RU2012132C1

RU2012132C1 - A-d converter

Info

Publication number: RU2012132C1
Authority: RU
Inventors: Л.М. Лукьянов
Priority date: 1991-06-27
Filing date: 1991-06-27
Publication date: 1994-04-30

Abstract

FIELD: pulse circuitry. SUBSTANCE: converter has voltage-to-frequency converter with input switch, counters, registers, analog adder and subtracter, pulse generator and distributor, AND gates, OR gates, inverter, one-shots, codes commutator, voltage-controlled oscillator. EFFECT: higher conversion accuracy due to elimination of input signal changes influence on the conversion results. 2 dwg

Description

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием в частоту импульсов. The invention relates to a pulse technique, in particular to voltage converters in a digital code with an intermediate conversion to pulse frequency.

Известны аналого-цифровые преобразователи (АЦП), которые содержат преобразователь напряжения в частоту импульсов (ПНЧ), переключатель, счетчики, генератор импульсов, триггеры и логические элементы, а также аналоговые вычитатель и ключ [1] . Known analog-to-digital converters (ADC), which contain a voltage to pulse frequency converter (VLF), a switch, counters, a pulse generator, triggers and logic elements, as well as an analog subtractor and a key [1].

В этих АЦП путем использования режима компенсации устраняется влияние изменения коэффициента преобразования ПНЧ на результат преобразования. Но для этого требуются дополнительные затраты времени Т_дпо окончании времени измерения. В известном АЦП Т_д существенно уменьшены, Т_д полностью исключены в АЦП, в котором также выполняется режим компенсации [2] . Этот АЦП принят в качестве прототипа и содержит ПНЧ, вход которого соединен с выходом переключателя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами аналоговых сумматора и вычитателя, у которых первые и вторые входы объединены и соответственно являются входными шинами преобразуемого и опорного напряжений, при этом выход ПНЧ соединен с первым входом синхронизатора и со счетным входом первого триггера, выход "1" которого соединен с входом управления переключателя и с первым входом первого элемента И, выход "0" - с первым входом второго элемента И, причем выходы первого и второго элементов И подсоединены соответственно к входам "1" и "0" второго триггера, а их вторые входы - к выходу синхронизатора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, с первыми входами третьего и четвертого элементов И и со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого подсоединен к входу "1" третьего триггера, выходы "1" и "0" которого подсоединены к первым входам соответственно пятого и шестого элементов И, вторые входы которых объединены, а выход первого подсоединен к входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выходы "1" и "0" второго триггера подсоединены соответственно к первому входу первого элемента ИЛИ и к входу управления вычитанием второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выходы разрядов - к остальным входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и через логический инвертор - с вторым входом четвертого элемента И, первый регистр, выходы разрядов которого являются выходной шиной результата преобразования, входы разрядов соединены с выходами старших разрядов третьего счетчика, вход записи кода через формирователь импульсов - с входом установки "0" последнего и с первым входом второго элемента ИЛИ, причем входы младших разрядов третьего счетчика подсоединены к выходам восьмых элементов И, первые входы которых соединены с первыми выходами распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй регистр, входы разрядов которого соединены с выходами соответствующих разрядов четвертого счетчика, второй одновибратор и третий элемент ИЛИ, выход которого подсоединен к входу управления вычитанием третьего счетчика, первый вход - к выходу седьмого элемента И, второй вход - к выходу девятого элемента И, первый вход которого соединен с выходом "0" второго триггера, второй вход - с выходом "0" третьего одновибратора, с выходной шиной готовности результата преобразования и с входом "0" третьего триггера, вход "1" которого соединен через второй одновибратор с входом записи кода второго регистра, причем выход "1" третьего одновибратора соединен с первым входом десятого элемента И, второй вход которого соединен с выходом "0" первого одновибратора, третий вход - с выходом генератора импульсов, а выход - со счетным входом четвертого счетчика, вход установки "0" которого подсоединен к выходу шестого элемента И, а выходы разрядов - к первым входам постоянного запоминающего устройства, вторые входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра, выходы - с вторыми входами восьмых элементов И, а вход записи кода - с вторым входом второго элемента ИЛИ, с входом первого одновибратора, выход "1" которого соединен с входом третьего одновибратора и с входом формирователя импульсов, вторые входы шестого и седьмого элементов И соединены соответственно с выходом синхронизатора и с выходом "1" второго триггера.In these ADCs, by using the compensation mode, the influence of changes in the IF conversion coefficient on the conversion result is eliminated. But this requires additional time T _d at the end of the measurement time. In the known ADC, T _{d is} substantially reduced, T _{d are} completely excluded in the ADC, in which the compensation mode is also performed [2]. This ADC is adopted as a prototype and contains an IF, the input of which is connected to the output of the switch, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the analog adder and subtractor, in which the first and second inputs are combined and, accordingly, are input buses of the converted and reference voltages, while the output of the IF is connected to the first input of the synchronizer and to the counting input of the first trigger, the output "1" of which is connected to the control input of the switch and to the first input of the first AND element, the output "0" to the first input the second element AND, and the outputs of the first and second elements And are connected respectively to the inputs "1" and "0" of the second trigger, and their second inputs are to the output of the synchronizer, the second input of which is connected to the output of the pulse generator, with the first inputs of the third and fourth elements And with a counting input of the first counter, the overflow output of which is connected to the input "1" of the third trigger, the outputs "1" and "0" of which are connected to the first inputs of the fifth and sixth elements And, the second inputs of which are combined, and the output of the first connected to the input of the first one-shot, the output of which is connected to the first input of the seventh AND element, the outputs "1" and "0" of the second trigger are connected respectively to the first input of the first OR element and to the subtraction control input of the second counter, the counting input of which is connected to the output of the third element And, and the outputs of the bits are to the other inputs of the first OR element, the output of which is connected to the second input of the third AND element and through the logical inverter to the second input of the fourth AND element, the first register, the outputs of which bits are They are the output bus of the conversion result, the inputs of the bits are connected to the outputs of the highest bits of the third counter, the code recording input through the pulse shaper is connected to the setting input “0” of the last and the first input of the second OR element, and the inputs of the least significant bits of the third counter are connected to the outputs of the eighth the first inputs of which are connected to the first outputs of the pulse distributor, the input of which is connected to the output of the second OR element, the second register, the inputs of the discharges of which are connected to the outputs of the corresponding their bits of the fourth counter, the second one-shot and the third OR element, the output of which is connected to the input of the subtraction control of the third counter, the first input to the output of the seventh element And, the second input to the output of the ninth element And, the first input of which is connected to the output "0" of the second trigger, the second input - with the output "0" of the third one-shot, with the output bus ready for the result of the conversion and with the input "0" of the third trigger, the input "1" of which is connected through the second one-shot to the input of the code record of the second register, and the output "1" is its one-shot is connected to the first input of the tenth element And, the second input of which is connected to the output "0" of the first one-shot, the third input - with the output of the pulse generator, and the output - with the counting input of the fourth counter, the installation input "0" of which is connected to the output of the sixth element And, and the outputs of the bits are to the first inputs of the read-only memory, the second inputs of which are connected to the outputs of the bits of the second register, the outputs to the second inputs of the eighth AND elements, and the input of the code entry to the second input of the second OR element, from to Odom first monostable multivibrator, the output "1" is connected to the input of the third monostable multivibrator and to the input of the pulse shaper, the second inputs of the sixth and seventh AND gates respectively connected to the output of the synchronizer and output "1" of the second flip-flop.

В этом АЦП последовательно выполняются отдельные такты t_iпреобразования, на результат каждого из которых не оказывает влияние изменение коэффициента К_п преобразования ПНЧ, а суммирование результатов этих тактов за цикл Т_о позволяет получить окончательный результат преобразования U_k(t) в код и не терять дополнительные временные затраты, присущие аналогам. Исключение этих дополнительных затрат времени позволяет выполнять непрерывно интегрирование U_x(t) без пропусков временных интервалов между циклами Т_о, с окончанием каждого из которых получается новый результат преобразования.This ADC sequentially performed separate cycles t _i conversion, the result of each of which is not influenced by variation of the coefficient K _n conversion SNN, and summing the results of these cycles for the cycle T _of allow to obtain a final conversion result U _k (t) in the code and save additional time costs inherent in analogues. The exclusion of these additional time costs allows continuous integration of U _x (t) without missing time intervals between cycles T _o , with the end of each of which a new conversion result is obtained.

В каждом такте t_i работы ПНЧ сначала преобразуется в частоту напряжение U_с, полученное от суммирования входного U_x(t) и опорного U_онапряжений, а затем формируется частота от преобразования напряжения U_в, получаемого от их вычитания. Длительность t_i равна сумме периодов этих двух частот. Все эти операции используются в заявляемом АЦП.In each cycle of operation SNN t _i is first converted to _a frequency of the voltage U, obtained by summing the input U _x (t) and the reference voltages _{of the} U, and then formed by frequency conversion _{into a} voltage U, obtained by their subtraction. The duration t _i is equal to the sum of the periods of these two frequencies. All these operations are used in the inventive ADC.

