RU2101859C1

RU2101859C1 - Balancing analog-to-digital converter

Info

Publication number: RU2101859C1
Application number: RU95104196A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Станкевич
Original assignee: Владимир Иванович Станкевич
Priority date: 1995-03-24
Filing date: 1995-03-24
Publication date: 1998-01-10
Also published as: RU95104196A

Abstract

FIELD: medicine, processing of electric cardiograms and encephalograms and other analog signals. SUBSTANCE: analog-to-digital converter incorporating comparator 1, D flip-flop 2, inverting analog integrator 4, controlled source of electric energy 3 and clock generator 4 is supplemented with digital filter 6 of high-pass frequencies and digital integrator 7. EFFECT: real time processing of signals. 3 cl, 4 wdgl

Description

Изобретение относится к устройствам сопряжения аналоговых и цифровых сигналов, а, именно к аналого-цифровым преобразователям уравновешивающего типа, и может быть использовано для обработки электрокардиограмм, электроэнцефалограмм, а также других аналоговых сигналов в медицине и других отраслях науки и техники. The invention relates to devices for interfacing analog and digital signals, and in particular, to analog-to-digital converters of balancing type, and can be used for processing electrocardiograms, electroencephalograms, as well as other analog signals in medicine and other branches of science and technology.

Известна схема аналого-цифровых преобразователя, включающая в себя счетчик, цифроаналоговый преобразователь и компаратор (см. Аналоговые интегральные схемы. Под ред. Дж. Коннели: Пер. с англ. М. Мир, 1977, с.349-355, рис.8.18). There is a known circuit of an analog-to-digital converter, which includes a counter, a digital-to-analog converter, and a comparator (see Analog Integrated Circuits. Edited by J. Connelly: Translated from English by M. Mir, 1977, pp. 349-355, Fig. 8.18 )

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в известном аналого-цифровом преобразователе время преобразования зависит от амплитуды входного аналогового сигнала, что создает трудности последующей цифровой обработки. Кроме того, структура данного преобразователя предполагает передачу сигнала устройствам дальнейшей цифровой обработки сигнала по многоразрядной шине, разрядность которой не менее чем на единицу больше разрядности самого преобразователя. Последнее обстоятельство усложняет сопряжение данного преобразователя с устройствами последующей цифровой обработки, особенно при необходимости гальванической изоляции от входных цепей обработки аналоговых сигналов. Так, например, при сопряжении с персональным компьютером потребуется установка специальных интерфейсных плат (см. Компьютерная кардиомониторная система "RITMON". Рекламный проспект ТОО "БИОСИГНАЛ". С-Петербург). The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known device include the fact that in the known analog-to-digital converter, the conversion time depends on the amplitude of the input analog signal, which creates difficulties for subsequent digital processing. In addition, the structure of this converter involves the transmission of a signal to devices for further digital signal processing on a multi-bit bus, the bit capacity of which is at least one more than the bit capacity of the converter itself. The latter circumstance complicates the pairing of this converter with devices for subsequent digital processing, especially if necessary, galvanic isolation from the input processing circuits of analog signals. So, for example, when interfacing with a personal computer, it will be necessary to install special interface cards (see Computer Cardiomonitoring System "RITMON". Promotional brochure of BIOSIGNAL LLP. St. Petersburg).

