RU1785009C - Функциональный преобразователь - Google Patents

Abstract

Функциональный преобразователь относитс  к информационно-измерительной технике и может быть использован при построении информационно-измерительных систем Сущность изобретени : функциональный преобразователь содержит интегратор , ключ, компаратор, конденсатор, источник эталонного напр жени , два коммутатора, генератор эталонной частоты , источник тока, цифровой измеритель временных интервалов, блок формировани  временных интервалов, цифроаналоговые преобразователи, дешифратор, блок синхронизации 4 ил.

Description

Изобретение относитс  к области информационно-измерительной техники, в частности к функциональным преобразовател м , и может быть использовано при построении информационно-измерительных систем.

Известны функциональные преобразователи , используемые в информационно-измерительной технике 1, 2.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному  вл етс  функциональный преобразователь (2), функцией преобразовани  которого  вл етс  преобразование напр жени  в код. Он содержит интегратор, источник образцового напр жени , коммутатор, ключ, конденсатор, источник тока, компаратор, триггер, генератор и цифровой измеритель временных интервалов . Важным достоинством этого устройства  вл етс  довольно высока  точность при относительной его простоте и невысоких требовани х по точности к блокам,вход щим в его состав.

Однако точность такого устройства ограничена принципиально наличием составл ющей погрешности, вызванной абсорбцией конденсатора интегратора Кроме того, данное устройство обладает сравнительно невысоким быстродействием, поскольку выходной код устройства при фиксированной эталонной частоте генератора квантующих импульсов пр мо пропорционален времени преобразовани .

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи , а также точности преобразовани  за счет снижени  погрешности от абсорбции конденсатора интегратора

На фиг. 1 приведена структурна  схема предлагаемого устройства; на фиг 2 - пример построени  блока формировани  временных интервалов; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы, по сн ющие работу устройства.

Функциональный преобразователь содержит интегратора 1 подключенный первым входом ко входу устройства ключ 2

(Л

С

-ч

00

:8

О

|Ч5

подключенный к выходу интегратора 1, компаратор 3, подключенный первым входом к ключу 2, конденсатор 4, включенный между первым входом компаратора 3 и точкой посто нного потенциала, например, общей шиной устройства, источник эталонного напр жени  5, коммутатор б, подключенный к источнику напр жени  5, генератор 7, эталонной частоты, источник тока 8 и цифровой измеритель 9 временных интервалов, подключенный к генератору 7 эталонной частоты и к выходу устройства, блок формировани  10 временных интервалов, подключенный к выходам компаратора 3 и генератора 7 эталонной частоты, а также ко входу цифрового измерител  9 временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь 11, подключенный ко второму входу компаратора 3, к источнику образцового напр жени  5 и к выходу устройства, коммутатор 12, подключенный к источнику тока 8, к первому входу компаратора 3 и к блоку 10 формировани  временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь 13, подключенный ко второму входу интегратора 1 и к коммутатору 6, дешифратор 14, подключенный к коммутатору б, к блоку анализа и формировани  временных интервалов 10 и к цифроаналоговому преобразователю 13, и блок синхронизации 15, подключенный к ключу 2, к генератору эталонной частоты 7, к цифровому измерителю временных интервалов 9, к блоку анализа и формировани  временных интервалов 10 и к цифроаналоговому преобразователю 13,

Работа устройства осуществл етс  циклически . Дл  начала рассмотрим работу устройства , счита , что на втором входе компаратора 3 уровень Ui° фиксированный и равным нулю (полагаем, что выход устройства 11 отключен от компаратора 3. а на второй вход компаратора 3 подан нулевой потенциал). С выхода устройства 17 на управл ющий вход кл-юча 2 поступает импульс (фиг. 3, а), ключ 2 замыкаетс  и на конденсаторе 4 (фиг, 3, б) запоминаетс  выходное напр жение интегратора 1 (фиг. 3, в) в этот момент, одновременно в единичное состо ние устанавливаетс  триггер 18, что соответствует началу временного интервала П. поступающего на управл ющие входы блоков 14, 12, 9 и вход синхронной установки триггера 19. Импульс, длительностью Ti управл ет блоком 14, так что во врем  его действи  на вход блока 13с выхода коммутатора 6 поступает напр жение +Е, на вход

