RU1809530C - Аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в многоканальных измерительных приборах и системах. Целью изобретени   вл етс  повышение точности и расширение области применени  за счет использовани  в многоканальных устройствах. Цель достигаетс  тем, что в устройство, состо щее из компаратора, генератора импульсов, элемента И, счетчика и генератора пилообразного напр жени , дополнительно введены п-1 компараторов, где п - число каналов преобразовател , генератор шума, аналоговый сумматор, второй счетчик и многоканальный цифровой усреднитель. За счет одновременного сравнени  входных сигналов в каждом канале с пилообразным эталонным напр жением и параллельной записью результатов преобразовани  в многоканальный цифровой усреднитель в последнем за один период сетевой помехи и m-циклов преобразовани  образуютс  благодар  усреднению цифровые значени  измер емых сигналов каждого канала с высокой точностью. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. ел с

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано в многоканальных измерительных приборах и системах.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности аналого-цифрового преобразовани  при воздействии периодической и случайной помехи и расширение функциональных возможностей устройства.

Сущность изобретени  заключаетс  в следующем. Известно, что интегрирующие АЦП имеют в дес тки и сотни раз меньшее быстродействие по сравнению с обычными. АЦП, например, построенными по алгоритму поразр дного уравновешивани . Поэтому переход на многоканальный интегрирующий АЦП по схеме коммутатор - АЦП приводит к значительному увеличению времени многоканального интегрирующего аналого-цифрового преобразовани  из-за

последовательного преобразовани  в каждом канале.

В предлагаемом изобретении врем  многоканального преобразовани  сокращаетс  в п раз за счет того, что за один цикл врем импульсного преобразовани , то есть за один период работы ГПМ, в многоканальный цифровой усреднитель записываетс  результат преобразовани  по всем п каналам .

Врем импульсный метод преобразовани  не обеспечивает высокую помехоустойчивость относительно помех нормального и общего видов, поэтому дл  повышени  помехоустойчивости и тем самым точности аналого-цифрового преобразовани  за период сетевой помехи (помехи нормального вида) необходимо произвести т-кратное преобразование и усреднение в каждом канале по алгоритму .

00

о ю ел со о

, i v 11 Л , - Uxo Ni - ° . A - Urn . Л - JJL

Ucpr - .Ux.dxJ-TjT N- 5T 5in-To w°- SrFr;

где Uxi - входное напр жение в i-м канале .

АЦП; 5Aft) AQJ At 1 .

m - число циклов преобразовани  за период помехи:Ucpi - результат интегрирующего преоб-г определ етс  величиной нестабильразовани  в i-м канале;ности частоты сетевого напр жени ;

Врем  преобразовани  Д t в каждом 10гпш « сУмма шУма -воздействующего на

цикле и число циклов преобразовани  mГПН и шума квантовани ,

должно выбиратьс  из равенства .Представим синусоидальную функцию

Тп Atm в видл л

где т -период-следовани  синусоидальной sln(4Mp + Дй) Rf j +(l - 1 ) N + ft,

Дл  врем импульеного преобразрва- sin (So + Дш)( + (i - 1 ) N )

ни  аналоговой величины в код в 1-ом циклел л

преобразовани  дл  j-ro канала врем  пре- COS (шь 4-До)) RJJ +

образовани  с учетом воздействи  шума нал л -

ГПН определ етс  из уравнени  20+ cos (WQ + Дй)( R|j + (j - 1 ) N )

.-.;. + Umsin;(flb+A«)x ;.-sin- -(ab.+Afc)fi,,

.(1-1). л л

где Do - максимальна  амплитуда ГПН, рав-Так Kajc величина + Дсо )Rij мала, то,

на  максимально-допустимому значению 25cos( оь-Н ) ij 1 и л

входного сигнала;.sin( + До)0 )RijJi(ft)o 4- До) )Rij

То-период следовани  ГПН (врем  цик-поэтому

ла одного преобразовани ); .. - m m .

tij - врем  преобразовани  в J-м циклеK5J j 2s M|i d N 2/1x

дл  j-ro канала; .

UXj - входное напр жение в j-м канале,, . г. л , . л ..- , ,.которое остаетс  посто нным за врем  Тп;x{sin( («о + (1-1) .