Известна схема аналого-цифровых преобразователя, включающая в себя счетчик, компаратор, источник опорного напряжения, интегратор, тактовый генератор и устройство управления (см. Титце У. Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. Справочное руководство. Пер. с нем. М. Мир, 1982, с.461-464, рис. 24.28). Данный преобразователь в отличие от предыдущего потенциально позволяет использовать низкоразрядные шины для сопряжения с устройствами последующей цифровой обработки сигнала. There is a known circuit of an analog-to-digital converter, including a counter, a comparator, a reference voltage source, an integrator, a clock generator and a control device (see Tietse W. Schenk K. Semiconductor circuitry. Reference manual. Translated from German by M. Mir, 1982 , p. 461-464, Fig. 24.28). This converter, unlike the previous one, potentially allows the use of low-bit buses for interfacing with devices for subsequent digital signal processing.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, относится то, что в данном аналого-цифровом преобразователе для достижения приемлемой точности время преобразования оказывается сравнительно большой величины, что препятствует обработке сигналов в реальном масштабе времени. Кроме того, в данном преобразователе необходимо использовать прецизионный источник опорного напряжения и компаратор с высокой воспроизводимостью характеристик, что увеличивает стоимость устройства. The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known device include the fact that in this analog-to-digital converter, to achieve acceptable accuracy, the conversion time is relatively large, which impedes the processing of signals in real time. In addition, in this converter it is necessary to use a precision reference voltage source and a comparator with high reproducibility of characteristics, which increases the cost of the device.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному объекту по совокупности признаков является уравновешивающий аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор напряжения, D-триггер, управляемый источник тока, инвертирующий аналоговый интегратор, счетчик и тактовый генератор, подключенный к тактовым входам D-триггера и счетчика, вход разрешения счета которого связан с инверсным выходом D-триггера, причем выход интегратора подключен к инвертирующему входу компаратора, выход которого соединен с D-входом D-триггера, управляющий вход источника тока связан с прямым выходом D-триггера, а выход источника тока подключен к входу интегратора. Управляемый источник тока в этом аналого-цифровом преобразователе выполнен в виде эталонного источника тока и управляемого переключателя (см. Хоровиц П. Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т.2. Пер. с англ. Изд. 3-е, стереотип. М. Мир, 1986, с.66-67, рис.9.45). Данное устройство принято за прототип. The closest device of the same purpose to the claimed object in terms of features is a balancing analog-to-digital converter containing a voltage comparator, a D-trigger, a controlled current source, an inverting analog integrator, a counter and a clock connected to the clock inputs of the D-trigger and counter, the account resolution input of which is connected to the inverse output of the D-trigger, the integrator output being connected to the inverting input of the comparator, the output of which is connected to the D-input of the D-trigger, current component source input is connected to the direct output D-flip-flop, and the output current source connected to the input of the integrator. The controllable current source in this analog-to-digital converter is designed as a reference current source and a controllable switch (see Horowitz P. Hill W. Art of circuitry: In 2 vols. T.2. Translated from English. 3rd edition , stereotype. M. Mir, 1986, pp. 66-67, Fig. 9.45). This device is taken as a prototype.

К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится следующее. В известном аналого-цифровом преобразователе для обеспечения приемлемой точности увеличение разрядности приводит к прямо пропорциональному увеличению времени преобразования, что препятствует обработке сигналов в реальном масштабе времени. The reasons that impede the achievement of the required technical result when using the known device adopted for the prototype include the following. In the known analog-to-digital converter, to ensure acceptable accuracy, an increase in bit depth leads to a directly proportional increase in conversion time, which impedes the processing of signals in real time.

Сущность изобретения заключается в следующем. The invention consists in the following.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в уменьшении времени преобразования при сохранении высокой точности преобразования. The problem to which the invention is directed, is to reduce the conversion time while maintaining high conversion accuracy.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности обработки сигналов данным аналого-цифровым преобразователе в реальном масштабе времени. The technical result that can be obtained by carrying out the invention is the ability to process signals with an analog-to-digital converter in real time.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известный аналого-цифровой преобразователь введены последовательно соединенные цифровой фильтр верхних частот и цифровой интегратор, при этом вход цифрового фильтра связан с прямым выходом триггера, неинвертирующий вход компаратора образует вход преобразователя, а выход цифрового интегратора является выходом преобразователя. The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that a digital high-pass filter and a digital integrator are connected in series to a known analog-to-digital converter, while the input of the digital filter is connected to the direct trigger output, the non-inverting input of the comparator forms the converter input, and the output of the digital integrator is converter output.

