RU2015618C1 - Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code - Google Patents

Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code Download PDF

Info

Publication number
RU2015618C1
RU2015618C1 SU4632886A RU2015618C1 RU 2015618 C1 RU2015618 C1 RU 2015618C1 SU 4632886 A SU4632886 A SU 4632886A RU 2015618 C1 RU2015618 C1 RU 2015618C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
input
output
phase
time
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Никонов
А.С. Морозов
Original Assignee
Омский политехнический институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Омский политехнический институт filed Critical Омский политехнический институт
Priority to SU4632886 priority Critical patent/RU2015618C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2015618C1 publication Critical patent/RU2015618C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: method of pulse-time conversion of a d. c. voltage into code involves the steps of: forming a main signal initial value proportional to an input one, at a first step, diminishing it up to zero at a second step, filling the time period of the second step with reference-frequency pulses and forming a code by counting them. The method is characterized in that at the first step two signals of one the same frequency and phase are formed one of which is a reference signal and the other is one to be adjusted, varying the phase of the latter by acting on it by an input voltage and forming the main signal initial value from the phase difference between the reference and adjusted signals, at the second step the adjusted signal is affected to the action of main one till reaching phase difference equal zero. The device for effecting method has a voltage-to-time interval converter, comparison unit, time interval meter, control unit. The device is characterized by the use of auxiliary switch, adder, adjustable generator, phase detector, low-pass filter, d. c. amplifier connected in series. EFFECT: enhanced speed with accuracy maintained. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении напряжения в системах контроля электрических параметров электронных схем. The invention relates to measuring equipment and can be used when measuring voltage in systems for monitoring the electrical parameters of electronic circuits.

Известны способы времяимпульсного АЦП, заключающиеся в том, что измеряемое напряжение сравнивается с напряжением, линейно изменяющимся от нуля до значения Um. Временной интервал формируется с начала цикла до момента совпадения входного и линейно изменяющегося напряжений.Known methods of time-pulse ADC, which consists in the fact that the measured voltage is compared with a voltage that varies linearly from zero to a value of U m . The time interval is formed from the beginning of the cycle to the moment of coincidence of the input and linearly varying voltages.

Устройство для осуществления данного способа содержит устройство сравнения, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом генератора линейно изменяющегося от нуля до Umнапряжения, селектор, первый вход которого соединен с выходом устройства сравнения, а второй - с выходом генератора опорной частоты и счетчика, вход которого соединен с выходом селектора. Время измерения в данном случае постоянно и равно времени возрастания линейно изменяющегося напряжения от нуля до Um плюс время восстановления исходного состояния на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения. Этот интервал времени целиком используется для заполнения импульсами опорной частоты только при измерении максимального входного напряжения. При измерении малых напряжений та часть времени измерения, которая заполняется импульсами опорной частоты, значительно сокращается. Это приводит к неэффективности использования устройств, реализующих указанный способ, при измерении напряжений в широком динамическом диапазоне.A device for implementing this method comprises a comparison device, the first input of which is the input of the device, and the second input is connected to the output of a voltage linearly varying from zero to U m , a selector, the first input of which is connected to the output of the comparison device, and the second to the output of the reference generator frequency and counter, the input of which is connected to the output of the selector. The measurement time in this case is constant and equal to the time of the ramp voltage increase from zero to U m plus the recovery time of the initial state at the output of the ramp generator. This time interval is entirely used to fill the reference frequency pulses only when measuring the maximum input voltage. When measuring low voltages, that part of the measurement time, which is filled with pulses of the reference frequency, is significantly reduced. This leads to inefficiency in the use of devices that implement this method when measuring voltages in a wide dynamic range.

Известен способ времяимпульсного АЦП, заключающийся в том, что входной сигнал сравнивается с двумя парафазными пилообразными напряжениями. A known method of time-pulse ADC, which consists in the fact that the input signal is compared with two paraphase sawtooth voltages.

Устройство для осуществления данного способа содержит генератор парафазного пилообразного напряжения с двумя выходами, первый из которых соединен с первым входом первого устройства сравнения, а второй - с первым входом второго устройства сравнения, причем вторые входы устройства сравнения объединены и являются входом устройства, выходы устройства сравнения соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с входом счетчика. A device for implementing this method comprises a paraphase sawtooth voltage generator with two outputs, the first of which is connected to the first input of the first comparison device, and the second to the first input of the second comparison device, the second inputs of the comparison device being combined and being the input of the device, the outputs of the comparing device with the inputs of the EXCLUSIVE OR element, the output of the EXCLUSIVE OR element is connected to the first input of the AND element, the second input of which is connected to the output of the pulse generator, and you move - with the input of the counter.