В связи с тем, что моменты начала и окончания Т_о и t_i не могут возникать синхронно, то в результате преобразования могут иметь место дополнительные погрешности, которые уменьшаются в АЦП с помощью дополнительных средств. Благодаря этим средствам выполняется формирование поправок n_н и n_к, которые соответствуют интегралам от U_x(t) за временные интервалы t_н - от начала очередного цикла работы АЦП до первого такта t_i и t_к - от последнего такта t_i в Т_о до окончания времени измерения в данном цикле.Due to the fact that the moments of the beginning and end of T _o and t _i cannot occur simultaneously, additional errors can occur as a result of the conversion, which are reduced in the ADC by additional means. Thanks to these tools, the formation of corrections n _n and n _k is performed, which correspond to the integrals from U _x (t) over time intervals t _n - from the beginning of the next ADC operation cycle to the first cycle t _i and t _к - from the last cycle t _i in Т _о until the end of the measurement time in this cycle.

Но прототип имеет недостаток, который состоит в том, что формирование поправок n_н и n_к выполняется на основе измерения средних значений преобразуемого напряжения U_x(t) как за интервалы времени t_c и t_в, так и за интервалы времени t_п тактов, в течение которых начинается, а затем и заканчивается цикл Т_о. Это приводит к тому, что изменение U_x(t) за время t_п приводит к дополнительным погрешностям как в величинах формируемых поправок, так и в частных результатах за t_п, которые суммируются с окончательным результатом преобразования в начале и в конце Т_о каждого цикла работы АЦП. Этот недостаток не позволяет использовать данный АЦП в преобразователях с входным коммутатором, в которых с каждым циклом Т_о могут подключаться от различных каналов входные напряжения, имеющие самые различные значения. В этом случае использование средних значений за время t_п для формирования поправок n_ни n_к приводит к значительным погрешностям и к уменьшению точности работы АЦП.But the prototype has a drawback, which consists in the fact that the formation of corrections n _n and n _k is performed on the basis of measuring the average values of the converted voltage U _x (t) both for time intervals t _c and t _in , and for time intervals t _p cycles, during which the cycle T _about begins and then ends. This leads to the fact that a change in U _x (t) over time t _p leads to additional errors both in the values of the generated corrections and in the partial results for t _p , which are summed with the final result of the transformation at the beginning and at the end of T _about each cycle ADC operation. This drawback does not allow the use of this ADC in converters with an input switch, in which input voltages having the most different values can be connected from different channels with each cycle T _o . In this case, the use of average values over time t _p for the formation of corrections n _n and n _k leads to significant errors and to a decrease in the accuracy of the ADC.

Поэтому стоит техническая задача исключить эти дополнительные погрешности при формировании поправок, получаемых за времена t_п, и благодаря этому повысить точностные характеристики АЦП.Therefore, the technical task is to eliminate these additional errors in the formation of corrections obtained for the times t _p , and thereby increase the accuracy characteristics of the ADC.

На решение этой задачи направлено данное предложение, целью которого является повышение точности АЦП. This proposal is aimed at solving this problem, the purpose of which is to increase the accuracy of the ADC.

Цель достигается тем, что в АЦП, содержащий ПНЧ, вход которого соединен с выходом переключателя, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами аналоговых сумматора и вычитателя, у которых первые и вторые входы объединены и соответственно являются входными шинами преобразуемого и опорного напряжений, при этом выход ПНЧ соединен с первым входом синхронизатора и со счетным входом первого триггера, выход "1" которого соединен с входом управления переключателя и с первым входом первого элемента И, выход "0" - с первым входом второго элемента И, выходы первого и второго элементов И подсоединены соответственно к входам "1" и "0" второго триггера, а их вторые входы - к выходу синхронизатора, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, с первыми входами третьего и четвертого элементов И и со счетным входом первого счетчика, выход переполнения которого подсоединен к входу "1" третьего триггера, выходы "1" и "0" которого подсоединены к первым входам соответственно пятого и шестого элементов И, вторые входы которых объединены, а выход первого подсоединен к входу первого одновибратора, выход которого соединен с первым входом седьмого элемента И, выходы "1" и "0" второго триггера подсоединены соответственно к первому входу первого элемента ИЛИ и к входу управления вычитанием второго счетчика, счетный вход которого соединен с выходом третьего элемента И, а выходы разрядов - к остальным входам первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с вторым входом третьего элемента И и через логический инвертор с вторым входом четвертого элемента И, первый регистр, выходы разрядов которого являются выходной шиной результата преобразования, входы разрядов соединены с выходами старших разрядов третьего счетчика, вход записи кода через формирователь импульсов - с входом установки "0" последнего и с первым входом второго элемента ИЛИ, причем входы младших разрядов третьего счетчика подсоединены к выходам восьмых элементов И, первые входы которых соединены с первыми выходами распределителя импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемента ИЛИ, второй регистр, входы разрядов которого соединены с выходами соответствующих разрядов четвертого счетчика, второй одновибратор и третий элемент ИЛИ, введены управляемый напряжением генератор импульсов, пятый счетчик, коммутатор кодов и четвертый элемент ИЛИ, выход которого соединен с входом записи кода второго регистра, первый вход - с первым входом третьего элемента ИЛИ и с входом "1" третьего триггера, второй вход - с входом "0" последнего, с входом формирователя импульсов и с выходом седьмого элемента И, второй вход которого подсоединен к выходу "1" третьего триггера и к выходной шине готовности результата преобразования, третий вход - к последнему выходу распределителя импульсов и к входу установки "0" пятого счетчика, счетный вход которого соединен с выходом четвертого элемента И, а выходы разрядов - с первыми входами коммутатора кодов, вторые входы которого подсоединены к выходам разрядов второго регистра, выходы - к вторым входам соответствующих восьмых элементов И, а выход управления - к выходу первого одновибратора и к второму входу третьего элемента ИЛИ, третий вход которого подсоединен к выходу шестого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента И и с вторым входом второго элемента ИЛИ, при этом выход третьего элемента ИЛИ подсоединен через второй одновибратор к входу установки "0" четвертого счетчика и объединен с первым входом управляемого напряжением генератора импульсов, выход которого соединен со счетным входом последнего, а второй и третий входы - с первым и вторым входами вычитателя. The goal is achieved in that in an ADC containing an IF, the input of which is connected to the output of the switch, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the analog adder and subtractor, in which the first and second inputs are combined and, accordingly, are input buses of the converted and reference voltages, the output of the IF is connected to the first input of the synchronizer and to the counting input of the first trigger, the output "1" of which is connected to the control input of the switch and to the first input of the first AND element, the output "0" to the first input the second element And, the outputs of the first and second elements And are connected respectively to the inputs "1" and "0" of the second trigger, and their second inputs to the output of the synchronizer, the second input of which is connected to the output of the pulse generator, with the first inputs of the third and fourth elements And and with the counting input of the first counter, the overflow output of which is connected to the input "1" of the third trigger, the outputs "1" and "0" of which are connected to the first inputs of the fifth and sixth elements And, the second inputs of which are combined, and the output of the first is connected to the input of the first one-shot, the output of which is connected to the first input of the seventh AND element, the outputs "1" and "0" of the second trigger are connected respectively to the first input of the first OR element and to the input of the subtraction control of the second counter, the counting input of which is connected to the output of the third AND element, and the outputs of the bits to the other inputs of the first element OR, the output of which is connected to the second input of the third element AND and through a logical inverter with the second input of the fourth element AND, the first register, the outputs of the bits of which are output the bus of the result of the conversion, the inputs of the bits are connected to the outputs of the highest bits of the third counter, the input of the code entry through the pulse shaper is with the input of the “0” setting of the last and the first input of the second OR element, and the inputs of the least significant bits of the third counter are connected to the outputs of the eighth AND elements, the first inputs of which are connected to the first outputs of the pulse distributor, the input of which is connected to the output of the second OR element, the second register, the inputs of the bits of which are connected to the outputs of the corresponding bits of the fourth counter, the second one-shot and the third OR element, a voltage-controlled pulse generator, the fifth counter, the code switch and the fourth OR element are introduced, the output of which is connected to the input of the second code register entry, the first input - with the first input of the third OR element and with the input "1 "of the third trigger, the second input - with the input" 0 "of the last, with the input of the pulse former and with the output of the seventh element And, the second input of which is connected to the output" 1 "of the third trigger and to the output readiness bus of the conversion result, the first input is to the last output of the pulse distributor and to the installation input “0” of the fifth counter, the counting input of which is connected to the output of the fourth element And, and the outputs of the bits - with the first inputs of the code switch, the second inputs of which are connected to the outputs of the bits of the second register, the outputs are to the second inputs of the corresponding eighth AND elements, and the control output to the output of the first one-shot and to the second input of the third OR element, the third input of which is connected to the output of the sixth AND element, the second input of which is connected to the output the first element And and with the second input of the second element OR, while the output of the third element OR is connected through the second one-shot to the input of the installation "0" of the fourth counter and combined with the first input of the voltage-controlled pulse generator, the output of which is connected to the counting input of the last, and the second and third inputs - with the first and second inputs of the subtractor.