Кроме того, для решения частной задачи упрощения управляемого источника тока предложено выполнение последнего в виде соединенных между собой резисторов сопротивлением R и 2R, причем точка соединения резисторов образует выход источника тока, второй вывод резистора сопротивлением R является управляющим входом источника тока, а второй вывод резистора сопротивлением 2R подключен к источнику напряжения, равному по модулю значения и противоположному по знаку напряжению питания триггера. In addition, to solve the particular problem of simplifying a controlled current source, it is proposed to perform the latter in the form of interconnected resistors with resistance R and 2R, and the connection point of the resistors forms the output of the current source, the second output of the resistor with the resistance R is the control input of the current source, and the second output of the resistor with the resistance 2R is connected to a voltage source equal in magnitude to the value and opposite in sign of the trigger voltage.

Также для решения частной задачи повышения точности работы управляемого источника тока предложено выполнение управляемого источника тока в виде резистора и выполнение аналогового интегратора в виде дифференциального интегратора, инвертирующий вход которого соединен с выходом управляемого источника тока, а неинвертирующий вход подключен к источнику напряжения, равному половине напряжения питания триггера, причем первый вывод резистора образует управляющий вход источника тока, а второй вывод является выходом источника тока. Also, to solve the particular problem of increasing the accuracy of the controlled current source, it is proposed that the controlled current source be a resistor and an analog integrator is designed as a differential integrator, the inverting input of which is connected to the output of the controlled current source and the non-inverting input is connected to a voltage source equal to half the supply voltage trigger, and the first output of the resistor forms the control input of the current source, and the second output is the output of the current source.

Помимо этого, предложено частное выполнение цифрового интегратора в виде сумматора и регистра, причем первый вход сумматора образует вход интегратора, второй вход сумматора соединен с выходом регистра, при этом вход данных регистра связан с выходом сумматора, а тактовый вход подключен к тактовому генератору. In addition, a private implementation of a digital integrator in the form of an adder and a register is proposed, whereby the first adder input forms an integrator input, the second adder input is connected to the register output, while the register data input is connected to the adder output, and the clock input is connected to a clock generator.

Введение в известный аналого-цифровой преобразователь цифрового фильтра верхних частот и цифрового интегратора, выбора в качестве входа преобразователя неинвертирующего входа компаратора, а также указанных соединений между блоками обеспечивает сравнение выходного напряжения аналогового интегратора не с потенциалом земли, как это было в прототипе, а с текущим значением входного сигнала, подвергающегося преобразованию. The introduction into the well-known analog-to-digital converter of a digital high-pass filter and a digital integrator, the choice of the non-inverting input of the comparator as the converter input, and also the indicated connections between the blocks provides a comparison of the output voltage of the analog integrator not with the ground potential, as it was in the prototype, but with the current value of the input signal being converted.

Действительно, в случае прототипа принцип преобразования заключается в сравнении времени заряда конденсатора входным током со временем заряда этого же конденсатора эталонным источником тока. Поэтому для преобразования напряжения каждой точки дискретизации входного аналогового сигнала в выходной код необходимо относительно большое количество тактов тактового генератора, обратно пропорциональное шагу квантования. Причем, если даже следующее значение преобразованного входного напряжения близко к предыдущему значению, отсчет времени заряда конденсатора вновь начинается с нуля. Учитывая, что требования точности заставляют делать шаг квантования малым, понятна причина низкого быстродействия прототипа. Indeed, in the case of the prototype, the conversion principle is to compare the charge time of the capacitor with the input current and the charge time of the same capacitor as a reference current source. Therefore, to convert the voltage of each sampling point of the input analog signal to the output code, a relatively large number of clock cycles is necessary, inversely proportional to the quantization step. Moreover, even if the next value of the converted input voltage is close to the previous value, the countdown of the capacitor charge starts again from zero. Given that the accuracy requirements make it necessary to make the quantization step small, the reason for the low speed of the prototype is understandable.