Um-амплитуда помехи нормального ви- / . . л - л л л

.да;. ,. , .(«о +Дй XR +O-ljNKwo+AS ij

. (Уо 2 лУТп - номинальное значение 35 .

г частоты сетевого напр жени ; . .так как

Д у-отклонение частоты сети от номи.- ./ J ymp м / И

нального значени ;т m - шум, воздействующий на ГПН,

причем §j || дл  всехj. 40x{sin( ufe + До) XRj+(i-1)(Wo + Дй)

Выража  врем  преобразовани  tij через квантованные значени , после усредне-Где М - оператор математического, ожидани  в j-м канале по m Е-ыборкам, получимни ,

.. -. . : .то ..

i fn 4 i Jn -45s n,

(RIJ +Rij) m.21xR xjN+ j|i sln(flfe+AUX j+(H)N)

л л.. .. Второе слагаемое определ ет величину

x{0iij N От.sin (а)о,+ &о) хотносительной погрешности из-за воздейА . 50стви  помехи нормального вида. Подставим

+(i-1.)N + в следующем виде

+ Ъ . sin(-+-)(Mi +(M)

где Rj jr - математическое ожидание циф-m m r m N

или

At- период Следовани  сигналов генератооа импульсов 9; -. у . f . (i-1)Hin(

Rj - случайное отклонение цифровогоm Щ f v

эквивалента входного сигнала от математи-т/ (т + МЙ /5

ческого ожидани  из-за воздействи  шумов: м + -f- jsin - - cosec

где

-2л(:г7±1)(±1).

Так как 100, , , TO cosec т 1

()-«Сж+7)- - .г  о+тгК +т)

Если нестабильность сетевой частоты Д2Л2 .Из

отсутствует, то у

последнего

го равенства следует, что погрешность нормального вида убывает очень быстро с увеличением выборки т. Наличие нестабильности частоты сетевого напр жени  приводит к увеличению погрешности, однако это увеличение незначительно.

Все вновь введенные в устройство эле: менты и блоки широко известны и используютс  по своему пр мому назначению, про вл   при этом каждый в отдельности известные свойства. Однако, вз тые в совокупности вновь введенные элементы и элементы прототипа про вл ют новое свойство - повышение точности аналого- цифрового преобразовани  при воздействии периодической и случайной помехи и расширение функциональных возможностей устройства, что позвол ет широко использовать предлагаемое устройство в высокоточных многоканальных измерительных системах. Это новое свойство не повтор ет ни одно из известных свойств отличительных признаков и не  вл етс  их суммой.

Каждый из введенных элементов, отдельно вз тый необходим дл  достижени  положительного эффекта, а все они вместе вз тые, с учетом их взаимосв зей и св зей между ними и элементами прототипа достаточны , чтобы отличить предлагаемое устройство от других устройств подобного назначени  и характеризовать его в том качестве , которое про вл етс  в повышении точности аналого-цифрового преобразовани  при воздействии периодической и случайной помехи и возможности использовать его дл  многоканальных измерений.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - одна из возможных реализаций многоканального цифрового усреднител .

Устройство содержит компараторы 1, первые входы которых соединены с входными сигналами, вторые входы соединены с выходом блока аналогового сумматора 2. первый вход его соединен с выходом генератора шума 3, второй вход соединен с вы5 ходом генератора пилообразного напр жени  4, вход которого соединен с первым выходом счетчика 5 и с первым входом многоканального цифрового усреднител  6, вторые входы которого с первого по

0 n-ый соединены с выходами компараторов

I. третий вход соединен с первым входом счетчика 5, первым входом счетчика 7 и с входом устройства Пуск, выходы многоканального цифрового усреднител  6 соедине5 ны с выходом всего устройства; второй вход счетчика 5 соединен с выходом схемы 8 И, первый вход которой соединен с выходом генератора импульсов 9, второй вход соединен с выходом счетчика 7, второй вход счетчика 7

0 соединен с вторым выходом счетчика 5.