К недостаткам указанных способов и устройств, их реализующих, можно отнести низкую точность из-за влияния нелинейности и крутизны линейно изменяющегося напряжения и низкую помехоустойчивость к сетевой помехе. The disadvantages of these methods and devices that implement them can be attributed to low accuracy due to the influence of non-linearity and steepness of the ramp voltage and low noise immunity to network noise.

Учитывая недостатки, приведенные способы времяимпульсного АЦП при построении вольтметров используются мало. Given the shortcomings, the above methods of time-pulse ADC in the construction of voltmeters are used little.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ времяимпульсного АЦП, согласно которому в первом цикле измеряемое напряжение интегрируется в течение постоянного интервала времени, а во втором цикле напряжение сбрасывается с помощью опорного напряжения. The closest in technical essence and the achieved effect to the invention is a time-pulse ADC method, according to which in the first cycle the measured voltage is integrated over a constant time interval, and in the second cycle the voltage is reset using the reference voltage.

Известно устройство времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, выбранное в качестве прототипа, содержащее преобразователь напряжения во временной интервал, выполненный на интеграторе, устройство сравнения, измеритель временных интервалов и блок управления. A device for time-pulse conversion of DC voltage to a code selected as a prototype, comprising a voltage converter in a time interval made on an integrator, a comparison device, a time interval meter and a control unit.

Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что большую часть времени измерения составляет время подготовительных операций. Время измерения складывается из времени интегрирования входного напряжения и времени интегрирования опорного, противоположного по знаку входному напряжения. Измерение происходит только во втором такте. A disadvantage of the known method and device is that most of the measurement time is the time of preparatory operations. The measurement time is the sum of the integration time of the input voltage and the integration time of the reference input voltage, which is opposite in sign. Measurement takes place only in the second measure.

В первом такте в течение времени Ти производится интегрирование входного напряжения Ux, в результате напряжение на выходе интегратора равно
U1=

Figure 00000001
Figure 00000002
Uxdt =
Figure 00000003
· t, где RC - постоянная времени интегратора;
t - независимая переменная величина (время).In the first cycle, during the time T , the input voltage U x is integrated, as a result, the voltage at the output of the integrator is
U 1 =
Figure 00000001
Figure 00000002
U x dt =
Figure 00000003
· T, where RC is the integrator time constant;
t is an independent variable (time).

В конце интервала интегрирования напряжение на выходе интегратора U1 = UxTи/RC.At the end of the integration interval, the voltage at the output of the integrator U 1 = U x T and / RC.

В течение второго такта интегрируется опорное напряжение Uоп, имеющее противоположную полярность по отношению к Ux. Интегрирование опорного напряжения продолжается до тех пор, пока выходное напряжение интегратора снова не станет равным нулю. Поэтому в течение времени второго такта напряжение на выходе интегратора
U2(t) =

Figure 00000004
·Tи-
Figure 00000005
Figure 00000006
Uопdt =
Figure 00000007
· Tи-
Figure 00000008
· t, а в конце этого периода
U2(t) =
Figure 00000009
· Tи-
Figure 00000010
· Tx, откуда Тх = Ux˙Ти/Uоп.During the second cycle, the reference voltage U op having the opposite polarity with respect to U x is integrated. The integration of the reference voltage continues until the output voltage of the integrator again becomes equal to zero. Therefore, during the time of the second cycle, the voltage at the output of the integrator
U 2 (t) =
Figure 00000004
T and -
Figure 00000005
Figure 00000006
U op dt =
Figure 00000007
T and -
Figure 00000008
T, and at the end of this period
U 2 (t) =
Figure 00000009
T and -
Figure 00000010
· T x , whence T x = U x ˙Т and / U op .

Далее, полученный интервал заполняется импульсами опорной частоты, которые подсчитываются при помощи счетчика. Further, the obtained interval is filled with reference frequency pulses, which are counted using a counter.