В то же время, выходной код цифрового фильтра верхних частот в предложенном аналого-цифровом преобразователе отражает фактически приращения между текущим и предыдущим отсчетами входного напряжения. Указанное обстоятельство позволяет при столь же малом, как и в прототипе, шаге квантования осуществлять преобразование в каждой точке за меньшее число тактов тактового генератора. Тем самым, удается снизить время преобразования, сохранив высокую точность измерения. At the same time, the output code of the digital high-pass filter in the proposed analog-to-digital converter reflects the actual increment between the current and previous samples of the input voltage. This circumstance allows for as small as in the prototype quantization step to carry out the conversion at each point for a smaller number of clock cycles. Thus, it is possible to reduce the conversion time, while maintaining high measurement accuracy.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявление источников, содержащих сведения об аналогах изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения. The analysis of the prior art by the applicant, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and the identification of sources containing information about analogues of the invention, allowed to establish that the applicant did not find an analogue characterized by features identical to all the essential features of the invention, and the definition from the list of identified analogues of the prototype, as the closest in the totality of the features of the analogue, allowed to identify a set of essential in relation to the applicant perceived technical th result in the distinguishing features of the claimed subject set out in the claims.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "Новизна" по действующему законодательству. Therefore, the invention meets the requirement of "Novelty" under applicable law.

Для проверки соответствия изобретения требованию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками изобретения, результаты которого показывают, что изобретение для специалиста не следует явным образом из известного уровня техники, поскольку из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками изобретения преобразований на достижение технического результата, в частности изобретением не предусматриваются следующие преобразования:
дополнение известного средства какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно таких дополнений;
замена какой-либо части известного средства другой известной частью для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно такой замены;
исключение какой-либо части средства с одновременным исключением обусловленной ее наличием функции и достижением при этом обычного для такого случая результата;
увеличение количества однотипных элементов для усиления технического результата, обусловленного наличием в средстве именно таких элементов;
выполнение известного средства или его части из известного материала для достижения технического результата, обусловленного известными свойствами материала;
создание средства, состоящего из известных частей, выбор которых и связь между ними осуществлены на основании известных правил, и достигаемый при этом технический результат обусловлен только известными свойствами частей этого объекта и связей между ними.To verify the compliance of the invention with the requirement of inventive step, the applicant conducted an additional search for known solutions in order to identify features that match the distinctive features of the invention, the results of which show that the invention for a specialist should not be explicitly from the prior art, since the prior art defined by the applicant , the influence of the transformations provided for by the essential features of the invention on the achievement of the technical result, in cha tnosti invention does not provide for the following transformation:
the addition of a known means by any known part, attached to it according to known rules, to achieve a technical result, in respect of which the influence of such additions is established;
the replacement of any part of the known means with another known part to achieve a technical result, in respect of which the effect of such a replacement is established;
the exclusion of any part of the tool with the simultaneous exclusion of the function due to its presence and the achievement of the usual result for this case;
the increase in the number of elements of the same type to enhance the technical result due to the presence in the tool of just such elements;
the implementation of a known tool or part thereof from a known material to achieve a technical result due to the known properties of the material;
the creation of a tool consisting of known parts, the choice of which and the relationship between them are based on known rules, and the technical result achieved in this case is due only to the known properties of the parts of this object and the relationships between them.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "Изобретательский уровень" по действующему законодательству. Therefore, the invention meets the requirement of "Inventive step" under applicable law.

На фиг.1 изображена функциональная схема уравновешивающего аналого-цифрового преобразователя; на фиг.2 принципиальная схема управляемого источника тока по п. 2 формулы; на фиг.3 принципиальная схема управляемого источника тока и аналогового интегратора по п.3 формулы; на фиг.4 функциональная схема цифрового интегратора по п.4 формулы. Figure 1 shows a functional diagram of a balancing analog-to-digital Converter; figure 2 is a schematic diagram of a controlled current source according to claim 2 of the formula; figure 3 is a schematic diagram of a controlled current source and an analog integrator according to claim 3 of the formula; figure 4 is a functional diagram of a digital integrator according to claim 4 of the formula.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Information confirming the possibility of carrying out the invention to obtain the above technical result are as follows.

