PL220563B1 - Sposób i układ do przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do przetwarzania 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 SolidState 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 pojemności dwukrotnie mniejszej, 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 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 wielkość przetwarzanego napięcia elektrycznego odwzorowuje się proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego tak, że ładunek elektryczny dostarcza się za pomocą źródła prądowego i gromadzi się w kondensatorze próbkującym, porównując równocześnie za pomocą komparatora

PL 220 563 B1 napięcie narastające na kondensatorze próbkującym z napięciem przetwarzanym, co realizuje się do chwili, gdy napięcie narastające na tym kondensatorze jest równe napięciu przetwarzanemu. Następnie 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 napięcie kontrolowane za pomocą pierwszego komparatora 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 modułu aktualną zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego, a funkcję kondensatora docelowego przypisuje się kolejnemu kondensatorowi zespołu o pojemności dwukrotnie mniejszej od pojemności kondensatora, który pełnił tę funkcję bezpośrednio wcześniej, zmniejszając o jeden zawartość rejestru indeksu kondensatora docelowego, po czym 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, po czym kontynuuje się przenoszenie ładunku z 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 wartości 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 za pomocą modułu sterującego początku aktywnego stanu sygnału wyzwalającego ładunek elektryczny odwzorowujący wielkość napięcia przetwarzanego 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, porównując równocześnie za pomocą drugiego komparatora napięcie narastające na kondensatorze próbkującym z napięciem przetwarzanym, co realizuje się do chwili, gdy napięcie na kondensatorze próbkującym jest równe napięciu przetwarzanemu. Następnie rozpoczyna się proces rozmieszczania zgromadzonego ładunku elektrycznego w kondensatorach zespołu. Proces ten realizuje 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.

PL 220 563 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, a 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 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, a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, przy czym każdemu kondensatorowi zespołu jest przyporządkowany odpowiedni bit wyjścia cyfrowego modułu sterującego, zaś 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 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 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, a wejścia sterujące drugich łączników zespołu oraz kolejnego łącznika są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi zestawu wyjść sterujących modułu sterującego. Natomiast wejście sterujące przełącznika napięcia jest połączone z następnym wyjściem sterującym modułu sterującego, zaś jeden biegun źródła prądowego jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego poprzez przełącznik prądu, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy tego przełącznika jest połączony z drugą szyną, a jego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym modułu sterującego. Natomiast drugi biegun źródła prądowego jest połączony z pierwszą szyną, a wejście sterujące źródła prądowego jest połączone z kolejnym 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 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 i układ do przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe, według wynalazku, cechuje prostota. Ponadto, wykorzystywanie 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 220 563 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 w kondensatorze próbkującym Cn ładunku elektrycznego dostarczanego przez źródło prądowe,

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 innej wersji układu w chwili rozpoczęcia cyklu przetwarzania - gromadzenie ładunku elektrycznego w kondensatorze próbkującym Cn i jednocześnie kondensatorze Cn-i 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 źródła prądowego | i gromadzi się w kondensatorze próbkującym C_n, porównując równocześnie za pomocą komparatora K2 napięcie U_n narastające na kondensatorze C z napięciem przetwarzanym Ujn, co realizuje się aż do chwili, gdy napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C jest równe napięciu przetwarzanemu U^. Następnie ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze próbkującym C rozmieszcza się za pomocą źródła prądowego | w kondensatorach cm, cm, .... C1, C0 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 Ci, którego indeks jest określany zawartością rejestru indeksu kondensatora źródłowego C modułu CM, poprzez wpisanie do tego rejestru wartości indeksu kondensatora C_n oraz równoczesnego przypisania za pomocą modułu sterującego CM kondensatorowi cm 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 Cn-1, a 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 Ul oraz kontroluje się za pomocą komparatora K1 napięcie na kondensatorze źródłowym £. 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. 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 aktualnego kondensatora źródłowego C_i do nowego kondensatora docelowego Ck, przy czym proces ten nadal nadzoruje

PL 220 563 B1 się za pomocą modułu sterującego CM na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów K1 i K2. Proces przenoszenia ładunku kontynuuje się 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 Ui, 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, przy czym bitom bnj., bn-2, ..., ba. bo słowa cyfrowego, przyporządkowanym kondensatorom cm, cm, ..., Ca, Co 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.