Таким образом, работа устройства-прототипа, реализующего способ-прототип, делится на два этапа: преобразование входного напряжения в начальную амплитуду убывающего напряжения U2(t) (происходит интегрирование входного напряжения) и измерение времени существования сигнала U2(t) при измерении его от начального значения U1и) = Ux˙Ти/RC до нуля.Thus, the operation of the prototype device that implements the prototype method is divided into two stages: converting the input voltage to the initial amplitude of the decreasing voltage U 2 (t) (the input voltage is being integrated) and measuring the signal lifetime U 2 (t) when measuring it from the initial value U 1и ) = U x ˙Т and / RC to zero.

Интервал времени измеряется путем заполнения его импульсами опорной частоты. Интервал существования напряжения U2(t) (на выходе интегратора) тем больше, чем больше напряжение U1и), полученное в первом такте.The time interval is measured by filling it with pulses of the reference frequency. The interval of existence of voltage U 2 (t) (at the output of the integrator) is the larger, the greater the voltage U 1 (T and ) obtained in the first cycle.

Данный способ получил широкое применение при создании вольтметров благодаря значительному повышению точности по сравнению с методами, приведенными выше, исключению влияния постоянной времени интегратора и высокой помехоустойчивости к сетевой помехе. This method has been widely used to create voltmeters due to a significant increase in accuracy compared to the methods described above, eliminating the influence of the integrator time constant and high noise immunity to network noise.

Время измерения складывается из времени преобразования входного напряжения Ux в начальную амплитуду U1и) изменяющегося сигнала U2(t) - Ти и времени существования (уменьшения от U1н) до нуля) этого сигнала - Тх:
Тизм = Ти + Тх.
The measuring time consists of the time of converting an input voltage U x to the initial amplitude U 1 (T i) varying the signal U 2 (t) - T u and the lifetime (decrease from U 1 (T n) to zero) the signal - T x:
T ISM = T and + T x .

При условии Ux makc = Uоп время измерения максимального входного напряжения Ux makc равно
Тизм = 2 ˙ Тх.
Under the condition U x makc = U op , the measurement time of the maximum input voltage U x makc is
T ISM = 2 ˙ T x .

Информацию об амплитуде входного сигнала содержит только интервал времени Тх, а в течение интервала времени Ти происходят подготовительные операции. В то же время Тн соизмерим с Тх (они даже могут быть равны). Это является недостатком указанных способа и устройства.Information about the amplitude of the input signal comprises only the time interval T x, and during the time interval T and preparatory operations occur. At the same time, T n is commensurate with T x (they can even be equal). This is a disadvantage of the specified method and device.

Цель изобретения - сокращение времени аналого-цифрового преобразования за счет сокращения времени подготовительных операций. The purpose of the invention is to reduce the time of analog-to-digital conversion by reducing the time of preparatory operations.

Цель достигается тем, что формируют сигнал образцовой частоты, воздействуя входным сигналом Ux, изменяют фазу образцового сигнала, формируют напряжение Uф, пропорциональное разности фаз между образцовыми Uо и полученным Uп в результате воздействия входного напряжения Uхсигналами. Амплитуда напряжения Uф является начальной амплитудой изменяющегося сигнала от Uф до нуля. Полярность напряжения Uфпротивоположна полярности входного напряжения Uх. Сигналом Uф, пропорциональным разности фаз, воздействуют на сигнал Uп, уменьшая возникающую разность фаз. При уменьшении разности фаз между сигналами Uoи Uп уменьшается напряжение Uф. В результате сигнал Uф уменьшается от начального значения до нуля. Интервал времени существования сигнала Uфзаполняют импульсами опорной частоты. Время существования сигнала Uф(t) пропорционально начальной амплитуде сигнала, которая, в свою очередь, пропорциональна входному напряжению. Таким образом, цель достигается тем, что начальную амплитуду Uф изменяющегося сигнала определяют по разности фаз между образцовыми и подстраиваемым сигналами, при этом частота подстраиваемого сигнала определяется уровнем входного сигнала.The goal is achieved in that they generate a signal of the reference frequency, acting on the input signal U x , change the phase of the reference signal, form a voltage U f proportional to the phase difference between the reference U о and the received U p as a result of the input voltage U x signals. The voltage amplitude U f is the initial amplitude of the changing signal from U f to zero. The polarity of the voltage U f is the opposite of the polarity of the input voltage U x . The signal U f proportional to the phase difference acts on the signal U p , reducing the resulting phase difference. When the phase difference between the signals U o and U p decreases, the voltage U f decreases. As a result, the signal U f decreases from the initial value to zero. The time interval of the existence of the signal U f fill pulses of the reference frequency. The lifetime of the signal U f (t) is proportional to the initial amplitude of the signal, which, in turn, is proportional to the input voltage. Thus, the goal is achieved in that the initial amplitude U f of the changing signal is determined by the phase difference between the sample and adjustable signals, while the frequency of the adjustable signal is determined by the level of the input signal.