В результате поиска и анализа известных технических решений не были обнаружены решения, которые имеют признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого решения. As a result of the search and analysis of the known technical solutions, no solutions were found that have features similar to the distinguishing features of the proposed solution.

В предлагаемом техническом решении цель достигается благодаря непосредственному получению величин η_н и η_к , соответствующих интегралам от U_x(t), за временные интервалы, во-первых, t_н от начала очередного цикла Т_о до первого такта t_i его работы и, во-вторых, t_к от окончания последнего такта t_i до окончания Т_о. При этом промежуточные результаты интегрирования за время t_п тактов в начале и в конце цикла Т_оне используются для суммирования при формировании окончательного результата преобразования. Это исключает рассмотренные выше погрешности прототипа, так как в окончательный результат входят значения η_н и η_к, соответствующие интегралам U_x(t) за временные интервалы t_к и t_н, и изменение U_x(t) не вызывает дополнительных погрешностей, присущих прототипу.In the proposed technical solution, the goal is achieved by directly obtaining the values η _n and η _k corresponding to the integrals from U _x (t) for time intervals, firstly, t _n from the beginning of the next cycle T _о to the first cycle t _{i of} his work and, secondly, t _to from the end of the last measure t _i to the end of T _about . In this case, the intermediate results of integration for the time t _p clocks at the beginning and at the end of the cycle T _{o are} not used for summing when forming the final result of the conversion. This excludes the prototype errors discussed above, since the final result includes the values η _n and η _k corresponding to the integrals U _x (t) over time intervals t _k and t _n , and the change in U _x (t) does not cause additional errors inherent in the prototype .

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого АЦП; на фиг. 2 - временная диаграмма его работы, где 1 и 2 - шины преобразуемого и опорного напряжений, 3 и 4 - шины результата преобразования и сигнала его готовности, 5 - ПНЧ, 6 - аналоговый переключатель, у которого сигнал на управляющем входе обеспечивает закорачивание первого входа с выходом, а при его отсутствии закорочен второй вход и выход, 7 и 8 - аналоговые сумматор и вычитатель, 9 - управляемый напряжением генератор импульсов, 10 - синхронизатор, 11-15 - с первого по пятый счетчики, 16 и 17 - первый и второй регистры, 18 - распределитель импульсов, 19 - коммутатор кодов, у которого отсутствие сигнала на управляющем входе обеспечивает передачу сигналов с первых входов на выходы, а при его наличии - с вторых входов на выходы, 20 - генератор импульсов, 21-23 - с первого по третий триггеры, 24 и 25 - первый и второй одновибраторы, 26 - логический инвертор, 27 - формирователь импульсов, 28-34 - с первого по седьмой элементы И, 35 - группа восьмых элементов И, 36-39 - с первого по четвертый элементы ИЛИ, 40 - импульс переполнения счетчика 11, 41 и 42 - импульсы ПНЧ 5 и синхронизатора 10, 43 и 44 - сигналы на выходах "1" и "0" триггера 22, 45 и 46 - сигналы на выходах элемента ИЛИ 36 и инвертора 26, 47 - сигнал на выходе "1" триггера 23, 48 и 49 - импульсы на выходе элемента И 28 и на последнем выходе распределителя 18, 50, 51 и 52 - импульсы на выходах элементов И 32, ИЛИ 37 и 39, 53 - сигнал одновибратора 24, 54 - временные интервалы работы распределителя 18, 55 и 56 - импульсы на выходах элементов ИЛИ 38 и И 34. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed ADC; in FIG. 2 is a time diagram of its operation, where 1 and 2 are the buses of the converted and reference voltages, 3 and 4 are the buses of the conversion result and its readiness signal, 5 is the IF, 6 is the analog switch, in which the signal at the control input provides shorting of the first input from the output, and if it is absent, the second input and output is shorted, 7 and 8 are the analog adder and subtracter, 9 is the voltage-controlled pulse generator, 10 is the synchronizer, 11-15 are the first to fifth counters, 16 and 17 are the first and second registers , 18 - pulse distributor, 19 - code switch ov, in which the absence of a signal at the control input ensures the transmission of signals from the first inputs to the outputs, and if it is available, from the second inputs to the outputs, 20 - a pulse generator, 21-23 - from the first to third triggers, 24 and 25 - the first and the second one-shot, 26 - logical inverter, 27 - pulse shaper, 28-34 - from the first to seventh elements And, 35 - a group of eighth elements And, 36-39 - from the first to fourth elements OR, 40 - pulse counter overflow 11, 41 and 42 - IF frequency pulses 5 and synchronizer 10, 43 and 44 - signals at outputs "1" and "0" of trigger 22, 45 and 46 - signals at the outputs of the OR element 36 and inverter 26, 47 - the signal at the output "1" of the trigger 23, 48 and 49 - pulses at the output of the element And 28 and at the last output of the distributor 18, 50, 51 and 52 - pulses at the outputs of the elements And 32, OR 37 and 39, 53 — single-vibrator signal 24, 54 — time intervals of operation of the distributor 18, 55 and 56 — pulses at the outputs of the OR 38 and I 34 elements.

Шина 1 соединена с первыми входами сумматора 7 и вычитателя 8 и с вторым входом генератора 9, шина 2 - соответственно с их вторыми и третьими входами, шина 3 - с выходами разрядов регистра 16, шина 4 - с выходом "1" триггера 23, с первым и вторым входами элементов И 32 и 34. Первый вход последнего подсоединен к выходу одновибратора 24, к второму входу элемента ИЛИ 38 и к входу управления коммутатора 19, третий вход - к выходу распределителя 18 и к входу установки "0" счетчика 15, а выход - к второму входу элемента ИЛИ 39, к входу записи регистра 16, к входу установки "0" счетчика 13 и к первому входу элемента ИЛИ 37 через формирователь 27 и к входу "0" триггера 23, выход "0" которого соединен с первым входом элемента И 33, а вход "1" - с первыми входами элементов ИЛИ 38 и 39 и с выходом переполнения счетчика 11. Счетный вход счетчика 11 подсоединен к выходу генератора 20, к первым входам элементов И 30 и 31 и к второму входу синхронизатора 10, первый вход которого соединен со счетным входом триггера 21 и с выходом ПНЧ 5, а выход - с вторыми входами элементов И 28 и 29. Первые входы последних подсоединены к выходам "1" и "0" триггера 21, первый из которых объединен с входом управления переключателя 6, а выходы - к входам "1" и "0" триггера 22, первый из которых соединен с вторыми входами элементов И 32 и 33 и ИЛИ 37. Выход элемента ИЛИ 37 подсоединен к входу распределителя 18, выходы разрядов которого соединены с первыми входами элементов И 35. Выходы элементов И 35 подсоединены к входам младших разрядов счетчика 13, выходы старших разрядов которого соединены с входами разрядов регистра 16. Вторые входы элементов И 35 соединены с выходами коммутатора 19, первые и вторые входы которого подсоединены соответственно к выходам разрядов счетчика 15 и регистра 17. Вход записи регистра 17 соединен с выходом элемента ИЛИ 39, а входы разрядов - с выходами разрядов счетчика 14, счетный вход которого подсоединен к выходу генератора 9, вход установки "0" через одновибратор 25 - к первому входу последнего и к выходу элемента ИЛИ 38. Третий вход элемента ИЛИ 38 соединен с выходом элемента И 33, выход элемента И 32 подсоединен к входу одновибратора 24. Счетный вход счетчика 15 соединен с выходом элемента И 31, второй вход которого подсоединен через инвертор 26 к второму входу элемента И 30 и к выходу элемента ИЛИ 36. Входы элемента ИЛИ 36 соединены с выходом "1" триггера 22 и с выходами разрядов счетчика 12, счетный вход и вход управления режимом вычитания которого соединены с выходом элемента И 30 и с выходом "0" триггера 22. Выходы сумматора и вычитателя подсоединены к первому и второму входам переключателя, выход которого соединен с входом ПНЧ 5. Bus 1 is connected to the first inputs of the adder 7 and subtractor 8 and to the second input of the generator 9, bus 2 - with their second and third inputs, bus 3 - with the outputs of the bits of the register 16, bus 4 - with the output "trigger 1" 23, s the first and second inputs of the elements And 32 and 34. The first input of the latter is connected to the output of the one-shot 24, to the second input of the OR 38 and to the control input of the switch 19, the third input to the output of the distributor 18 and to the installation input "0" counter 15, and output - to the second input of the OR element 39, to the input of the register register 16, to the input of the setting "0" with 13 and to the first input of the OR element 37 through the shaper 27 and to the input "0" of the trigger 23, the output "0" of which is connected to the first input of the And 33 element, and the input "1" - with the first inputs of the OR elements 38 and 39 and with counter overflow output 11. The counter input 11 of the counter is connected to the output of the generator 20, to the first inputs of the elements And 30 and 31 and to the second input of the synchronizer 10, the first input of which is connected to the counting input of the trigger 21 and the output of the IF 5, and the output to the second the inputs of the elements And 28 and 29. The first inputs of the latter are connected to the outputs "1" and "0" of the trigger 21, the first of which is combined with the control input of switch 6, and the outputs are connected to inputs “1” and “0” of trigger 22, the first of which is connected to the second inputs of AND 32 and 33 and OR 37. The output of OR 37 is connected to the input of the distributor 18, the outputs of the bits of which are connected to the first inputs of the elements And 35. The outputs of the elements And 35 are connected to the inputs of the lower bits of the counter 13, the outputs of the senior bits of which are connected to the inputs of the bits of the register 16. The second inputs of the elements And 35 are connected to the outputs of the switch 19, the first and second inputs of which connected corresponding to the outputs of the bits of the counter 15 and the register 17. The input of the register register 17 is connected to the output of the OR element 39, and the inputs of the bits are connected to the outputs of the bits of the counter 14, the counting input of which is connected to the output of the generator 9, the input of the setting "0" through the single-shot 25 the first input of the last and to the output of the OR element 38. The third input of the OR element 38 is connected to the output of the And 33 element, the output of the And 32 element is connected to the input of the one-shot 24. The counting input of the counter 15 is connected to the output of the And 31 element, the second input of which is connected through the inverter 26 to the second the input of the AND element 30 and to the output of the OR element 36. The inputs of the OR element 36 are connected to the output "1" of the trigger 22 and to the outputs of the bits of the counter 12, the counting input and the input of the subtraction mode of which are connected to the output of the element And 30 and the output "0" trigger 22. The outputs of the adder and the subtractor are connected to the first and second inputs of the switch, the output of which is connected to the input of the IF 5.

