hn-2, Shi, Sho zespołu A, a także zamknięcie łącznika S_Hn-1 i połączenie szyny H z szyną L i z masą układu (Fig. 2), uniemożliwiając pojawienie się na szynie H potencjału o przypadkowej wielkości.

Działanie innej wersji układu według wynalazku polega na tym, że w czasie utrzymywania układu w stanie relaksacji, moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au otwarcie łącznika Sun i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od źródła napięcia przetwarzanego Ujn oraz jednoczesne otwarcie łącznika S_Un-1 i odłączenie górnej okładki kondensatora cm zespołu A od źródła napięcia przetwarzanego Ujn (Fig. 6).

W chwili wykrycia przez moduł sterujący CM początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu, moduł CM przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Dai powoduje otwarcie łącznika San i odłączenie szyny L od masy układu, a przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść Jm, ..., J., I0 powoduje otwarcie łączników S_Ln-2, ..., Sy, S_ i odłączenie górnych okładek kondensatorów cm, ···, C1, Co zespołu A od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełączników S_Gn-2, ···, Sgi, Sgo i połączenie dolnych okładek kondensatorów C^, ..., C., C0 ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au powoduje zamknięcie łącznika Sun i połączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn oraz jednoczesne zamknięcie łącznika S_un-1 i połączenie górnej okładki kondensatora cm zespołu A ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn (Fig. 7). Jednocześnie moduł CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan nieaktywny oraz przypisuje wszystkim bitom óm, Óm, ..., b., bo słowa wyjściowego wartość początkową zero. Ładunek elektryczny jest gromadzony jednocześnie w kondensatorze próbkującym C_n i połączonym z nim równolegle kondensatorze C_n-1 zespołu A, które jako jedyne są połączone ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn poprzez zamknięte łączniki Sun i S_un-1 oraz masę układu.

Gdy moduł sterujący CM wykryje koniec aktywnego stanu sygnału wyzwalającego na wejściu InS układu, wówczas moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Au otwarcie łącznika Sun i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od źródła napięcia przetwarzanego Ujn oraz jednoczesne otwarcie łącznika S_un-1 i odłączenie górnej okładki kondensatora S od źródła napięcia przetwarzanego Ujn. Następnie moduł sterujący CM rozpoczyna nadzorowanie procesu redystrybucji zgromadzonego ładunku elektrycznego, który dobiega końca w chwili, gdy funkcję kondensatora docelowego Ck przestaje pełnić kondensator C0 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.

PL 220 542 B1

Wykaz oznaczeń na rysunku

A - zespół kondensatorów

CM - moduł sterujący

K1, K2 - komparatory

I - źródło prądowe

U_L - źródło napięcia odniesienia

U_H - źródło napięcia pomocniczego

UIN - źródło napięcia przetwarzanego

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 L - pierwsza szyna H - druga szyna

C_n-i, C_n-2, ·, C₁, C₀ - kondensatory zespołu

Cn - kondensator próbkujący

Ci - kondensator źródłowy

Ck - kondensator docelowy

Un-1, Un-2, , U1, U0 - napięcie na kondensatorach zespołu

Un - napięcie na kondensatorze próbkującym

Ui - napięcie na kondensatorze źródłowym

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

SLn, Sin-1, Sin-2, , SL1, SL0 - pierwsze łączniki

SHn, SHn-1, SHn-2, , SH1, SH0 - drugie łączniki

SGn, SGn-1, SGn-2, , SG1, SG0 - przełączniki

SGall - łącznik pierwszej szyny

SUn - łącznik wejściowy

SUn-1 - dodatkowy łącznik wejściowy

AI, AU - wyjścia sterujące modułu sterującego

In, In-1, In-2, , I1, I0 - wyjścia sterujące modułu sterującego

Dn, Dn-1, Dn-2, , D1, D0, DGall - wyjścia sterujące modułu sterującego

Claims (5)