Цель достигается также тем, что в устройстве, содержащем преобразователь напряжения во временной интервал, блок сравнения, измеритель временных интервалов и блок управления, преобразователь напряжения во временной интервал выполнен на основе системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), включающей последовательно соединенные ключ, сумматор с двумя входами, подстраиваемый генератор, соединенный с первым входом фазового детектора, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, соединенный с вторым входом сумматора, а также генератор образцовой частоты, соединенный с вторым входом фазового детектора. The goal is also achieved by the fact that in a device containing a voltage converter in a time interval, a comparison unit, a time interval meter and a control unit, a voltage converter in a time interval is made on the basis of a phase locked loop (PLL), including a series-connected key, an adder with two inputs, a tunable generator connected to the first input of the phase detector, a low-pass filter, a DC amplifier connected to the second input of the adder, as well as a generator p exemplary frequency connected to the second input of the phase detector.

Измеритель временных интервалов содержит элемент И с двумя входами, первый вход которого является входом измерителя, второй вход соединен с выходом генератора опорной частоты, а выход - с входом счетчика, вход "Сброс" которого соединен с выходом блока управления. The time interval meter contains an AND element with two inputs, the first input of which is the input of the meter, the second input is connected to the output of the reference frequency generator, and the output is connected to the counter input, the "Reset" input of which is connected to the output of the control unit.

Сравнение заявляемых технических решений с прототипами позволило установить соответствие их критерию "новизна". При изучении других технических решений было определено, что система ФАПЧ широко используется в генераторах, синтезаторах частоты, калибраторах фазы и т.д. с целью стабилизации частоты и повышения точности, но во времяимпульсных АЦП с целью повышения быстродействия система ФАПЧ не использовалась. Comparison of the claimed technical solutions with prototypes made it possible to establish compliance with their criterion of "novelty." When studying other technical solutions, it was determined that the PLL system is widely used in generators, frequency synthesizers, phase calibrators, etc. in order to stabilize the frequency and improve accuracy, but during the pulse ADC in order to improve performance, the PLL system was not used.

Схема устройства, реализующего способ, приведена на фиг. 1; схема блока управления - на фиг. 2; временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства, приведены на фиг. 3. A diagram of a device implementing the method is shown in FIG. 1; control unit circuit - in FIG. 2; timing diagrams explaining the method and operation of the device are shown in FIG. 3.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Формируют два сигнала одной частоты и фазы, один из которых называют образцовым Uo(t), а другой - подстраиваемым Uп(t). Входным сигналом Uх воздействуют на подстраиваемый сигнал Uп(t) и изменяют фазу этого сигнала. В результате появляется разность фаз Δ φ между образцовым Uо(t) и подстраиваемым Uп(t) сигналами. Формируют напряжение Uф, пропорциональное разности фаз Δ φ . Напряжение Uф противоположно по знаку входному напряжению Ux. Напряжением Uф воздействуют на подстраиваемый сигнал Uп(t) и изменяют фазу данного сигнала. В результате возникшая разность фаз уменьшается. При уменьшении Δ φ уменьшается напряжение Uф. Интервал времени, в течение которого компенсируется возникшая разность фаз Δ φ заполняют импульсами опорной частоты и по их числу судят о напряжении Ux, так как Uф пропорционально разности фаз Δ φ , а разность фазΔ φ пропорциональна входному напряжению Ux. Таким образом, в первом такте формируют напряжение Uф, пропорциональное входному напряжению Ux, во втором такте интервал времени, в течение которого напряжение Uфуменьшается до нуля, заполняют импульсами опорной частоты.The proposed method is as follows. Two signals of the same frequency and phase are formed, one of which is called exemplary U o (t), and the other is tunable U p (t). The input signal U x affect the adjustable signal U p (t) and change the phase of this signal. As a result, a phase difference Δφ appears between the exemplary U о (t) and the tunable U p (t) signals. Form a voltage U f proportional to the phase difference Δ φ. The voltage U f is opposite in sign to the input voltage U x . Voltage U f affect the adjustable signal U p (t) and change the phase of this signal. As a result, the resulting phase difference decreases. When Δ φ decreases, the voltage U f decreases. The time interval during which the resulting phase difference Δφ is compensated is filled with reference frequency pulses and the voltage U x is judged by their number, since U f is proportional to the phase difference Δφ, and the phase difference Δφ is proportional to the input voltage U x . Thus, in the first cycle, a voltage U f is proportional to the input voltage U x , in the second cycle, the time interval during which the voltage U f decreases to zero is filled with reference frequency pulses.