АЦП работает следующим образом. ADC works as follows.

Как и в прототипе, преобразуемое напряжение U_x(t) суммируется с опорным напряжением U_о в сумматоре 7 и вычитается из него в вычитателе 8, на выходе которых получаются напряжения U_c = U_o + U_x(t) и U_в= U_o - U_x(t). Эти напряжения с помощью переключателя 6 подключаются на вход ПНЧ 5, выходные импульсы 41 которого поступают на счетный вход триггера 21, а его выходной сигнал управляет работой переключателя 6. Благодаря этому выполняется поочередное преобразование U_с и U_в в частоты f_c = K_п U_c и f_в= К_п U_в. Каждое преобразование U_с или U_в проходит в течение одного периода этих частот: t_c = 1/f_c и t_в = 1/f_в, и длительность такта работы АЦП равна t_i = t_c + t_в.As in the prototype, the converted voltage U _x (t) is added to the reference voltage U _о in the adder 7 and subtracted from it in the subtractor 8, the output of which yields the voltages U _c = U _o + U _x (t) and U _в = U _o - U _x (t). These voltage via a switch 6 connected to the input of VFC 5, output pulses 41 is fed to the count input of the flip-flop 21, and its output signal controls the operation of the switch 6. This alternate transform is performed _with U and U _at a frequency f _c = K _n U _c and f _in = K _p U _in . Each conversion of U _s or U _in takes place during one period of these frequencies: t _c = 1 / f _c and t _in = 1 / f _in , and the cycle time of the ADC is t _i = t _c + t _in .

Если в ПНЧ 5 выполняется интегрирование преобразуемого напряжения и начало t_i происходит в моменты времени Т, то величины получаемых частот равны
f_c= K

(t_c)= K_п[U_o+

(t_c)] и
f_В= K

(t_В)= K_п[U_o-

(t_В)] , где

(t_c),

(t_в),

(t_c) и

(t_в) - средние значения напряжений за время, указанное в скобках, т. е.If the converted voltage is integrated in the IF 5 and the beginning of t _i occurs at time moments T, then the values of the frequencies obtained are equal
f _c = K

(t _c ) = K _p [U _o +

(t _c )] and
f _B = K

(t _B ) = K _p [U _o -

(t _B )], where

(t _c )

(t _in )

(t _c ) and

(t _in ) - average values of stresses for the time indicated in brackets, i.e.

(t_с)=

U_x(t)dt и

(t_в)=

U_x(t)dt.

(t _s ) =

U _x (t) dt and

(t _in ) =

U _x (t) dt.

Для каждого такта t_i можно эти уравнения записать в виде
K_п[U_o+

(t_c)] t_c= 1 и K_п[U_o-

(t_В)] t_В= 1 и определить величину временного интервала t_pi = t_в - t_c:
U_o(t_в-t_c) =

(t_c)t_c+

(t_в)t_в или
U_o·t_pi=

U_x(t)dt+

U_x(t)dt=

U_x(t)dt и
t_pi=

U_x(t)dt.For each measure t _i , these equations can be written as
K _p [U _o +

(t _c )] t _c = 1 and K _p [U _o -

(t _B )] t _B = 1 and determine the value of the time interval t _pi = t _in - t _c :
U _o (t _in -t _c ) =

(t _c ) t _c +

(t _in ) t _in or
U _o · t _pi =

U _x (t) dt +

U _x (t) dt =

U _x (t) dt and
t _pi =

U _x (t) dt.

Величина t_pi соответствует интегралу входного напряжения за время t_i, и на нее не оказывает влияние коэффициент К_п преобразования ПНЧ 5.The value of t _pi corresponds to the integral of the input voltage over the time t _i , and it is not affected by the coefficient K _p conversion of the VLF 5.

Преобразование t_pi в код n_pi и использование временных интервалов t_с и t_в осуществляется с помощью импульсов частоты f генератора 20; n_pi= t_pi f. Эти импульсы используются также для формирования времени Т_оизмерения U_x(t), что осуществляется с помощью счетчика 11, импульсы 40 переполнения которого возникают через временные интервалы T_o = N_o/f.The conversion of t _pi into the code n _pi and the use of time intervals t _s and t _{in is} carried out using pulses of frequency f of the generator 20; n _pi = t _pi f. These pulses are also used to generate _the measurement time T _o U _x (t), which is carried out using the counter 11, the overflow pulses 40 of which occur at time intervals T _o = N _o / f.

Так как импульсы 41 не имеют синхронизации с импульсами f, то при определении n_р и в работе других узлов АЦП могут возникать погрешности и сбои в моменты взаимного перекрытия этих импульсов. Для исключения этого в АЦП имеется синхронизатор 10, выходные импульсы 42 которого всегда сдвинуты относительно импульсов f генератора 20.Since the pulses 41 do not have synchronization with the pulses f, when determining n _p and in the operation of other ADC units, errors and malfunctions can occur at the moments of mutual overlap of these pulses. To eliminate this, the ADC has a synchronizer 10, the output pulses 42 of which are always shifted relative to the pulses f of the generator 20.

Синхронизатор 10 может быть выполнен, например, как и в прототипе, на соединенных последовательно элементе И, одновибраторе, элементе ИЛИ и формирователе импульсов, выход которого является выходом синхронизатора, а его входами служат входы элемента И, из которых на один подаются импульсы f, а другой объединен с вторым входом элемента ИЛИ, и на него подаются импульсы 41 с выхода ПНЧ 5. При совпадении импульсов 41 и f элемент И запускает одновибратор, сигнал которого в элементе ИЛИ увеличивает длительность импульса 41, и по его заднему фронту запускается формирователь с выходными импульсами 42. The synchronizer 10 can be performed, for example, as in the prototype, on an AND element, a single-shot, an OR element, and a pulse shaper connected in series, the output of which is the output of the synchronizer, and its inputs are the inputs of the And element, of which pulses f are applied to one, and the other is combined with the second input of the OR element, and pulses 41 are fed to it from the output of the IFF 5. If pulses 41 and f coincide, the And element starts a one-shot, the signal of which in the OR element increases the duration of the pulse 41, and on its trailing edge A shaper with output pulses 42 is provided.