W innej wersji 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 źródła prądowego | 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 C_ntl 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. Wówczas, na podstawie sygnału wyjściowego komparatora K2 rozpoczyna się proces rozmieszczania w kondensatorach zespołu A zgromadzonego ładunku elektrycznego, który realizuje się aż do momentu, gdy podczas pełnienia funkcji kondensatora docelowego Ck przez kondensator Co 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 U_o narastające na kondensatorze Co 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 In1 i In2, z których pierwsze wejście sterujące In1 jest połączone z wyjściem pierwszego komparatora ki , 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 zasilania Udd, źródło napięcia pomocniczego Uh i źródło napięcia odniesienia Ul, kondensator próbkujący C_n oraz sterowane źródło prądowe I, którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym Ai modułu CM.

Zespół A zawiera n kondensatorów cm, c^, .... Ca, Co, a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, przy czym każdemu kondensatorowi cm, cm, .... Ca, Co jest przyporządkowany odpowiedni bit bnj., Óm, .... ba, 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 szyną L, z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów cm, cm, .... Ca, Co, zespołu A poprzez otwarte pierwsze łączniki Clm, S_Ln-2, .... Su, Slo, przy czym górna okładka kondensatora cm o największej pojemności w zespole A jest równocześnie połączona poprzez zamknięty drugi łącznik C_Hm z drugą szyną H, z którą są połączone również górne okładki kondensatora próbkującego C_n oraz pozostałych kondensatorów cm, ..., Ca, Co zespołu A poprzez otwarte drugie łączniki S_H i S_Hn-2, .., chi Cho. Natomiast dolna okładka kondensatora próbkującego C_n jest połączona z masą układu poprzez przełącznik CGn, 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 cm, cm, .... Ca, Co, zespołu A są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego Uh poprzez przełączniki Sgm, S_Gn-2, .... Cgi, Sgo, których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome przełączników C_Gm, S_Gn-2, .... Sgi, cm są połączone z masą układu. Natomiast szyna L jest połączona z masą układu poprzez otwarty łącznik pierwszej szyny S_Gan oraz z wejściem nieodwracającym drugiego komparatora K2, którego wejście odwracające jest połączone ze źródłem napięcia przetwarzanego Uin poprzez przełącznik napięcia Cu, którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika napięcia Cu jest połączony ze źródłem napięcia odniesienia Ul, zaś

PL 220 563 B1 szyna H jest połączona z wejściem odwracającym komparatora K1. Ponadto wejścia sterujące łączników SLn, Cna, SLn-2, .... Su, Slo zespołu A oraz przełączników CGn i Sgm, C_Gn-2, .... Sgi, Sgo zespołu A są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi I_n, Ina, J^, .... ib Ja. zestawu wyjść sterujących E modułu CM, a wejścia sterujące łączników Cn i Shm., Sh^, .... Shi, Sho zespołu A oraz łącznika S_Gall są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi D_n i Dna, Dn^, .... Di, Do, oraz Dai zestawu wyjść sterujących E modułu CM, zaś wejście sterujące przełącznika napięcia Su jest połączone z wyjściem sterującym Au modułu CM. Natomiast jeden biegun źródła prądowego J jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego Udd poprzez przełącznik prądu C którego styk ruchomy jest zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika prądu Si jest połączony z drugą szyną H, a drugi biegun źródła prądowego i jest połączony z pierwszą szyną L, zaś wejście sterujące przełącznika prądu S_l jest połączone z wyjściem sterującym A_s modułu CM, natomiast wejście sterujące źródła prądowego J jest połączone z wyjściem sterującym A_l modułu CM.