1

интегратора 1 - ток

-i.fi +1- Re { N

N

},аво

врем  его отсутстви -напр жение Е на вход

0

5

0

5

0

блока 13, где N - основание системы счислени , RE - номинальное сопротивление матрицы резисторов ЦАП 13. Этот же импульс подключает к конденсатору 4 источник тока 1 блока 8 через коммутатор 12, который начинает разр жать этот конденсатор . В момент достижени  уровн  сравнени  Uoi (в данном случае считаем равным его 0) на выходе компаратора 3 по вл етс  нулевой уровень, который поступает на вход синхронного сброса триггера 18 и синхронной установки триггера 19, С приходом ближайшего тактового импульса заканчиваетс  временной интервал TI, завершаетс  разр д конденсатора 4 и начинаетс  временной интервал TI

Ci (Ui - Ui )

t

где Ui - напр жение на выходе интегратора в момент запоминани ;

Ui1 - остаточное напр жение на конденсаторе 4 после разр да током - 1

Ci - значение емкости конденсатора 4;

Кит - коэффициент преобразовани  напр жени  во временной интервал

Импульс длительностью Т управл ет дешифратором 14 так, что на вход интегратора 1 во врем  его действи  поступает ток

импульс подTi

Кит(и|-ио, (1)

D О ) ЭТОТ Ж6

RE N N2

ключает к конденсатору 4 источник тока + - ,

который начинает зар жать этот конденсатор . 8 момент достижени  уровн  сравнени  компаратор 3 измен ет свое состо ние на единичное. При поступлении ближайшего тактового импульса заканчиваетс  временной интервал Т/, завершаетс  зар д конденсатора 4 и начинаетс  временной интервал Тг

Т| C1(U|

+ Ц ) N

Кит N (- иГ+ Ui),

I. (2)

где Ui - остаточное напр жение на конденсаторе 4 после разр да током - .

Импульс длительностью Тг управл ет дешифратором 14 так, что на вход интегратора 1 во врем  его действи  поступает ток

О тто)- Этот же импульс подклюКЕ N N

5

чает к конденсатору 4 источник тока N:

интервал TI

В момент достижени  уровн  сравнени  на выходе компаратора 3 по вл етс  нулевой уровень, При поступлении ближайшего тактового импульса заканчиваетс  временной

ft

T.SC |-U V-KHTN(M.-U.).

(3) где Ur - остаточное напр жение на конденсаторе - после разр да токов

I

,N

2

После завершени  импульса Т| и до начала интервала Тн-1 на вход интегратора 1

поступает ток - - (1 - - 4- --). Запишем

Re N №

уравнение баланса зар дов на конденсаторе интегратора 1 в течение цикла Т:

и т )+

RxC ЕТ/

RE С

N

04:±+J-wilL-Cl-l-L) 1+N N2 ReCU N N2

RE С

E (Т - Ti - Ti - Ti ) /.1 . 1

D ГV м

RE С

N

N

г)о,

(4)

где Rx - резистор, через который к интегратору 1 подключаетс  напр жение Ux;

С - номинал конденсатора интегратора 1.

Из (4) получаем, счита 

,-)

Обозначим Ti

Tl

0.91 Т-2 Tf

Т

ix2

тогда из (5) получаем т - UxReT

ВЫХОДНОЙ КОД NX

NX « ТХ f,

X To

0,91 Т-Ti

fo +

I to -r II fo

T it-T

100

или

Ni , Ni Ni

ll

Nx ,(10)

10 100

где ,456 x Т x f0 Ni -Ti x fo Ni1 -Ti1 x fo

Ni

и

Ti x f0

Математические операции сложени , вычитани  и делени , необходимые дл  вычислени  (10), легко реализуютс  при применении микропроцессора.