1. Sposób przetwarzania chwilowej wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe polegający na odwzorowywaniu chwilowej wielkości przetwarzanego napięcia proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, gromadzonego w co najmniej jednym kondensatorze oraz wyznaczaniu wartości słowa cyfrowego o liczbie bitów równej n, znamienny tym, że po wykryciu za pomocą modułu sterującego (CM) początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego (InS), chwilową wielkość przetwarzanego napięcia elektrycznego (Uin) odwzorowuje się proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego, który gromadzi się w kondensatorze próbkującym (C_n) poprzez równoległe połączenie kondensatora (C_n) ze źródłem przetwarzanego napięcia (Uin) na czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego (InS), przy czym czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego jest nie krótszy od zadanej wielkości minimalnej, a po wykryciu za pomocą modułu (CM) końca aktywnego stanu sygnału wyzwalającego ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze próbkującym (C_n) rozmieszcza się za pomocą źródła prądowego (I) w kondensatorach (Cna, C-2, ···. C1, Co) zespołu (A), przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, natomiast proces rozmieszczania ładunku elektrycznego rozpoczyna się od przypisania kondensatorowi próbkującemu (C) za pomocą modułu sterującego (CM) funkcji kondensatora źródłowego (Ci), którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego (C) modułu (CM), poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora (Cn) oraz równoczesnego przypisania za pomocą modułu sterującego (CM) kondensatorowi (Cna) o największej pojemności w zespole (A) funkcji kondensatora docelowego

PL 220 542 B1 (Ck), którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora docelowego (Ck) modułu (CM), poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora <C_n_i), a następnie ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze źródłowym (C) przenosi się za pomocą źródła prądowego (I) do kondensatora docelowego (Ck) i równocześnie za pomocą komparatora (K2) porównuje się napięcie (Uk) narastające na kondensatorze docelowym (Ck) z napięciem odniesienia (Ul) oraz kontroluje się za pomocą komparatora (K1) napięcia na kondensatorze źródłowym (C_i), a gdy w trakcie przenoszenia ładunku napięcie (U_i) kontrolowane za pomocą komparatora (K1) na kondensatorze źródłowym (C_i) 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_i), wpisując do rejestru indeksu kondensatora źródłowego (C_i) 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 źródła prądowego (I) z nowego kondensatora źródłowego (C_i) do nowego kondensatora docelowego (Ck), zaś gdy w trakcie przenoszenia ładunku z kondensatora źródłowego (C_i) 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, zmniejszając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego (Ck) i kontynuuje się przenoszenie ładunku z kondensatora źródłowego (C_i) do nowego kondensatora docelowego (Ck), przy czym 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 (C0) o najmniejszej pojemności w zespole (A) kontrolowane równocześnie za pomocą komparatora (K1) napięcie (U_i) na aktualnym kondensatorze źródłowym (C_i) jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora (K2) napięcie (U0) narastające na kondensatorze (C0) jest równe napięciu odniesienia (Ul), przy czym bitom (bn-1, b_n-2, b1. b₀) słowa cyfrowego przyporządkowanym kondensatorom (cm, cm, C1, C0) zespołu (A), na których uzyskano napięcie o wielkości napięcia odniesienia (Ul) przypisuje się za pomocą modułu sterującego (CM) wartość jeden, a pozostałym bitom przypisuje się wartość zero.

2. Sposób przetwarzania według zastrz. 1, znamienny tym, że po wykryciu za pomocą modułu sterującego (CM) początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego (InS) ładunek elektryczny odwzorowujący chwilową wielkość napięcia przetwarzanego (Uin) gromadzi się jednocześnie w kondensatorze (Cn-1) o największej pojemności w zespole (A) i kondensatorze próbkującym (C_n) o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora (Cn-1) zespołu (A) poprzez równoległe połączenie kondensatorów (C_n) i (cm) ze sobą i równocześnie ze źródłem przetwarzanego napięcia (Uin) na czas trwania aktywnego stanu sygnału wyzwalającego, a po wykryciu za pomocą modułu (CM) końca aktywnego stanu sygnału wyzwalającego (InS) rozpoczyna się proces rozmieszczania w kondensatorach zespołu (A) zgromadzonego ładunku elektrycznego, który realizuje się aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji docelowego (Ck) przez kondensator (C0) o najmniejszej pojemności w zespole (A) kontrolowane równocześnie za pomocą komparatora (K1) napięcie (U_i) na aktualnym kondensatorze źródłowym (C_i) jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora (K2) napięcie (U0) narastające na kondensatorze (C0) jest równe napięciu odniesienia (Ul).