Импульсы 42 проходят через элемент И 28 или 29 в зависимости от состояния триггера 21 на входы триггера 22 и записывают в нем код, соответствующий временному интервалу t_с при наличии сигнала U_с для интервала t_в, когда преобразуется U_в.The pulses 42 pass through the element And 28 or 29 depending on the state of the trigger 21 to the inputs of the trigger 22 and write in it a code corresponding to the time interval t _s in the presence of a signal U _s for the interval t _in when U _{in is} converted.

Выходные сигналы 43 и 44 триггера 22, соответствующие интервалам t_си t_в, и импульс 48, устанавливающий его в "1", используются для управления работой других узлов АЦП.The output signals 43 and 44 of the trigger 22, corresponding to the intervals t _with and t _in , and the pulse 48, setting it to "1", are used to control the operation of other nodes of the ADC.

Сигнал 43, проходя через элемент ИЛИ 36, разрешает работу элемента И 30, через который импульсы f поступают в счетчик 12, образуя в нем код n_c = t_c f. Когда сигнал 43 снимается, сигналы разрядов, в которых записан n_с, проходят через элемент ИЛИ 36, образуя сигнал 45, который продолжает поддерживать работу элемента И 30. С появлением сигнала 44 в счетчике 12 включается режим вычитания и импульсы f в течение t_вуменьшают код n_с до нуля. Через время, равное t_с, в счетчике 12 устанавливается код "0", сигнал 45 снимается и элемент И 30 закрывается. На выходе инвертора 26 возникает сигнал 46, длительность которого равна t_pi = t_в - t_с, так как он снят с появлением новых сигналов 43 и далее сигнала 45.The signal 43, passing through the element OR 36, allows the operation of the element And 30, through which the pulses f enter the counter 12, forming the code n _c = t _c f in it. When the signal 43 is removed, the signals of bits, in which n is recorded _to pass through an OR gate 36, forming the signal 45 which continues to support the operation member 30. With the AND signal 44 in the counter 12 is switched mode and subtracting pulses f for t _in reduced code n _s to zero. After a time equal to t _s , the code "0" is set in the counter 12, the signal 45 is removed and the And 30 element is closed. At the output of the inverter 26, a signal 46 occurs, the duration of which is t _pi = t _in - t _s , since it is removed with the advent of new signals 43 and then the signal 45.

Сигнал 46 разрешает работу элемента И 31, через который на счетчик 15 поступают импульсы f и формируют в нем код n_pi = t_pif. Код n_piпоступает на первые входы коммутатора 19, на управляющем входе которого сигнал 53 с выхода одновибратора 24 отсутствует, и это обеспечивает передачу кода n_pi на его выходы и на входы элементов И 35, подключенных к счетным входам младших разрядов счетчика 13.The signal 46 permits the operation of the element And 31, through which the pulses f arrive at the counter 15 and form the code n _pi = t _pi f in it. The n _pi code is supplied to the first inputs of the switch 19, at the control input of which there is no signal 53 from the output of the one-shot 24, and this ensures the transmission of the n _pi code to its outputs and to the inputs of the And 35 elements connected to the counting inputs of the least significant bits of the counter 13.

В отличие от прототипа код n_pi в течение t_i не суммируется в счетчике 13, накапливающем их сумму, так как он не используется в последнем такте t_п работы АЦП, в котором заканчивается время Т_оизмерения U_x(t). Суммирование n_pi выполняется по окончании t_i. По импульсу 48, относящемуся к такту t_i+1 и проходящему через элемент ИЛИ 37, запускается распределитель 18 импульсов, на выходах которого последовательно во времени появляются импульсы (пачка импульсов в течение сигнала 54). Эти импульсы проходят через те элементы И 35, которые на входах имеют сигналы "1" в разрядах кода n_pi, на счетные входы соответствующих разрядов счетчика 13. Благодаря этому выполняется поразрядное суммирование n_pi с кодом, находящимся в счетчике 13.Unlike the prototype, the code n _pi for t _{i is} not summed up in the counter 13 accumulating their sum, since it is not used in the last step t _p of the ADC operation, in which the time T _about measuring U _x (t) ends. The summation n _pi is performed at the end of t _i . According to the pulse 48, related to the cycle t _{i + 1} and passing through the OR element 37, the pulse distributor 18 is started, the outputs of which are pulses successively in time (pulses burst during the signal 54). These pulses pass through those And 35 elements that have the signals “1” in the bits of the n _pi code at the inputs to the counting inputs of the corresponding bits of the counter 13. Due to this, bitwise addition of n _pi with the code located in the counter 13 is performed.

Импульс 49 с последнего выхода распределителя 18 после выполнения этого суммирования устанавливает "0" в счетчике 15. Это повторяется для каждого такта t_i работы АЦП и в счетчике 13 за К тактов сформирован код
N_k=

n_pi= f

t_pi=

U_x(t)dt, где Т_k - суммарное время выполнения k тактов t_i.The pulse 49 from the last output of the distributor 18 after performing this summation sets "0" in the counter 15. This is repeated for each clock cycle t _i of the ADC and a code is generated in the counter 13 for K clock cycles
N _k =

n _pi = f

t _pi =

U _x (t) dt, where T _k is the total execution time of k clock cycles t _i .

Для получения окончательных результатов преобразования U_x(t) за каждый цикл Т_о работы АЦП в код N_р, как и в прототипе, должны быть внесены поправки, учитывающие величины интегралов U_x(t) в течение последнего такта t_п и относящиеся к текущему и последующему циклам работы АЦП. Это связано с тем, что окончание Т_о и появление импульса 40 может произойти в любое время в течение такта t_п через t_к после последнего в Т_о импульса 48 t_i, а первый импульс 48 последнего цикла преобразования появляется через временной интервал t_н между импульсами 40 и 48.To obtain the final results of the conversion of U _x (t) for each cycle T _{on the} operation of the ADC into the code N _p , as in the prototype, amendments should be made taking into account the values of the integrals U _x (t) during the last cycle t _p and related to the current and subsequent cycles of the ADC. This is due to the fact that the end of T _o and the appearance of pulse 40 can occur at any time during the cycle t _p through t _k after the last pulse in T _{о of the} pulse 48 t _i , and the first pulse 48 of the last conversion cycle appears after a time interval t _n between pulses 40 and 48.

Временной интервал t_к относится к текущему циклу работы АЦП, и по нему в прототипе формируется поправка n_к к текущему результату N_т, а временной интервал t_н уже относится к последующему циклу, и соответствующая ему поправка вводится в результат N_п этого цикла.The time interval t _{to the} ADC refers to the current operation cycle, and it is formed in the n correction to the current prototype _{to the} result N _t, and the time interval t _n already belongs to a subsequent cycle, and the corresponding correction is introduced as the result of this cycle N _n.

Поправки n_к и n_н в прототипе формируются расчетным путем на основе использования результатов получения средних значений U_x(t) в течение времени t_п, что при изменении преобразуемого напряжения приводит к дополнительным погрешностям. В предлагаемом АЦП выполняется непосредственное получение этих интегралов с помощью генератора 9, управляемого напряжением U_x(t), и по его импульсам осуществляется формирование соответствующих поправок η_н и η_к , благодаря чему упомянутые погрешности прототипа исключаются.Corrections n _to and n _n in the prototype are formed by calculation based on the use of the results of obtaining the average values of U _x (t) over time t _p , which, when the converted voltage changes, leads to additional errors. In the proposed ADC, these integrals are directly obtained using the generator 9, controlled by the voltage U _x (t), and the corresponding corrections η _n and η _k are generated from its pulses, due to which the prototype errors mentioned are eliminated.

В качестве генератора 9 может быть использован управляемый мультивибратор (см. например, Матряшин А. И. и др. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М. : Энергия, 1976, с. 107), который имеет предельную простоту схемы за счет того, что один транзистор совмещает функции зарядного устройства, ключа и устройства сравнения. Существенно лучшими точностными характеристиками обладает другая схема генератора (там же, рис. 2-31). В ней входной сигнал U_х подается на управляемый источник тока с включенным на его выходе интегрирующим конденсатором, напряжение которого с помощью устройства сравнения сравнивается с опорным напряжением, подаваемым на другой вход генератора. При срабатывании этого устройства его выходной импульс с помощью ключа разряжает конденсатор, после чего цикл их работы повторяется и на выходе формируются импульсы с частотой повторения
f_у=

= K

(там же, с. 108, вторая формула сверху).As a generator 9, a controlled multivibrator can be used (see, for example, Matryashin A.I. et al. Converters of electrical parameters for monitoring and measurement systems. M.: Energy, 1976, p. 107), which has the utmost simplicity of the circuit due to the fact that one transistor combines the functions of a charger, a key and a comparison device. Another generator circuit has much better accuracy characteristics (ibid., Fig. 2-31). In it, the input signal U _x is supplied to a controlled current source with an integrating capacitor turned on at its output, the voltage of which is compared with the reference voltage supplied to the other input of the generator using a comparison device. When this device is activated, its output pulse with a key discharges the capacitor, after which the cycle of their operation is repeated and pulses are formed at the output with a repetition rate
f _y =

= K

(ibid., p. 108, second formula from above).