W innej wersji układu, według wynalazku, kondensator próbkujący CD o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora C^ o największej pojemności w zespole A jest połączony równolegle z kondensatorem C^ zespołu A poprzez pierwszą szynę L oraz masę układu tak, że górna okładka kondensatora C^ jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik S_Ln-1, z szyną L, a dolna okładka kondensatora Cna 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 J_n i Jna, in^, ii Jo zamknięcie łączników Cn, i S_Ln-₁, S_Ln-2, .... Su,

Slo i połączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C i górnych okładek wszystkich kondensatorów C_1, Cn-2, .... Ci, co, zespołu A z szyną L oraz przełączenie przełączników Cn, C_Gn-1, S_Gn-2, .... Sgi, Sgo i połączenie dolnych okładek kondensatora próbkującego C i kondensatorów Cna, C-2, .... C1, co, zespołu A z masą układu, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Cai, powoduje zamknięcie łącznika pierwszej szyny S_Gall i połączenie szyny L z masą układu, wymuszając całkowite rozładowanie kondensatora próbkującego C i kondensatorów C_1, C-2, .... C1, C, zespołu A. Następnie moduł CM powoduje przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Dna zamknięcie łącznika S_Hn-1 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 C i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia odniesienie Ul. Jednocześnie moduł sterujący CM powoduje przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść D_n i C-2, ..., C1, Do otwarcie łączników Cn, S_Hn-2, .... C1, co, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A powoduje wyłączenie źródła prądowego J, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia AC powoduje przełączenie przełącznika prądu C i połączenie pierwszego bieguna źródła prądowego J ze źródłem napięcia zasilania UCC (fig. 2).

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 C i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia przetwarzanego Ujn, przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Cai powoduje otwarcie łącznika S_Gall i odłączenie szyny L od masy układu, przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść Jna i Jn-2, ..., Jj, Jo powoduje otwarcie łączników S_Ln-1, S_Ln-2, .... Slo i odłączenie górnych okładek wszystkich kondensatorów C^ Cn-2, .... C1, co, zespołu A od szyny L oraz przełączenie przełączników S_Gn-1, S_Gn-2, .... Sg1, Sgo i połączenie dolnych okładek kondensatorów Cna, C-2, .... C, C, ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A powoduje włączenie źródła prądowego J (fig. 3). Jednocześnie moduł CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania

OutR w stan nieaktywny i przypisuje wszystkim bitom ba, b-2, b, bo, słowa wyjściowego wartość początkową zero.

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

PL 220 563 B1

Gdy napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C_n osiągnie wielkość napięcia przetwarzanego Uin, co jest równoznaczne z odwzorowaniem wielkości napięcia przetwarzanego Uin 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 l_n otwarcie łącznika Sy i odłączenie górnej okładki kondensatora próbkującego C_n od szyny L oraz jednoczesne przełączenie przełącznika Sg_n i połączenie dolnej okładki kondensatora C_n ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Dm powoduje otwarcie łącznika S_Hn-1 i odłączenie górnej okładki kondensatora Cny. od szyny H, 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 przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A_s powoduje przełączenie przełącznika prądu S| i połączenie pierwszego bieguna źródła prądowego | z szyną H. Jednocześnie 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 wartości indeksu kondensatora próbkującego C_n, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia D,, powoduje zamknięcie łącznika S_ i połączenie górnej okładki kondensatora źródłowego C, 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 CLk i połączenie górnej okładki kondensatora docelowego Ck z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sgk i połączenie dolnej okładki kondensatora Ck z masą układu. Następnie ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze źródłowym C jest przenoszony za pomocą źródła prądowego | poprzez szynę H i szynę L do kondensatora docelowego Ck (fig. 4), przy czym w trakcie przenoszenia ładunku napięcie U, na kondensatorze źródłowym C, 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, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia |k powoduje otwarcie łącznika CLk i odłączenie górnej okładki kondensatora docelowego Ck od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełącznika SGk 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 SLk i połączenie górnej okładki nowego kondensatora docelowego Ck z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sęk 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 C, od szyny H, a przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Ik powoduje otwarcie łącznika SLk i odłączenie górnej okładki kondensatora docelowego Ck od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sęk 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 Ck poprzez wpisanie aktualnej zawartości rejestru indeksu kondensatora docelowego Ck 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 Ck i przypisuje funkcję kondensatora docelowego Ck 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 SLk i połączenie górnej okładki nowego kondensatora docelowego Ck z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełącznika Sęk i połączenie dolnej okładki kondensatora Ck z masą układu