Устройство содержит преобразователь 1 напряжения в интервал времени, на вход которого поступает измеряемое напряжение, а выход соединен с первым входом блока 2 сравнения. Второй вход блока сравнения соединен с общей шиной. Измеритель 3 временных интервалов соединен с выходом блока 2 сравнения. Блок 4 управления соединен с входами преобразователя 1 и измерителя 3. Преобразователь 1 напряжения в интервал времени выполнен на основе системы ФАПЧ, включающей последовательно соединенные ключ 5, сумматор 6 с двумя входами, подстраиваемый генератор 7, соединенный с первым входом фазового детектора 8, фильтр 9 нижних частот, усилитель 10 постоянного тока, соединенный с вторым входом сумматора 6, при этом к второму входу фазового детектора 8 подключен генератор 11 опорной частоты. Блок 4 управления подключен к управляющему входу ключа 5 и к управляющему входу счетчика 12 в измерителе 3 временных интервалов, который содержит также генератор 13 опорной частоты и схему И 14, один вход которой соединен с выходом блока 2 сравнения, а другой - с выходом генератора 13 опорной частоты. Блок 4 управления может быть выполнен в виде обострителя и содержит триггер на элементах 15 и 16 и обостритель импульсов на элементах 17 и 18. The device comprises a voltage converter 1 in a time interval, the input of which receives the measured voltage, and the output is connected to the first input of the comparison unit 2. The second input of the comparison unit is connected to a common bus. The meter 3 time intervals connected to the output of block 2 comparison. The control unit 4 is connected to the inputs of the transducer 1 and the meter 3. The voltage transducer 1 in the time interval is based on a PLL system including a key 5 connected in series, an adder 6 with two inputs, an adjustable oscillator 7 connected to the first input of the phase detector 8, filter 9 low frequencies, a DC amplifier 10 connected to the second input of the adder 6, while the reference frequency generator 11 is connected to the second input of the phase detector 8. The control unit 4 is connected to the control input of the key 5 and to the control input of the counter 12 in the time interval meter 3, which also contains a reference frequency generator 13 and an I 14 circuit, one input of which is connected to the output of the comparison unit 2 and the other to the output of the generator 13 reference frequency. The control unit 4 can be made in the form of an sharpener and contains a trigger on the elements 15 and 16 and a pulse sharpener on the elements 17 and 18.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В момент прихода от блока 4 управления сигнала Uc (по команде "пуск") на управляющий вход ключа 5 входное напряжение Ux через ключ 5 поступает на первый вход сумматора 6. Так как на второй вход сумматора 6 в начальный момент времени поступает с усилителя 10 напряжение, равное нулю, то на управляющий элемент подстраиваемого генератора 7 действует напряжение, равное входному. Благодаря воздействию напряжения Ux на управляющий элемент подстраиваемого генератора 7 происходит скачкообразное изменение фазы Δ φ сигнала генератора 7. На выходе фазового детектора 8 появляется напряжение Uф, пропорциональное возникшему скачку фазы Δ φ . Напряжение с выхода фазового детектора 8 через фильтр 9 и усилитель 10 поступает на второй вход сумматора 6. Так как длительность управляющего импульса, приходящего на ключ 5, выбирается очень малой (порядок нескольких наносекунд), то к моменту прихода сигнала на второй, вход сумматора 6, на его первом входе установлено нулевое напряжение. Таким образом, напряжение с фазового детектора 8 Uф через фильтр 9, усилитель 10 и сумматор 6 поступает на управляющий элемент подстраиваемого генератора 7 и уменьшает возникшую разность фаз Δ φ между сигналами образцового 