В этой формуле величина U_х представляет собой среднее значение U_x(t_у) за время длительности одного цикла t_у = 1/f_у, и она получается в результате интегрирования U_x(t) за это время:

(t_у)=

U_x(t)dt.In this formula, the value of U _x represents the average value of U _x (t _y ) for the duration of one cycle t _y = 1 / f _y , and it is obtained by integrating U _x (t) during this time:

(t _y ) =

U _x (t) dt.

Для одного цикла работы генератора его частота
f_у1=

(t_у)
и можно записать
f_у1·t_у=

(t_у)t_у= 1 или

.For one cycle of the generator, its frequency
f _y1 =

(t _y )
and you can write
f _y1 · t _y =

(t _y ) t _y = 1 or

.

Поэтому путем подсчета числа импульсов f_у за t_к и t_н можно получать значения η_н и η_к , соответствующие интегралам U_x(t) за эти интервалы времени:
η_к= t_кf_у=

U_x(t)dt и
η_н= t_н·f_у=

U_x(t)dt.Therefore, by counting the number of pulses f _y for t _k and t _n, we can obtain the values η _n and η _k corresponding to the integrals U _x (t) for these time intervals:
η _k = t _to f _y =

U _x (t) dt and
η _n = t _n · f _y =

U _x (t) dt.

Упомянутая схема обладает важным свойством, состоящим в простоте синхронизации ее работы по внешним сигналам, которые при подаче на вход ключа разряжают конденсатор, поддерживают его в этом состоянии, а при их снятии работа генератора начинается с исходного состояния. Это свойство использовано в генераторе 9, у которого первый вход предназначен для сигналов синхронизации, а второй и третий - для U_x(t) и U_о. Формирование η_н и η_к выполняется с помощью счетчика 14, которые затем переписываются в регистр 17.The mentioned circuit has an important property, which consists in the simplicity of synchronizing its operation by external signals, which, when a key is input to the input, discharge the capacitor, maintain it in this state, and when they are removed, the generator starts from the initial state. This property was used in generator 9, in which the first input is for synchronization signals, and the second and third for U _x (t) and U _о . The formation of η _n and η _k is performed using the counter 14, which are then copied to the register 17.

В связи с тем, что заранее неизвестно, в каком из t_i тактов появится импульс 40 окончания очередного Т_о, формирование η_квыполняется в каждом t_i такте, начиная с импульсов 48. Эти импульсы проходят через элемент И 33, работа которого разрешена сигналом с выхода "0" триггера 23, и элемент ИЛИ 38 (импульсы 55) на вход синхронизации генератора 9 и запускают одновибратор 25, выходной импульс которого устанавливает "0" в счетчике 14, где начинается подсчет импульсов f_у.Due to the fact that it is not known in advance in which of the t _i cycles a pulse 40 of the end of the next T _o will appear, the formation of η _k is performed at each t _i cycle, starting from pulses 48. These pulses pass through the And 33 element, the operation of which is allowed by the signal from the output "0" of the trigger 23, and the OR element 38 (pulses 55) to the synchronization input of the generator 9 and start the one-shot 25, the output pulse of which sets "0" in the counter 14, where the pulse counting f _y begins.

Если в течение t_i импульса 40 не было, то в следующем такте t_i+1вновь начинается подсчет импульсов f_у. В последнем такте t_п через время t_к импульс 40 проходит через элемент ИЛИ 39, и по его импульсу 52 записывается полученный в счетчике 14 за это время код η_к в регистр 17. При этом импульс 40 предварительно установил через элемент ИЛИ 38 в исходное состояние генератор 9, а затем он с помощью одновибратора 25 установит в "0" счетчик 14.If there was no pulse 40 during t _i , then in the next step t _{i + 1} , the counting of pulses f _y starts again. In the last cycle t _p, after time t _k, pulse 40 passes through the OR element 39, and its pulse 52 records the code η _k received in the counter 14 during this time into register 17. In this case, the pulse 40 is pre-set via the OR element 38 to the initial state generator 9, and then he will use a single vibrator 25 to set the counter 14 to "0".

Начиная с этого момента до появления импульса 48, в нем формируется код η_н по импульсам f_у генератора 9, который выключается из работы с окончанием t_п по сигналу 55, образованному сигналом 53 одновибратора 24. Последний запускается импульсом 50, прошедшим через элемент И 32, работа которого разрешена сигналом 47 с выхода "1" триггера 23, а он был установлен в это состояние сигналом 40.From this moment until pulse 48 appears, it generates a code η _n for the pulses f of _the generator 9, which is turned off from work with the end of t _p by the signal 55 formed by the signal 53 of the one-shot 24. The latter is triggered by the pulse 50 passing through the And 32 element whose operation is permitted by signal 47 from the output "1" of trigger 23, and it was set to this state by signal 40.

В результате с окончанием времени t_п в регистре 17 записан код η_к и в счетчике 14 получен код η_н. Первый из них используется для получения окончательного результата преобразования в выполненном текущем цикле Т_оработы АЦП, а второй - для начала формирования результата преобразования в последующем цикле его работы.As a result, with the end of time t _p , the code η _{k is} recorded in the register 17 and the code η _{n is} received in the counter 14. The first of them is used to obtain the final result of the conversion in the current cycle T _{about the} operation of the ADC, and the second is used to start generating the result of the conversion in the subsequent cycle of its operation.

В общем случае для каждого цикла Т_о работы АЦП результат преобразования N_р формируется при суммировании следующих кодов: η_нр- кода, полученного за время t_н в начале Т_о, N_к - суммарного кода, полученного в течение времени Т_к за к тактов t_i, и eta<N>_кр - кода, полученного за время t_к в конце Т_о.In the general case, for each cycle T _{about the} operation of the ADC, the conversion result N _p is formed by summing the following codes: η _nr is the code received during time t _n at the beginning of T _o , N _k is the total code received during time T _k per clock cycles t _i , and eta <N> _cr - code received during time t _to at the end of T _about .

Для каждого цикла работы АЦП справедливо равенство T_o = t_н + T_к + t_к, формируемым кодам соответствуют величины
η_нр=

U_x(t)dt;
N_к=

U_x(t)dt и
η_кр=

U_x(t)dt.For each ADC operation cycle, the equality T _o = t _n + T _k + t _k is valid, the generated codes correspond to
η _nr =

U _x (t) dt;
N _to =

U _x (t) dt and
η _cr =

U _x (t) dt.

В этих кодах нецелесообразно иметь одинаковые величины квантов по напряжению, которые соответствуют единицам их младших разрядов, и они выбираются, исходя из необходимости получения требуемой точности при их формировании. Поэтому суммирование этих кодов выполняется с различными весовыми коэффициентами. Если для N_к этот коэффициент принять равным единице, то для кодов η_нр и η_кр он может быть выбран равным К_в, т. е. запись этих кодов может выполняться в средние разряды счетчика 13, где формируется результат преобразования. В этом случае должно выполняться равенство коэффициентов при интегралах в выражениях для N_к и η_нр, η_кр, откуда получается зависимость К_в = t/К_у.In these codes, it is impractical to have the same magnitudes of the quanta in voltage, which correspond to the units of their least significant bits, and they are selected based on the need to obtain the required accuracy in their formation. Therefore, the summation of these codes is performed with different weights. If for N _к this coefficient is taken to be equal to one, then for codes η _нр and η _кр it can be chosen equal to K _in , i.e., these codes can be recorded in the middle bits of counter 13, where the conversion result is generated. In this case, the equality of the coefficients for the integrals in the expressions for N _k and η _nr , η _kr should be fulfilled, whence the dependence К _в = t / К _{у is} obtained.

С учетом величин К_в, f=

и Т_о суммарный код
N_р= K_вη_нр+N_k+K_вη_кр=

U_x(t)dt+

U_x(t)dt+
+

U_x(t)dt=

U_x(t)dt=
=

·

U_x(t)dt=

, где

(Т_о) - среднее значение преобразуемого напряжения за Т_о, равное

;
Δ - квант АЦП, равный U_o/N_o.Given the values of K _in , f =

and T _o summary code
N _p = K _in η _nr + N _k + K _in η _cr =

U _x (t) dt +

U _x (t) dt +
+

U _x (t) dt =

U _x (t) dt =
=

·

U _x (t) dt =

where

(T _about ) - the average value of the converted voltage for T _about equal

;
Δ is the quantum of the ADC equal to U _o / N _o .

Величина N_р представляет собой результат преобразования среднего значения U_x(t) за время измерения Т_о.The value of N _p represents the result of converting the average value of U _x (t) during the measurement time T _about .