PL 220 563 B1 (fig. 5). W obu przypadkach moduł sterujący CM kontynuuje proces redystrybucji ładunku elektrycznego na podstawie sygnałów wyjściowych komparatorów K1 i K2. Każde pojawienie się stanu aktywnego na wyjściu komparatora K2 powoduje przypisanie funkcji kondensatora docelowego Ck 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 K1 powoduje przypisanie funkcji kondensatora źródłowego C 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 komparatora K2, moduł sterujący CM przypisuje bitowi bg wartości jeden.

Po zakończeniu redystrybucji ładunku elektrycznego dostarczonego za pomocą źródła prądowego I i zgromadzonego początkowo w kondensatorze próbkującym C_n oraz określeniu wartości wyjściowego słowa cyfrowego, złożonego z bitów bny, bny, ..., by bg, moduł sterujący CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan aktywny oraz powoduje wprowadzenie układu w stan relaksacji poprzez wyłączenie źródła prądowego l, przełączenie przełącznika prądu Sj i połączenie pierwszego bieguna źródła prądowego i ze źródłem napięcia zasilania Udd, przełączenie przełącznika Cu w pozycję łączącą wejście odwracające komparatora K2 ze źródłem napięcia odniesienia Ul, zamknięcie łączników Cu i S_Ln-1, C_Ln-2, ..., Cy, clo i połączenie górnych okładek kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Cy, cm, ..., Cy co, zespołu A z szyną L oraz równoczesne przełączenie przełączników CGn i C_Gn-1, C_Gn-2, ..., cgi, cgo w pozycje łączące ich dolne okładki kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Cny, cm, .... C1 co, zespołu A z masą układu, zamknięcie łącznika pierwszej szyny C_GaN i połączenie szyny L z masą układu, powodując całkowite rozładowanie kondensatora próbkującego C_n i wszystkich kondensatorów Cny, cm, ...., Cg, zespołu A, otwarcie łączników Cu i C_Hn-1, C_Hn-2, ..., chi, cho zespołu A, a także zamknięcie łącznika C_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 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 Cu i połączenie wejścia odwracającego komparatora K2 ze źródłem napięcia przetwarzanego Uin, przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia Dyj powoduje otwarcie łącznika C_GaN i odłączenie szyny L od masy układu, a przy pomocy sygnałów sterujących z wyjść lny, lny, ·, iy, io powoduje otwarcie łączników C_Ln-2, ..., CL1, clo i odłączenie górnych okładek kondensatorów cm, ..., Cy Co, zespołu A od szyny L oraz równoczesne przełączenie przełączników C_Gn-2, ..., Sg1, C_G0 i połączenie dolnych okładek kondensatorów Cny, ..., C1, Co, ze źródłem napięcia pomocniczego Uh, zaś przy pomocy sygnału sterującego z wyjścia A_I powoduje włączenie źródła prądowego l (fig. 6). Jednocześnie moduł CM wprowadza wyjście sygnału zakończenia procesu przetwarzania OutR w stan nieaktywny oraz przypisuje wszystkim bitom bny, bn-2, .... by bg słowa wyjściowego wartość początkową zero. Ładunek elektryczny dostarczany za pomocą źródła prądowego l jest gromadzony jednocześnie w kondensatorze próbkującym C_n i połączonym z nim równolegle kondensatorze Cy zespołu A, które jako jedyne są połączone z drugim biegunem źródła prądowego l poprzez szynę L i zamknięte łączniki Cu i C_Ln-1.