Уравновешивающий аналого-цифровой преобразователь содержит компаратор 1, D-триггер 2, управляемый источник 3 тока, инвертирующий аналоговый интегратор 4, тактовый генератор 5, цифровой фильтр 6 верхних частот и цифровой интегратор 7. Выход компаратора 1 соединен с D-входом D-триггера 2, инверсный выход которого, в свою очередь, связан с управляющим входом источника 3 тока. Выход источника 3 тока подключен к входу интегратора 4, выход которого соединен с инвертирующим входом компаратора 1. Тактовый генератор 5 связан с тактовым С-входом D-триггера 2. Вход цифрового фильтра 6 верхних частот подключен к прямому выходу триггера 2, а выход фильтра 6 соединен с входом цифрового интегратора 7. Неинвертирующий вход компаратора 1 является входом преобразователя. Выход цифрового интегратора 7 образует выход преобразователя. The balancing analog-to-digital converter contains a comparator 1, a D-trigger 2, a controlled current source 3, an inverting analog integrator 4, a clock generator 5, a digital high-pass filter 6 and a digital integrator 7. The output of the comparator 1 is connected to the D-input of the D-trigger 2 whose inverse output, in turn, is connected to the control input of the current source 3. The output of the current source 3 is connected to the input of the integrator 4, the output of which is connected to the inverting input of the comparator 1. The clock 5 is connected to the clock C-input of the D-trigger 2. The input of the digital high-pass filter 6 is connected to the direct output of the trigger 2, and the output of the filter 6 connected to the input of the digital integrator 7. Non-inverting input of the comparator 1 is the input of the Converter. The output of the digital integrator 7 forms the output of the Converter.

Кроме того, в частном случае решения технической задачи, соответствующем п. 2 формулы, управляемый источник 3 тока выполнен в виде соединенных между собой резисторов 8 и 9 сопротивлением R и 2R. Точка соединения резисторов 8 и 9 образует выход источника 3 тока, а второй вывод резистора 8 является управляющим входом источника 3 тока. Второй вывод резистора 9 подключен к источнику напряжения -E_п, равному по модулю значения и противоположному по знаку напряжению питания триггера 2.In addition, in the particular case of solving the technical problem corresponding to paragraph 2 of the formula, the controlled current source 3 is made in the form of interconnected resistors 8 and 9 with resistance R and 2R. The connection point of the resistors 8 and 9 forms the output of the current source 3, and the second output of the resistor 8 is the control input of the current source 3. The second output of the resistor 9 is connected to a voltage source -E _p equal in absolute value and opposite in sign to the voltage of the trigger 2.

Также в частном случае решения технической задачи, соответствующем п.3 формулы, управляемый источник 3 тока выполнен в виде резистора 10, а аналоговый интегратор 4 выполнен в виде дифференциального интегратора 11, инвертирующий вход которого соединен с выходом управляемого источника 3 тока, а неинвертирующий вход подключен к источнику напряжения E/2, равному половине напряжения питания триггера 2, причем первый вывод резистора 10 образует управляющий вход источника 3 тока, а второй вывод является выходом источника 3 тока. Also in the particular case of solving a technical problem corresponding to claim 3 of the formula, the controlled current source 3 is made in the form of a resistor 10, and the analog integrator 4 is made in the form of a differential integrator 11, the inverting input of which is connected to the output of the controlled current source 3, and the non-inverting input is connected to the voltage source E / 2, equal to half the supply voltage of the trigger 2, and the first output of the resistor 10 forms the control input of the current source 3, and the second output is the output of the current source 3.