Суммирование кодов η_нр и η_кр в счетчике 13 выполняется по окончании последних тактов t_п работы АЦП. В эти интервалы времени, как было описано ранее, действует сигнал 53, который выключает из работы генератор 9 и подключает в коммутаторе 19 на его выходы сигналы с вторых входов, соединенных с выходами разрядов регистра 17.The summation of the codes η _nr and η _cr in the counter 13 is performed at the end of the last clock cycles t _p of the ADC. At these time intervals, as described previously, the signal 53 acts, which turns off the generator 9 and connects in the switch 19 to its outputs the signals from the second inputs connected to the outputs of the bits of the register 17.

С окончанием t_п импульс 51 запускает распределитель 18 импульсов, и в течение времени 54 будет выполнено, как и ранее для кодов n_pi, поразрядное суммирование кода η_кp с кодом счетчика 13, полученным за предыдущее время в Т_о выполненного цикла работы АЦП, т. е. будет сформирован код N_р. После этого импульс 49 с последнего выхода распределителя 18 проходит через элемент И 34, работа которого разрешена сигналами 47 и 53, образует импульс 56. Этим импульсом код Х_р старших разрядов счетчика 13 записывается в регистр 16 и запускается формирователь 27, импульс которого устанавливает в "0" счетчик 13 и запускает через элемент ИЛИ 37 распределитель 18 импульсов. Импульс 56, кроме того, устанавливает в "0" триггер 23 и, пройдя через элемент ИЛИ 39, записывает импульсом 52 код η _нр из счетчика 14 в регистр 17. Благодаря повторной работе распределителя 18 этот код η _нрбудет записан в счетчик 13 и с него начинается суммирование кодов в текущем цикле Т_о работы АЦП, который заканчивается суммированием кода η _кр и получением кодов N_р и Х_р. Последний с выходов разрядов регистра 16 передается по шине 3, а о его готовности информирует снятие сигнала 47, который передается по шине 4.With the end of t _{p, the} pulse 51 starts the pulse distributor 18, and during the time 54, as before for the codes n _pi , bitwise summation of the code η _kp with the counter code 13 obtained for the previous time in T _{about the} completed ADC operation cycle, t i.e., the code N _p will be generated. After that, the pulse 49 from the last output of the distributor 18 passes through the element And 34, the operation of which is allowed by the signals 47 and 53, forms a pulse 56. With this pulse, the code X _{p of the} upper digits of the counter 13 is recorded in the register 16 and the shaper 27 is started, the pulse of which sets to " 0 "counter 13 and starts through the element OR 37 pulse distributor 18. Pulse 56, in addition, sets the trigger 23 to "0" and, passing through the OR element 39, writes the code η _нр from counter 14 to register 17 with pulse 52. Due to the repeated operation of the distributor 18, this code η _нр will be written to counter 13 and it begins the summation of the codes in the current cycle T _{about the} operation of the ADC, which ends with the summation of the code η _cr and obtaining codes N _p and X _p . The latter from the outputs of the bits of the register 16 is transmitted via bus 3, and its readiness is informed by the removal of signal 47, which is transmitted via bus 4.

Таким образом, в предлагаемом АЦП, как и в прототипе, результат преобразования получается с окончанием каждого цикла его работы, т. е. в нем выполняются соприкасающиеся во времени циклы измерения входного напряжения, что достигнуто благодаря учету при формировании результата преобразования за Т_о интегралов от U_x(t) за временные интервалы t_н и t_к.Thus, in the proposed ADC, as in the prototype, the conversion result is obtained at the end of each cycle of its operation, that is, it runs in time contacting cycles of measuring the input voltage, which is achieved by taking into account _the integrals U _x (t) for time intervals t _n and t _to .

В отличие от прототипа, в котором это учитывается путем получения поправок n_н и n_к, формируемых на основе использования результатов измерения средних значений U_x(t) в течение t_п, что вызывает дополнительные погрешности результата преобразования при изменении U_x(t), в предлагаемом АЦП вводятся поправки η _н и η _к, которые соответствуют непосредственно интегралам от U_x(t) за временные интервалы t_н и t_к, что исключает погрешности прототипа и допускает изменение U_x(t) в течение t_п. Это позволяет изменять на входе АЦП преобразуемое напряжение в каждом цикле его работы и использовать его при работе с входным коммутатором.In contrast to the prototype, in which this is taken into account by obtaining corrections n _n and n _k , formed on the basis of using the results of measuring the average values of U _x (t) for t _p , which causes additional errors in the result of the conversion when changing U _x (t), corrections η _n and η _k are introduced in the proposed ADC, which correspond directly to the integrals of U _x (t) over time intervals t _n and t _k , which eliminates the prototype errors and allows a change in U _x (t) over t _p . This allows you to change the converted voltage at the input of the ADC in each cycle of its operation and use it when working with the input switch.

Для прототипа в этом режиме работы АЦП наибольшие дополнительные погрешности возникают при максимальной разности переключаемых напряжений, например, при преобразовании наибольшего входного напряжения в текущем цикле работы и при нулевых уровнях напряжений в предыдущем и последующем циклах, а также при начале и окончании Т_о соответственно в течение t_с и t_в, когда в результат преобразования входят величины n_н, n_ки n_рп, соответствующие средним значениям U_x(t) за временные интервалы t_c, t_в и t_п. Поэтому эти величины имеют погрешности, которые могут достигать 50% от действующих значений U_x(t) при их изменении в середине этих временных интервалов, и они не соответствуют напряжению U_x(t), преобразуемому в текущем цикле работы АЦП.For the prototype in this mode of operation of the ADC, the largest additional errors occur at the maximum difference of the switched voltages, for example, when converting the largest input voltage in the current cycle of operation and at zero voltage levels in the previous and subsequent cycles, as well as at the beginning and end of T _o, respectively, during t _c and t _c , when the conversion results include the values n _n , n _k and n _rp corresponding to the average values of U _x (t) for time intervals t _c , t _c and t _p . Therefore, these values have errors that can reach 50% of the actual values of U _x (t) when they change in the middle of these time intervals, and they do not correspond to the voltage U _x (t), which is converted in the current ADC operation cycle.

Влияние этих погрешностей на окончательный результат преобразования зависит от состояния параметров, принятых в АЦП, и в том числе от принятого распределения погрешностей между формируемыми величинами N_к и n_н, n_к. В предлагаемом АЦП эти погрешности отсутствуют, а погрешности в η _н и η_к не превышают единицы младшего разряда этих кодов.The influence of these errors on the final result of the conversion depends on the state of the parameters adopted in the ADC, including the accepted distribution of errors between the generated values N _k and n _n , n _k . In the proposed ADC, these errors are absent, and the errors in η _n and η _k do not exceed the units of the least significant bit of these codes.

Получение величин n_pi, η _нр и η _кр связано с квантованием временных интервалов, которое приводит к возникновению погрешностей, суммируемых при получении N_р. Поэтому временной квант работы АЦП, определяемый частотой f, и другие параметры АЦП должны выбираться из условия, чтобы суммарная погрешность в N_р не превышала одного кванта Δ р результата преобразования. Поэтому Δ р должен быть больше кванта Δ , приведенного в выражении для N_р, и в связи с этим в качестве результата преобразования Х_р используются старшие разряды кода N_р.Obtaining the values of n _pi , η _нр and η _кр is associated with the quantization of time intervals, which leads to the appearance of errors summed when obtaining N _p . Therefore, the time quantum of the ADC operation, determined by the frequency f, and other parameters of the ADC should be selected so that the total error in N _p does not exceed one quantum Δ p of the conversion result. Therefore, Δ p must be greater quantum Δ, in the above expression for N _p, and therefore as a result of converting X _p most significant bits are used N _p code.

Если в АЦП сохранить, как и в прототипе, следующие соотношения параметров: U_o = 2U_m (U_m - максимальная величина входного преобразуемого напряжения U_х) и T_o = N_m/f_m (f_m - максимальная частота работы ПНЧ), то при преобразовании U_x = U_m имеют U_c = 3U_m; U_в = U_m и при t_c = 1/f_mвеличины t_в = 3/f_m; t_p = 2/f_m и t_i = 4/f_m, а при U_x = 0 t_p= 0; t_c = t_в= 3/2f_m и t_i = 3/f_m.If the following ratios of parameters are stored in the ADC, as in the prototype, U _o = 2U _m (U _m is the maximum value of the input converted voltage U _x ) and T _o = N _m / f _m (f _m is the maximum frequency of the VFF operation), then when converting U _x = U _m have U _c = 3U _m ; U _in = U _m and at t _c = 1 / f _{m the} values of t _in = 3 / f _m ; t _p = 2 / f _m and t _i = 4 / f _m , and at U _x = 0 t _p = 0; t _c = t _in = 3 / 2f _m and t _i = 3 / f _m .