11 и подстраиваемого 7 генераторов. Постепенно разность фаз Δ φ сводится к нулю и напряжение на выходе фазового детектора 8 Uф становится равным нулю. При появлении напряжения на выходе фазового детектора на выходе блока 2 сравнения появляются сигнал логической "1" и разрешает проход импульсов от генератора 13 опорной частоты через схему И 14 на счетчик 12. Перед началом измерения импульсом от блока 4 управления все разряды счетчика 12 обнуляются. После того как возникшая разность фаз Δ φ компенсируется и напряжение на выходе фазового детектора 8 Uф снова становится меньше Uфп, на выходе блока 2 сравнения появляется сигнал логического "0" и прекращается проход импульсов от генератора 13 опорной частоты на счетчик. Длительность импульса на выходе блока 2 сравнения пропорциональна измеряемому напряжению Ux. Чем больше входное напряжение Ux, тем больше напряжение на выходе фазового детектора, а следовательно, и время, в течение которого компенсируется возникшее на выходе фазового детектора напряжение. Изменяя параметры элементов цепи обратной связи фильтра усилителя, можно изменять и время компенсации возникшего на выходе фазового детектора напряжения.At the moment of arrival of the signal U c from the control unit 4 (by the “start” command) to the control input of the key 5, the input voltage U x through the key 5 is supplied to the first input of the adder 6. Since the second input of the adder 6 comes from the amplifier at the initial time 10, the voltage is equal to zero, then the voltage equal to the input acts on the control element of the adjustable generator 7. Due to the influence of the voltage U x on the control element of the adjustable generator 7, a phase change in the phase Δφ of the signal of the generator 7 occurs. At the output of the phase detector 8, the voltage U f is proportional to the phase jump Δφ. The voltage from the output of the phase detector 8 through the filter 9 and the amplifier 10 is supplied to the second input of the adder 6. Since the duration of the control pulse coming to the key 5 is chosen very short (on the order of several nanoseconds), then by the time the signal arrives at the second, the input of the adder 6 , its first input is set to zero voltage. Thus, the voltage from the phase detector 8 U f through the filter 9, the amplifier 10 and the adder 6 is supplied to the control element of the adjustable generator 7 and reduces the resulting phase difference Δ φ between the signals of the reference 11 and the adjustable 7 generators. Gradually, the phase difference Δ φ is reduced to zero and the voltage at the output of the phase detector 8 U f becomes equal to zero. When voltage appears at the output of the phase detector, the logical 1 signal appears at the output of the comparison unit 2 and allows the pulses to pass from the reference frequency generator 13 through the I 14 circuit to the counter 12. Before the pulse measurement starts from the control unit 4, all the bits of the counter 12 are reset. After the resulting phase difference Δ φ is compensated and the voltage at the output of the phase detector 8 U f again becomes less than U fp , a logical “0” signal appears at the output of the comparison unit 2 and the passage of pulses from the reference frequency generator 13 to the counter stops. The pulse duration at the output of the comparison unit 2 is proportional to the measured voltage U x . The greater the input voltage U x , the greater the voltage at the output of the phase detector, and therefore the time during which the voltage arising at the output of the phase detector is compensated. By changing the parameters of the feedback elements of the amplifier filter, it is also possible to change the compensation time of the voltage detector that appeared at the output of the phase detector.