Gdy napięcie U_n narastające na kondensatorze próbkującym C_n osiągnie wielkość napięcia przetwarzanego Uin, 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.

PL 220 563 B1

Wykaz oznaczeń na rysunku

A - zespół kondensatorów

CM - moduł sterujący

K1, K2 - komparatory

I - źródło prądowe

UL - źródło napięcia odniesienia

U_H - źródło napięcia pomocniczego

UIN - źródło napięcia przetwarzanego

UDD - 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 L - pierwsza szyna H - druga szyna

Cn-1, Cn-2, ..., C1, C0, - kondensatory zespołu A

Cn - kondensator próbkujący

Ci - kondensator źródłowy

Ck - kondensator docelowy

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

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, SLn-1, SLn-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

SU - przełącznik napięcia

SI - przełącznik prądu

AI, AS, AU - wyjścia sterujące modułu sterującego l_n, l_n-i, l_n-2, , I₁, I₀ - wyjścia sterujące modułu sterującego

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

PL 220 563 B1

Claims (5)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób przetwarzania wielkości napięcia elektrycznego na słowo cyfrowe polegający na odwzorowywaniu 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 wielkość przetwarzanego napięcia elektrycznego odwzorowuje się proporcjonalną do niej wielkością ładunku elektrycznego tak, że ładunek elektryczny dostarcza się za pomocą źródła prądowego (I) i gromadzi się w kondensatorze próbkującym (C_n), porównując równocześnie za pomocą komparatora (K2) napięcie (Un) narastające na kondensatorze (C_n) z napięciem przetwarzanym (Uin), co realizuje się do chwili, gdy napięcie (U_n) narastające na kondensatorze (C_n) jest równe napięciu przetwarzanemu (Uin), a następnie ładunek elektryczny zgromadzony w kondensatorze próbkującym (C_n) rozmieszcza się za pomocą źródła prądowego (I) w kondensatorach (Dy D2, ..., Ci, Co,) zespołu (A), przy czym pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, a proces rozmieszczania ładunku elektrycznego rozpoczyna się od przypisania kondensatorowi (Cn) za pomocą modułu sterującego (CM) funkcji kondensatora źródłowego (Ci), 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 (Di) 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 (Di), a 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 (Ul) oraz kontroluje się za pomocą komparatora (K1) napięcie na kondensatorze źródłowym (C), a gdy w trakcie przenoszenia ładunku napięcie (U_i) kontrolowane za pomocą komparatora (Ki) na kondensatorze źródłowym (C_i) jest równe zero, wówczas na podstawie sygnału wyjściowego komparatora (Ki) za pomocą modułu sterującego (CM) aktualnemu kondensatorowi docelowemu (Ck) przypisuje się funkcję kondensatora źródłowego (C_i), 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 źródła prądowego (I) z nowego kondensatora źródłowego (C) 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 (Ki) 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 (Ki) 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), przy czym bitom (b^, D, ..., by bo,) słowa cyfrowego, przyporządkowanym kondensatorom (Dy C_n_₂. ..., Ci, D) 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.
2. 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 źródła prądowego (I) i gromadzi się jednocześnie w kondensatorze (Di) o największej pojemności w zespole (A) i połączonym z nim