Из выражени  (10 следует, что дискретность выходного кода увеличилась (в данном случае в 100 раз). Это означает, что дл  достижени  заданной дискретности кода в

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

предложенном устройстве требуетс  меньшее врем  (в данном случае в 100 раз)

При использовании в качестве уровн  сравнени  Uoi фиксированного потенциала выходное напр жение интегратора 1 имеет посто нную составл ющую, котора  измен етс  в зависимости от знака и уровн  выходного сигнала (фиг. 36)

При наличии на конденсаторе посто нной составл ющей возникает эффект абсорбции (после кратковременного закорачивани  выводов конденсатора на нем восстанавливаетс  остаточное напр жение ), который снижает точность преобразовани . Поэтому дл  точных измерений необходимо принимать меры по уменьшению этого эффекта. Один из способов значительного уменьшени  этого эффекта - уменьшение посто нной составл ющей на конденсаторе интегратора путем введени  измен емого уровн  компарировани  В данных цел х можно использовать ЦАП (блок 11). Посто нна  составл юща  на конденсаторе интегратора измен етс  rio известной зависимости от входного напр жени , поэтому по выходному коду можно точно установить такой уровень компарировани , что посто нна  составл юща  будет равна (либо близка к нулю).

Работа устройства, изображенного на фиг. 1, от описанного выше алгоритма отличаетс  тем, что при изменении входного напр жени  измен етс  уровень ком- парировани  так, что выходной сигнал интегратора не содержит посто нной составл ющей . Временные диаграммы работы устройства изображены на фиг. 4

Введение в состав функционального преобразовател  блока анализа и формировани  временных интервалов, двух цифроа- налоговых преобразователей, второй коммутатора, дешифратора и блока формировани  управл ющих импульсов с соответствующими св з ми выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, поскольку это позвол ет повысить быстродействие и точность преобразовани , что  вл етс  очень важным, особенно если функциональный преобразователь используетс  в составе автоматизированный информационно-измерительной системы Повышение быстродействи  и точности функционального преобразовани  повышает производительность и эффективность системы .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Функциональный преобразователь, содержащий интегратор, подключенный первым входом к входу преобразовател , а выходом через ключ, подключенный к первому входу компаратора, запоминающий конденсатор, включенный между первым входом компаратора и общей шиной преобразовател , источник эталонного напр жени , выходы которого соединены с информационными входами первого коммутатора , цифровой измеритель временных интервалов, тактовый вход которого подключен к выходу генератора эталонной частоты , а выход  вл етс  выходом преобразовател , источник тока, отличающийс  тем, что с целью повышени  быстродействи  и точности преобразовани  за счет снижени  погрешности от абсорбции конденсатора интегратора, в него введены блок формировани  временных интервалов , второй коммутатор, дешифратор, блок синхронизации, первый и второй циф- роаналоговые преобразователи, выход компаратора через блок формировани  временных интервалов соединен с информационным входом цифрового измерител  временных интервалов, выход блока формировани  временных интервалов соединен с

   управл ющим входом второго коммутатора и через дешифратор с управл ющим входом первого коммутатора, и с цифровым входом первого цифроаналогового преобразовател , аналоговый вход которого соединен с выходом первого коммутатора, а выход - с вторым входом интегратора, выходы источника тока через второй коммутатор соединены с первым входом компаратора,

   соответствующие выходы блока синхронизации соединены с управл ющим входом ключа, с входом сброса формировател  временных интервалов и входом начала отсчета цифрового измерител  временных интервалов , выход генератора, эталонной частоты соединен с тактовыми входами формировател  временных интервалов и цифрового измерител  временных интервалов, аналоговый вход второго цифроаналогового

   преобразовател  соединен с источником эталонного напр жени , а цифровой вход подключен к выходу преобразовател  и к блоку синхронизации, а выход соединен с вторым входом компаратора.

   4ч

   N

   Кдых.бл.17

   Кдых.бл.З

   О

   Кг Ц/

   Квхбл.13

   -Ј-w

   фиг.З

   i

   111 III

   Ш Г t

   Фиг.4