3. Układ do przetwarzania chwilowej wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe zawierający zespół kondensatorów oraz co najmniej jeden komparator połączony z wyposażonym w wyjście cyfrowe układem sterowania, którego wyjścia sterujące są połączone z zespołem kondensatorów, znamienny tym, że źródło napięcia przetwarzanego (Uin) jest połączone z zespołem kondensatorów (A), którego wejścia sterujące są połączone z zestawem wyjść sterujących (E) modułu sterującego (CM), a moduł sterujący (CM) jest wyposażony w wyjście cyfrowe (B), wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania (OutR), wejście sygnału wyzwalającego (InS) oraz dwa wejścia sterujące (In1) i (In2), z których pierwsze wejście sterujące (In1) jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora (K1), którego wejścia są połączone z jedną parą wyjść zespołu (A), a drugie wejście sterujące (In2) modułu (CM) jest połączone z wyjściem drugiego komparatora (K2), którego wejścia są połączone z drugą parą wyjść zespołu (A), a ponadto do zespołu (A) jest podłączone źródło napięcia pomocni12

PL 220 542 B1 czego (Uh) i źródło napięcia odniesienia (Ul), kondensator próbkujący (C_n) oraz sterowane źródło prądowe (I), którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym (A_i) modułu (CM).

4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół (A) zawiera n kondensatorów (Cm, cm, ..., Ci, Co), a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, przy czym każdemu kondensatorowi (Cy, cm, ..., Ci, Co) jest przyporządkowany odpowiedni bit (bny., by, ..., bi, bo) wyjścia cyfrowego (B) modułu sterującego (CM), zaś do zespołu (A) jest dołączony kondensator próbkujący (C_n), którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty łącznik wejściowy (Su_n) ze źródłem napięcia przetwarzanego (Uin) i równocześnie poprzez zamknięty pierwszy łącznik (Su) z pierwszą szyną (L), z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów (Cny., cm, ..., Ci, Co) zespołu (A) poprzez otwarte pierwsze łączniki (S_Ln-1, S_Ln-2, ..., Sli, Slo), przy czym górna okładka kondensatora (Cny) o największej pojemności w zespole (A) jest równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik (S_Hn-1) z drugą szyną (H), z którą są połączone również górne okładki kondensatora próbkującego (C_n) oraz pozostałych kondensatorów (Cny, ..., C., Co) zespołu (A) poprzez otwarte drugie łączniki (Sy_n) i (S_Hn-2, ..., Sh.. Shg). a 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 (CGn) jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh) i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora (Ki), a dolne okładki wszystkich kondensatorów (Cny, cm, ..., C., Co) zespołu (A) są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh) poprzez przełączniki (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sg., Sgo), których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome przełączników (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sg., Sgo) są połączone z masą układu, natomiast 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 odniesienia (Ul), zaś szyna (H) jest połączona z wejściem odwracającym komparatora (Ki), ponadto wejścia sterujące łącznika (S__n) i łączników (S_Ln-1, S_Ln-2, ..., Sli. Slo) zespołu (A) oraz przełącznika (Sy) i przełączników (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., S^, Sgo) zespołu (A) są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi (I_n) i (I^. J^, ..., I., Jo) modułu (CM), a wejścia sterujące łącznika (SHn) i łączników (S_Hn-1, S_Hn-2, ..., Sm., Sho) zespołu (A) oraz łącznika (S_Gall) są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi (D_n) i (Dny, Dny, ..., D., Do) oraz (Dall) modułu (CM), natomiast jeden biegun źródła prądowego (J) jest połączony z szyną (H), a jego drugi biegun jest połączony z szyną (L), zaś wejście sterujące źródła prądowego (I) jest połączone z wyjściem sterującym (A|) modułu (CM), natomiast wejście sterujące łącznika (Su_n) jest połączone z wyjściem sterującym (Aj) modułu (CM).

5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że kondensator próbkujący (C_n) o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensator (Cy) o największej pojemności w zespole (A) jest połączony równolegle z kondensatorem (Cy) zespołu (A) i równocześnie kondensatory (C_n) i (Cy) są połączone równolegle ze źródłem napięcia przetwarzanego (Uin) tak, że górna okładka kondensatora (Cny) zespołu (A) jest połączona ze źródłem napięcia przetwarzanego (Uin) poprzez zwarty dodatkowy łącznik wejściowy (S_jn-1), a dolna okładka kondensatora (Cny) jest połączona z masą układu poprzez przełącznik (S_Gn-1), którego styk ruchomy jest zwarty z pierwszym stykiem nieruchomym, zaś drugi styk nieruchomy przełącznika (S_Gn-1) jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh), a ponadto górna okładka kondensatora (Cny) zespołu (A) jest połączona poprzez zwarty pierwszy łącznik (S_Ln-1) z pierwszą szyną (L), natomiast wejścia sterujące łącznika wejściowego (Su_n) i dodatkowego łącznika wejściowego (S_jn-1) są ze sobą sprzężone i połączone z wyjściem sterującym (Aj) modułu (CM).