Помимо этого, в частном случае решения технической задачи, соответствующем п.4 формулы, интегратор 7 выполнен в виде сумматора 12 и регистра 13, причем первый вход сумматора 12 образует вход интегратора 7, второй вход сумматора 12 соединен с выходом регистра 13, при этом вход данных регистра 13 связан с выходом сумматора 12, а тактовый вход подключен к тактовому генератору 5. In addition, in the particular case of solving a technical problem corresponding to claim 4 of the formula, the integrator 7 is made in the form of an adder 12 and a register 13, the first input of the adder 12 forms the input of the integrator 7, the second input of the adder 12 connected to the output of the register 13, while the input register data 13 is connected to the output of the adder 12, and the clock input is connected to the clock generator 5.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом. An analog-to-digital converter operates as follows.

Входное аналоговое напряжение поступает на неинвертирующий вход компаратора 1, который выполняет сравнение этого напряжения с выходным напряжением интегратора 4. Если входное напряжение оказывается больше выходного напряжения интегратора 4, на выходе компаратора 1 появляется логическая "1", которая поступает на D-вход D-триггера 2. На каждый импульс тактового генератора 5, поступающий на тактовый вход триггера 2, на выходе последнего появляется логический уровень его D-входа, т.е. в данном случае логическая "1", которая передается на все разряды входного отсчета цифрового фильтра 6, кроме младшего разряда, к которому постоянно подключено напряжение, соответствующее логической "1". Таким образом, на входе цифрового фильтра 6 образуется двоичный код числа "-1" ("минус единица"). The input analog voltage is supplied to the non-inverting input of the comparator 1, which compares this voltage with the output voltage of the integrator 4. If the input voltage is greater than the output voltage of the integrator 4, a logical "1" appears at the output of the comparator 1, which is fed to the D-input of the D-trigger 2. For each pulse of the clock generator 5, arriving at the clock input of the trigger 2, at the output of the latter appears the logical level of its D-input, ie in this case, a logical "1", which is transmitted to all bits of the input sample of the digital filter 6, except for the least significant bit, to which the voltage corresponding to the logical "1" is constantly connected. Thus, at the input of the digital filter 6, a binary code of the number “-1” (“minus one”) is formed.

Уровень логического "0" на инверсном выходе триггера 2 поступает на управляющий вход источника 3 тока. Это приводит к формированию на выходе последнего тока отрицательной полярности. С каждым тактом генератора 5 напряжение на выходе интегратора 4 будет равномерно увеличиваться (т.к. интегратор 4 инвертирующий) до тех пор, пока оно не превысит значение входного напряжения. The logic level "0" at the inverse output of trigger 2 is supplied to the control input of the current source 3. This leads to the formation of a negative polarity current output. With each cycle of the generator 5, the voltage at the output of the integrator 4 will increase uniformly (since the integrator 4 is inverting) until it exceeds the value of the input voltage.

Когда выходное напряжение интегратора 4 превышает значение входного, компаратор переключится в состояние логического "0" по выходу. Теперь на входе D-триггера 2 и соответственно на его прямом выходе будет логический "0", который передается на все разряды входного отсчета цифрового фильтра 6, кроме младшего разряда, к которому подключено напряжение логической "1". Таким образом, на входе цифрового фильтра 6 образуется двоичный код числа "+1" (плюс единица). When the output voltage of the integrator 4 exceeds the value of the input, the comparator will switch to the logical "0" state of the output. Now, at the input of the D-flip-flop 2 and, accordingly, its direct output will have a logical "0", which is transmitted to all bits of the input count of the digital filter 6, except for the least significant bit, to which the voltage of the logical "1" is connected. Thus, at the input of digital filter 6, a binary code of the number "+1" is formed (plus one).

В данном состоянии триггера 2 на выходе источника 3 тока будет ток положительной полярности. Это приводит к равномерному уменьшению напряжения на выходе инвертирующего интегратора 4. In this state of trigger 2, the output of current source 3 will be a current of positive polarity. This leads to a uniform decrease in voltage at the output of the inverting integrator 4.