   PL 220 563 B1 równolegle kondensatorze próbkującym (Cn) o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora (cm) 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 (Ujn), po czym rozpoczyna się proces rozmieszczania zgromadzonego ładunku elektrycznego w kondensatorach zespołu (A), który realizuje się 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) na aktualnym kondensatorze źródłowym (C) jest równe zero albo porównywane równocześnie za pomocą komparatora (K2) napięcie (U0) narastające na kondensatorze (C0) jest równe napięciu odniesienia (Ul).
3. 3. Układ do przetwarzania 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 (ln1) 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 zasilania (Ucd), źródło napięcia pomocniczego (Uh) i źródło napięcia odniesienia (Ul), kondensator próbkujący (C_n) oraz sterowane źródło prądowe (I), którego wejście sterujące jest połączone z wyjściem sterującym (A) modułu (CM). '
4. 4. Układ według zastrz. 3, znamienny tym, że zespół (A) zawiera n kondensatorów (cm, cm, ..., C1, Ca,), a pojemność każdego kondensatora o kolejnym indeksie jest dwukrotnie większa od pojemności kondensatora bezpośrednio go poprzedzającego, przy czym każdemu kondensatorowi (cm, cm, ..., C1, Ca,) jest przyporządkowany odpowiedni bit (óm, bn-2, ..., b., ba,) wyjścia cyfrowego (B) modułu sterującego (CM), zaś do zespołu (A) jest dołączony kondensator próbkujący (Cn), którego górna okładka jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik (SLn) z pierwszą szyną (L), z którą są połączone również górne okładki wszystkich kondensatorów (cm, cm, ..., C1, Ca,) zespołu (A) poprzez otwarte pierwsze łączniki (S_Ln-1, S_Ln-2, .... Su, Slo), przy czym górna okładka kondensatora (cm) 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 (C_ct2, ..., C1, Ca,) zespołu (A) poprzez otwarte drugie łączniki (SHn) i (S_Hn-2, ..., Sh1, SHi_a), 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 (Sgn) jest połączony ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh) i równocześnie z wejściem nieodwracającym pierwszego komparatora (K1), a dolne okładki wszystkich kondensatorów (cm, cm, ..., C1, Ca,) zespołu (A) są połączone ze źródłem napięcia pomocniczego (Uh) poprzez przełączniki (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sg1, Sgo), których styki ruchome są zwarte z ich drugimi stykami nieruchomymi, zaś pierwsze styki nieruchome przełączników (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sg1, Sgo) są połączone z masą układu, natomiast szyna (L) jest połączona z masą układu poprzez otwarty łącznik (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 szyna (H) jest połączona z wejściem odwracającym komparatora (K1), ponadto wejścia sterujące pierwszego łącznika (SLn) i pierwszych łączników (S_Ln-1, S_Ln-2, .... Su, S_) zespołu (A) oraz przełącznika (S_Gn) i przełączników (S_Gn-1, S_Gn-2, ..., Sg1, Sgo) zespołu (A) są ze sobą sprzężone i są połączone z odpowiednimi wyjściami sterującymi (I_n) i Qm, Im, ..., I1, Ia,) zestawu wyjść sterujących (E) modułu sterującego (CM), a wejścia sterujące łącznika (Sho) 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 (cm, cm, ..., p, Da,) oraz (Doi) zestawu wyjść sterujących (E) modułu (CM), natomiast wejście sterujące przełącznika napięcia (Su) jest połączone z wyjściem sterującym (Au) modułu (CM), zaś jeden biegun źródła prądowego (I) jest połączony ze źródłem napięcia zasilającego (Ucc) poprzez przełącznik prądu (S_I), którego styk ruchomy jest

   PL 220 563 B1 zwarty z jego pierwszym stykiem nieruchomym, a drugi styk nieruchomy przełącznika prądu (S|) jest połączony z drugą szyną (H), natomiast drugi biegun źródła prądowego (I) jest połączony z pierwszą szyną (L), a ponadto wejście sterujące przełącznika prądu (S_I) jest połączone z wyjściem sterującym (As) modułu (CM), natomiast wejście sterujące źródła prądowego (I) jest połączone z wyjściem sterującym (A) modułu (CM).
5. 5. Układ według zastrz. 4, znamienny tym, że kondensator próbkujący (C_n) o pojemności nie mniejszej od pojemności kondensatora (cm) o największej pojemności w zespole (A) jest połączony równolegle z kondensatorem (cm) zespołu (A) poprzez pierwszą szynę (L) oraz masę układu tak, że górna okładka kondensatora (cm) jest połączona poprzez zamknięty pierwszy łącznik (S_Ln-1) z pierwszą szyną (L), a dolna okładka kondensatora (cm) 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).