Таким образом, работа устройств, выполненных по указанному способу, делится на два такта: преобразование входного напряжения в начальную амплитуду убывающего сигнала Uф на выходе фазового детектора и измерение времени существования сигнала Uф на выходе фазового детектора (Uф > Uфп).Thus, the operation of devices made according to the specified method is divided into two clock cycles: converting the input voltage to the initial amplitude of the decreasing signal U f at the output of the phase detector and measuring the lifetime of the signal U f at the output of the phase detector (U f > U fp ).

Время измерения складывается из времени преобразования входного напряжения в начальную амплитуду сигнала на выходе фазового детектора Uф- Т1 и времени существования этого сигнала - Тх:
Tизм = Т1 + Тх.
The measurement time is the sum of the conversion time of the input voltage to the initial amplitude of the signal at the output of the phase detector U f - T 1 and the time of existence of this signal - T x :
T ISM = T 1 + T x .

Время компенсации возникшего на выходе фазового детектора напряжения Uф целиком определяется инерционностью цепи обратной связи, а время установления фазы подстраиваемого генератора можно принять равным нулю. Исходя из вышесказанного, время Т1 можно считать равным нулю. Отсюда время измерения Тизм = Тх.The compensation time of the voltage U f arising at the output of the phase detector is entirely determined by the inertia of the feedback circuit, and the time to establish the phase of the adjustable oscillator can be taken equal to zero. Based on the foregoing, the time T 1 can be considered equal to zero. Hence the measurement time T ISM = T x .

Учитывая, что при одинаковой опорной частоте, разрешающей способности и одинаковом напряжении Ux время Тх одинаково (интервал времени, который заполняется опорной частотой) для заявляемого устройства и прототипа, имеют сокращение времени измерения в 2 раза, так как у прототипа Тизм = 2 Тх, а по предлагаемому способу Тизм= = Тх.Given that at the same reference frequency, resolution, and the same voltage U x, the time T x is the same (the time interval that is filled with the reference frequency) for the inventive device and prototype, they have a 2-time reduction in measurement time, since the prototype T is iz = 2 T x , and according to the proposed method, T ISM = = T x .

Таким образом, предлагаемый способ при измерении максимально допустимого входного напряжения сокращает время преобразования в 2 раза. При измерении напряжений, меньших максимально допустимого, экономия времени еще большая. Именно заявленная компоновка схемы и ее параметры обеспечивают сокращение времени измерения напряжения. Thus, the proposed method when measuring the maximum allowable input voltage reduces the conversion time by 2 times. When measuring voltages less than the maximum allowable, time savings are even greater. It is the claimed layout of the circuit and its parameters that reduce the time of voltage measurement.

Использование предлагаемых способа времяимпульсного АЦП и устройства позволяет по сравнению с существующим и способами устройствами получить значительное сокращение времени измерения, что важно, например, при использовании их в системах контроля электрических параметров электронных схем. В связи с широким применением в промышленности микропроцессоров, БИС и аналоговых интегральных схем повышенной сложности возникли сложности, связанные с резким увеличением требуемого объема контрольно-диагностических операций, составляющих около 50% общей трудоемкости изготовления электронных изделий. Учитывая, что при контроле современных БИС число тестовых посылок может достигать 500000, становится очевидной необходимость снижения затрат времени на каждую операцию. Это значительно снижает стоимость электронных изделий. Кроме того, изобретение может использоваться в экспериментах при создании быстродействующих многоразрядных средств измерения напряжений. Using the proposed method of a time-pulse ADC and a device allows, in comparison with the existing and methods, devices to obtain a significant reduction in measurement time, which is important, for example, when used in monitoring systems of the electrical parameters of electronic circuits. Due to the widespread use in the industry of microprocessors, LSI and analog integrated circuits of increased complexity, difficulties arose due to a sharp increase in the required volume of control and diagnostic operations, which account for about 50% of the total complexity of manufacturing electronic products. Given that when monitoring modern LSIs, the number of test packages can reach 500,000, it becomes obvious the need to reduce the time spent on each operation. This significantly reduces the cost of electronic products. In addition, the invention can be used in experiments to create high-speed multi-bit voltage measuring instruments.

Claims (2)