Когда выходное напряжение интегратора 4 превысит входное напряжение, процесс уравновешивания повторится аналогично описанному выше. When the output voltage of the integrator 4 exceeds the input voltage, the balancing process will be repeated as described above.

Таким образом, напряжение на выходе интегратора 4 является линейной аппроксимацией входного аналогового сигналами отрезками прямых двух типов с положительной или отрицательной фиксированной производной. Параметры этих отрезков определяются частотой тактового генератора 5, параметрами интегратора 4 и двумя значениями тока, формируемыми на выходе источника тока 3. Thus, the voltage at the output of the integrator 4 is a linear approximation of the input analog signals by segments of straight lines of two types with a positive or negative fixed derivative. The parameters of these segments are determined by the frequency of the clock generator 5, the parameters of the integrator 4 and two current values generated at the output of the current source 3.

Последовательность значений "+1" и "-1", формируемая на инверсном выходе D-триггера 2, представляет собой информацию о приращениях аппроксимирующего напряжения на выходе интегратора 4 за один период тактового генератора 5. Цифровой фильтр 6 устраняет низкочастотную помеху, возникающую из-за неравенства по модулю двух значений тока на выходе источника 3. The sequence of values "+1" and "-1" generated at the inverse output of the D-flip-flop 2, represents information on the increments of the approximating voltage at the output of the integrator 4 for one period of the clock 5. The digital filter 6 eliminates the low-frequency interference due to inequalities modulo two current values at the output of source 3.

Цифровой интегратор 7 суммирует приращения входного напряжения и формирует цифровой код, пропорциональный входному аналоговому сигналу. The digital integrator 7 summarizes the increment of the input voltage and generates a digital code proportional to the input analog signal.

Работа аналого-цифрового преобразователя для частных случаев по пп.2 и 3 в целом отличается только способом формирования одинаковых по модулю значения и противоположных по знаку токов на входе интегратора 4. The operation of the analog-to-digital converter for special cases according to claims 2 and 3 as a whole differs only in the way of generating identical values in absolute value and opposite in sign currents at the input of integrator 4.

В частности, при исполнении управляемого источника 3 тока в соответствии с п. 2 формулы ток положительной полярности (при поступлении логической "1" на вход источника 3) образуется суммированием токов "+E_п/R" и "-Е_п/2R", а ток отрицательной полярности (когда на входе источника 3 установлен логический "0") является током "-E_п/2R".In particular, when executing a controlled current source 3 in accordance with paragraph 2 of the formula, a current of positive polarity (upon receipt of a logical "1" at the input of source 3) is formed by summing the currents "+ E _p / R" and "-E _p / 2R", and the current of negative polarity (when the logic "0" is set at the input of source 3) is the current "-E _p / 2R".

Аналогично этому, при выполнении источника 3 в соответствии с п.3 формулы ток положительной полярности образуется разностью потенциалов на резисторе 10, равной в этом случае +E_п/2, а формирование тока отрицательной полярности обеспечивается напряжением -E_п/2.Similarly, when performing source 3 in accordance with claim 3 of the formula, a current of positive polarity is generated by the potential difference on the resistor 10, equal in this case + E _p / 2, and the formation of a current of negative polarity is provided by a voltage of -E _p / 2.

Выполнение цифрового интегратора по п.4 формулы соответствует частному случаю организации суммирования приращений входного напряжения и формирования цифрового кода, пропорционального входному аналоговому сигналу. The implementation of the digital integrator according to claim 4 of the formula corresponds to the particular case of organizing the summation of the input voltage increments and the formation of a digital code proportional to the input analog signal.