При различных уровнях U_х за один цикл Т_о выполняется различное число K = T_o/t_i тактов суммирования n_pi, которое изменяется от 1/3N_mдо 1/4N_m соответственно для U_x = 0 и U_x = U_m.At different levels of U _x for one cycle T _about , a different number K = T _o / t _{i of} accumulation clocks n _pi is performed, which varies from 1 / 3N _m to 1 / 4N _m, respectively, for U _x = 0 and U _x = U _m .

В результат N_p входит суммарная погрешность от выполнения этих К тактов при получении N_к, а также погрешности от двух поправок η _нр и η _кр.The result of N _p includes the total error of the K perform these cycles _to the preparation of N, and the error correction of two _nr η and η _kr.

В прототипе при анализе погрешностей использованы их временные эквиваленты: общая погрешность δ _m/f_m, которая распределяется между N_к и n_н, n_к как δ_к/f_m и δ _n/f_m (δ _m = δ _к + δ _п; δ _m < 1 и n_m = 1/δ _m > 1).In the prototype, in the analysis of errors, their time equivalents were used: the total error δ _m / f _m , which is distributed between N _k and n _n , n _k as δ _k / f _m and δ _n / f _m (δ _m = δ _k + δ _p ; δ _m <1 and n _m = 1 / δ _m > 1).

По величине δ _к можно установить соотношение между f и f_m, исходя из условия, что наибольшая погрешность при выполнении t_i равна 2/f и при получении N_к выполнено K= 1/3˙ N_m суммирований n_pi = 2к/f ≅ δ _к/f_m, откуда
f=

f_m
По величине δ _п при одинаковом ее распределении между η_н и η_кможно установить соотношение между частотой f_m и f_уm - максимальной частотой работы управляемого напряжением генератора при преобразовании U_m, исходя из наибольшей погрешности, равной
1/f

, откуда
f

f_m и
K_в=

·

(K_у= 2f_уm).By the value of δ _k, one can establish the relationship between f and f _m , based on the condition that the greatest error when t _i is equal to 2 / f and when N _k is obtained, K = 1 / 3˙ N _m sums n _pi = 2к / f ≅ δ _to / f _m , whence
f =

f _m
The value of δ _p with the same distribution between η _n and η _k can establish the relationship between the frequency f _m and f _ym - the maximum frequency of the voltage-controlled generator during conversion U _m , based on the largest error equal to
1 / f

from where
f

f _m and
K _in =

·

(K _y = 2f _ym ).

С учетом f и δ _m/f_m наибольшая погрешность в N_р равна
δ_р=

·f=

·

·N_m/n_m и определяет Δ _р и вес младшего разряда Х_р в счетчике 13.Given f and δ _m / f _{m, the} largest error in N _p is
δ _p =

F =

·

· N _m / n _m and determines Δ _p and the weight of the least significant bit X _p in the counter 13.

Емкости регистров и счетчиков для выполнения этих соотношений должны быть не менее для регистра 16 N_m n_m, счетчиков 11 и 13

_·

, счетчика 15

_·

, счетчика 12 N_m/ δ _к, счетчика 14 и регистра 17 8/δ _п, при этом для последних вес их младших разрядов при суммировании η_н и η_к в счетчике 13 должен быть равен

.The capacities of the registers and counters for fulfilling these relations should be at least for the register 16 N _m n _m , counters 11 and 13

_·

counter 15

_·

, the counter 12 N _m / δ _k , the counter 14 and the register 17 8 / δ _p , while for the latter the weight of their least significant digits when summing η _n and η _k in the counter 13 should be equal

.

Реализация предлагаемого АЦП с этими параметрами не вызывает каких-либо трудностей. Так, например, при сохранении количественных соотношений, приведенных в примере прототипа N_m = 10³, n_m = 8, Т_о = 20 мс, f_m = 50 кГц, f = 220 мГц, δ _m = 0,25, δ _к = 0,15 и δ _п = 0,1.The implementation of the proposed ADC with these parameters does not cause any difficulties. So, for example, while maintaining the quantitative ratios given in the example of the prototype N _m = 10 ³ , n _m = 8, T _o = 20 ms, f _m = 50 kHz, f = 220 MHz, δ _m = 0.25, δ _k = 0.15 and δ _p = 0.1.

В введенном управляемом напряжением генераторе максимальная частота работы должна быть f_уm = 20 f_m = 1 мГц, а погрешность не более δ _п/8 = 1,25% . Поэтому он может быть выполнен на основе упомянутой выше простой схемы управляемого мультивибратора.In the introduced voltage controlled oscillator, the maximum operating frequency should be f _уm = 20 f _m = 1 MHz, and the error should be no more than δ _p / 8 = 1.25%. Therefore, it can be made on the basis of the above-mentioned simple scheme of a controlled multivibrator.

Необходимо отметить, что предлагаемое техническое решение позволяет осуществить дальнейшее повышение точности АЦП путем перераспределения величин N_m и n_m, δ _к и δ _п. Это позволит снизить частоту работы ПНЧ и повысить его точность, но при этом в качестве управляемого напряжением генератора целесообразно использовать схему, которая обладает более высокой точностью по сравнению с управляемым мультивибратором. Все это показывает, что предложено техническое решение, которое решает поставленную перед ним задачу по устранению недостатка прототипа и по сравнению с ним достигнуто повышение точности работы АЦП.It should be noted that the proposed technical solution allows to further improve the accuracy of the ADC by redistributing the values of N _m and n _m , δ _to and δ _p . This will reduce the frequency of the VFD and increase its accuracy, but at the same time it is advisable to use a circuit that is more accurate than a controlled multivibrator as a voltage-controlled generator. All this shows that a technical solution has been proposed that solves the task set for him to eliminate the lack of a prototype and, in comparison with it, an increase in the accuracy of the ADC is achieved.

Claims

ANALOG-DIGITAL CONVERTER containing a voltage to pulse frequency converter, the input of which is connected to the output of the switch, the first and second inputs of which are connected respectively to the outputs of the analog adder and subtractor, the first and second inputs of which are paired and respectively are input buses of the converted and reference voltages, the output of the voltage to pulse frequency converter is connected to the first input of the synchronizer and to the counting input of the first trigger, the "1" output of which is connected to the input m control switch and the first input of the first element And, "0" output - with the first input of the second element And, the outputs of the first and second elements And are connected respectively to the "1" and "0" inputs of the second trigger, and their second inputs to the output of the synchronizer , the second input of which is connected to the output of the pulse generator and combined with the first inputs of the third and fourth elements And and with the counting input of the first counter, the overflow output of which is connected to the "1" input of the third trigger, the "1" and "0" outputs of which are connected to the first inputs corresponding Actually, the fifth and sixth AND elements, the second inputs of which are combined, and the output of the first is connected to the input of the first one-shot, the output of which is connected to the first input of the seventh AND element, "1" and "0", the outputs of the second trigger are connected respectively to the first input of the first OR element and the subtraction control input of the second counter, the counting input of which is connected to the output of the third AND element, and the bit outputs are connected to the remaining inputs of the first OR element, the output of which is connected to the second input of the third AND element, and through the logic cue inverter - with the second input of the fourth element And, the first register, the bit outputs of which are the output bus of the conversion result, the bit inputs are connected to the high bit outputs of the third counter, the code recording input via the pulse shaper - with the setting input “0” of the third counter and the first input of the second OR element, the inputs of the least significant bits of the third counter are connected to the outputs of the eighth AND elements, the first inputs of which are connected to the first outputs of the pulse distributor, the input of which is connected to the output of volts of an OR element, a second register, the inputs of the bits of which are connected to the outputs of the corresponding bits of the fourth counter, a second one-shot and third OR element, characterized in that, in order to increase accuracy, a voltage-controlled pulse generator, a fifth counter, a code switch and a fourth are introduced into it OR element, the output of which is connected to the input of the second register code entry, the first input is combined with the first input of the third OR element and with the "1" input of the third trigger, the second input with the "0" input of the last, with the input form pulse generator and connected to the output of the seventh AND element, the second input of which is connected to the "1" output of the third trigger and is the output bus of the readiness of the conversion result, the third input is to the second output of the pulse distributor and the installation input "0" of the fifth counter, the counting input of which is connected with the output of the fourth element And, and the outputs of the bits with the first inputs of the code switch, the second inputs of which are connected to the outputs of the bits of the second register, the outputs - to the second inputs of the corresponding eighth elements of And, and the input - to the output of the first one-shot and combined with the second input of the third OR element, the third input of which is connected to the output of the sixth AND element, the second input of which is connected to the output of the first AND element and combined with the second input of the second OR element, the output of the third OR element is connected through the second one-shot to the input of the installation "0" of the fourth counter and is combined with the first input of the voltage-controlled pulse generator, the output of which is connected to the counting input of the fourth counter, and the second and third inputs to the first and second subtractor inputs.