1. Способ времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, основанный на формировании на первом этапе начального значения основного сигнала, пропорционального входному напряжению, уменьшении его до нуля на втором этапе, заполнение интервала времени от начала до конца второго этапа импульсами образцовой частоты и формировании хода путем их подсчета, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности, дополнительно на первом этапе формируют образцовый и подстраиваемый сигналы с одинаковыми частотой и фазой, путем воздействия на последний входным напряжением изменяют его фазу, при формировании начального значения основного сигнала в качестве последнего используют сигнал, противоположный по знаку входному напряжению и пропорциональный разности фаз образцового сигнала и подстариваемого сигнала с измененной фазой, а на втором этапе, воздействуя основным сигналом на подстраиваемый, изменяют его фазу до тех пор, пока разность фаз его и образцового сигнала не станет равной нулю. 1. A method of time-pulse conversion of DC voltage to a code based on the formation at the first stage of the initial value of the main signal proportional to the input voltage, decreasing it to zero at the second stage, filling the time interval from the beginning to the end of the second stage with reference frequency pulses and forming the stroke by counting, characterized in that, in order to improve performance while maintaining accuracy, additionally at the first stage, model and adjustable signals are generated with the same hour The phase and its phase, by affecting the latter by the input voltage, change its phase; when forming the initial value of the main signal, the signal used is the signal opposite in sign to the input voltage and proportional to the phase difference of the reference signal and the signal being modified with the changed phase, and in the second stage, the main signal to be tunable, change its phase until the phase difference between it and the reference signal becomes equal to zero. 2. Устройство для времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее преобразователь напряжения в интервал времени, выполненный на генераторе образцовой частоты и ключе, информационный вход которого является входной шиной, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом измерителя временных интервалов, выходы которого являются выходной шиной, а второй вход соединен с выходом блока сравнения, входы которого подключены к выходу преобразователя напряжения в интервал времени, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности, в преобразователь напряжения в интервал времени введены последовательно соединенные сумматор, подстраиваемый генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом ключа, выход генератора образцовой частоты соединен с вторым входом фазового детектора, выход которого является выходом преобразователя напряжения в интервал времени. 2. A device for the time-pulse conversion of DC voltage to a code containing a voltage converter in a time interval, executed on a model frequency generator and a key, the information input of which is an input bus, and the control input is connected to the first output of the control unit, the second output of which is connected to the first input a time interval meter, the outputs of which are the output bus, and the second input is connected to the output of the comparison unit, the inputs of which are connected to the output of the converter in a time interval, characterized in that, in order to improve performance while maintaining accuracy, a series-connected adder, an adjustable oscillator, a phase detector, a low-pass filter and a DC amplifier, the output of which is connected to the first input of the adder, are introduced into the voltage converter at a time interval , the second input of which is connected to the key output, the output of the reference frequency generator is connected to the second input of the phase detector, the output of which is the output of the voltage converter al time.
SU4632886 1989-01-06 1989-01-06 Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code RU2015618C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4632886 RU2015618C1 (en) 1989-01-06 1989-01-06 Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4632886 RU2015618C1 (en) 1989-01-06 1989-01-06 Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2015618C1 true RU2015618C1 (en) 1994-06-30

Family

ID=21420760

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4632886 RU2015618C1 (en) 1989-01-06 1989-01-06 Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2015618C1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1091333, кл. H 03M 1/50, 1984. *
Измерения в электронике. Справочник под ред. В.А.Кузнецова М.: Энергоатомиздат, 1987, с.62. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5367200A (en) Method and apparatus for measuring the duty cycle of a digital signal
US3956710A (en) Phase locked loop lock detector and method
JP2545356Y2 (en) Counting circuit
Xia et al. Time-to-voltage converter for on-chip jitter measurement
CA2011661A1 (en) Jitter measurement device
US4974234A (en) Method of and circuit for the measurement of jitter modulation of zero-related digital signals
EP2359199B1 (en) Noise shaping time to digital converter
RU2015618C1 (en) Method and device for pulse-time conversion of dc voltage into code
US4186298A (en) Method for converting input analog signals to time signals and the time signals to digital values
US4075577A (en) Analog-to-digital conversion apparatus
CZ20032393A3 (en) Apparatus for measuring time intervals
JPH0388424A (en) Digital time base circuit
US5353025A (en) Methods and apparatus for digitally encoding repetitive analog waveforms
US6952373B2 (en) Semiconductor device having PLL-circuit
JP3271323B2 (en) Time measurement circuit
RU2007029C1 (en) Analog-to-digital converter with intermediate conversion to frequency
SU826286A1 (en) Device for monitoring parameters of automatic control systems
RU2028628C1 (en) Method of and device for measuring frequency of low-frequency oscillations
RU2024028C1 (en) Low-frequency phase shift meter
SU1150577A1 (en) Method of measuring time of switching
SU1656472A1 (en) Digital low-frequency instanteous phasemeter
RU2028635C1 (en) Device for measuring transient and frequency characteristics of electric instruments
RU1798727C (en) Method for object phase shift determining
SU1495724A2 (en) Pulse edge duration meter
RU2037960C1 (en) Converter from digital code to pulse frequency