Многоканальный цифровой усредни- тель 6 (фиг.2) содержит п цифровых сумматоров 10 и п-регистров 11, где п - число каналов устройства. Первые входы цифро5 вых сумматоров 10 соединены с первым выходом счетчика 5, вторые входы соединены с соответствующими выходами регистров

II, первые п входов которых соединены с соответствующими выходами п компарато0 ров 1, вторые входы соединены с выходами цифровых сумматоров 10 и вторые выходы соединены с выходом устройства.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

5 Импульсом Пуск сбрасываютс  счетчики 5 и 7, разреша  прохождение на счетный вход счетчика 5 через схему И 8 импульсов от генератора импульсов 9, и обнул етс  многоканальный цифровой усред0 . нитель 6. Выход счетчика 5 подключен к входу генератора пилообразного напр жени  4, представл ющий цифроаналоговый преобразователь. С выхода генератора пилообразного напр жени  4 снимаетс  линей5 но измен ющеес  напр жение, начальное значение которого равно нулю (счетчик 5 обнулен ), а конечное значение равно предельному значению входного напр жени . Это напр жение суммируетс  в аналоговом сум0 маторе 2 с напр жением от генератора шума 3 и подаетс  на первые входы компараторов . 1-1 п, на вторые входы которых подаютс  входные напр жени  Ui-Un. В момент равенства входного напр жени  Ux rro канала вы5 ходному напр жению аналогового сумматора 2 1-ый компаратор изменит свое состо ние и перепишет соответствующее кодовое значение этого напр жени  Uxi с выхода счетчика 5 в многоканальный цифровой усреднитель 6, где в 1-ом цифровом сумматоре 10 просуммируэтс  с результатом предыдущего измерени , записанного в регистре 11. При первом измерении с нулем.

Таким образом, после первого такта измерени  в многоканальном цифровом ус- реднителе 6 будут записаны кодовые значени  входных напр жений по всем п каналам преобразовател . Счетчик 5, досчитав до конца, обнул етс , импульсом переноса записывает единицу в счетчик 7 и начинаетс  второй такт измерени , аналогичный первому. Число тактов измерени , или объем выборки задаютс  объемом счетчика 7, который, досчитав до конца через схему И 8 запрещает подачу на счетный вход счетчика 5 импульсов и выдает команду Конец преобразовани .

Таким образом за счет одновременного сравнени  входных сигналов в каждом канале с пилообразным эталонным напр жением и параллельной записью результатов преобразовани  в многоканальный цифровой усреднитель в последнем за один период сетевой помехи и т-циклов преобразовани  образуютс  благодар  усреднению цифровые значени  измер емых сигналов каждого канала с высокой помехоустойчивостью и тем самым с большей точностью . .

Claims (2)

1. Формулаизобретени  1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, первый вход которого  вл етс  первой входной шиной генератора импульсов, выход которого соединен с первым входом элемента И, выход которого соединен с входом первого счетчика, и генератор пилообразного напр жени , отличающийс   тем, что, с целью повышени  точности и расширени  области применени  путем обеспечени 

   возможности использовани  в многоканальных устройствах, в него дополнительно введены п компараторов, где п - число каналов преобразовател , генератор шума, аналотовый сумматор, второй счетчик и многоканальный цифровой усреднитель, причем первые входы п-1 компараторов  вл ютс  соответственно п-1 входными шинами , вторые входы всех компараторов

   объединены и соединены с выходом аналогового сумматора, первый вход которого соединен с выходом генератора шума, второй вход-с выходом генератора пилообразного напр жени , входы которого объединены с

   первыми входами многоканального цифрового усреднител  и соединены с первыми входами первого счетчика, второй выход которого соединен с первым входом второго счетчика, выход которого соединен с вторым входом элемента И, второй вход  вл етс  шиной Пуск и объединен с вторым входом первого счетчика и с вторым входом многоканального цифрового усреднител , третьи входы которого соединены с соответствующими выходами п компараторов, а вы- ходы  вл ютс  выходной шиной. .
2. 2. Преобразователь по п. 1, о т л и ч а ю- о щ и и с   тем, что многоканальный цифровой усреднитель выполнен на п цифровых сум

   маторах и п регистрах, первые выходы которых  вл ютс  соответствующими выходами многоканального цифрового усреднител , первые входы - соответствующими третьими входами многоканального цифрового усреднитёл , вторые входы и вторые выходы соединены с соответствующими выходами и первыми входами п цифровых сумматоров соответственно, вторые входы которых  вл ютс  первыми входами многоканального

   цифрового усреднител .