Как было показано, выходной код цифрового фильтра 6 отражает фактически приращения между текущими и предыдущим отсчетами при дискредитации входного аналогового сигнала. Указанное обстоятельство позволяет при столь же малом, как и в прототипе, шаге квантования осуществлять преобразование в каждой точке за меньшее число тактов тактового генератора 5. Тем самым, удается снизить время преобразования, сохранив высокую точность измерения. As was shown, the output code of the digital filter 6 reflects the actual increment between the current and previous samples in discrediting the input analog signal. This circumstance allows for as small as in the prototype quantization step to convert at each point for a smaller number of clock cycles 5. Thus, it is possible to reduce the conversion time, while maintaining high measurement accuracy.

Компаратор 1 напряжения, D-триггер 2, тактовый генератор 5 и цифровой фильтр 6 могут быть выполнены по известным в технике решениям, в частности блоки 1, 2 и 5 могут быть выполнены также как и в прототипе. The voltage comparator 1, D-flip-flop 2, the clock 5 and the digital filter 6 can be made according to solutions known in the art, in particular blocks 1, 2 and 5 can be made as in the prototype.

Тем самым, в предложенном уравновешивающем аналого-цифровом преобразователе обеспечивается уменьшение времени преобразования при сохранении высокой точности преобразования, что позволит использовать данный аналого-цифровой преобразователь для обработки аналоговых сигналов в реальном масштабе времени. Thus, in the proposed balancing analog-to-digital converter, the conversion time is reduced while maintaining high conversion accuracy, which allows the use of this analog-to-digital converter for processing analog signals in real time.

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании изобретения следующей совокупности условий:
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, предназначено для использования в промышленности, именно в устройствах сопряжения аналоговых и цифровых сигналов;
для изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке или известных до даты приоритета средств и методов;
средство, воплощающее изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.Thus, the above information indicates that when using the invention the following set of conditions:
means embodying the invention in its implementation, is intended for use in industry, namely in devices for interfacing analog and digital signals;
for the invention in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means and methods described in the application or known prior to the priority date has been confirmed;
means embodying the invention in its implementation, is able to ensure the achievement of the perceived by the applicant technical result.

Следовательно, изобретение соответствует требованию "Промышленная применимость" по действующему законодательству. Therefore, the invention meets the requirement of "Industrial applicability" under applicable law.

Claims

1. A balancing analog-to-digital converter containing a voltage comparator, a D-flip-flop, a controlled current source, an inverting analog integrator and a clock connected to the clock input of the D-flip-flop, and the output of the inverting analog integrator is connected to the inverting input of the voltage comparator, the output of which is connected with the input of the D-trigger, the control input of the controlled current source is connected to the first output of the D-trigger, and the output of the controlled current source is connected to the input of the inverting analogs nth integrator, characterized in that a digital high-pass filter and a digital integrator are introduced in series with the input of the digital high-pass filter connected to the second output of the D-trigger, the second output of the D-trigger being a direct output, the non-inverting input of the voltage comparator forms the input of the balancing analog-to-digital converter, and the output of the digital integrator is the output of the balancing analog-to-digital converter.

2. The Converter according to claim 1, characterized in that the controlled current source is made in the form of interconnected resistors with resistance R and 2R, and the connection point of the resistors forms the output of the controlled current source, the second output of the resistance resistor R is the control input of the controlled current source, and the second output of the 2R resistor is connected to a voltage source, equal in magnitude to the value and opposite in sign of the trigger voltage.

3. The Converter according to claim 1, characterized in that the controlled current source is made in the form of a resistor, and the inverting analog integrator is made in the form of a differential integrator, the inverting input of which is connected to the output of the controlled current source, and the non-inverting input is connected to a voltage source equal to half trigger voltage, the first output of the resistor forms the control input of a controlled current source, and the second output is the output of a controlled current source.

4. The Converter according to claim 1, characterized in that the digital integrator is made in the form of an adder and a register, the first adder input forming an integrator input, the second adder input connected to the register output, while the register data input is connected to the adder output, and the clock input connected to a clock.