RU2324286C1 - Устройство для аналого-цифрового преобразования измеренного напряжения - Google Patents

Устройство для аналого-цифрового преобразования измеренного напряжения Download PDF

Info

Publication number
RU2324286C1
RU2324286C1 RU2006143192/09A RU2006143192A RU2324286C1 RU 2324286 C1 RU2324286 C1 RU 2324286C1 RU 2006143192/09 A RU2006143192/09 A RU 2006143192/09A RU 2006143192 A RU2006143192 A RU 2006143192A RU 2324286 C1 RU2324286 C1 RU 2324286C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
analog
voltage
counter
duration
measurement
Prior art date
Application number
RU2006143192/09A
Other languages
English (en)
Inventor
Томас ХЭРЛЕ (DE)
Томас ХЭРЛЕ
Стефан КОНРАД (DE)
Стефан КОНРАД
Original Assignee
Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко. Кг
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 Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко. Кг filed Critical Эндресс+Хаузер Ветцер Гмбх+Ко. Кг
Application granted granted Critical
Publication of RU2324286C1 publication Critical patent/RU2324286C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters
    • H03M1/50—Analogue/digital converters with intermediate conversion to time interval
    • H03M1/52—Input signal integrated with linear return to datum

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

Изобретение относится к устройству для аналого-цифрового преобразования измерительного напряжения (Ue), содержащему аналого-цифровой преобразователь (1), состоящий из интегрирующего звена (2) с операционным усилителем (ОР1), резистором (R) и емкостью (С) в цепи обратной связи, причем к инвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) приложено опорное напряжение (Uref), а к неинвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) - измерительное напряжение (Ue), конденсатор (С) в течение зарядной фазы продолжительностью (t1) заряжается, а в течение разрядной фазы продолжительностью (t2) разряжается, аналого-цифровой преобразователь (1) включает в себя далее подключенный к операционному усилителю (ОР1) компаратор (3), подключенный к компаратору (3) запоминающий элемент (4), создающий время (t1) зарядки временной генератор (6) и счетчик (8), который выполнен с возможностью детектирования фронтов или продолжительности (T=t1+t2) периода сформированного аналого-цифровым преобразователем (1) на выходе широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (Uout), причем предусмотрен синхронизирующий элемент (5), выполненный с возможностью синхронизации, по меньшей мере, в течение заданной продолжительности (X) измерения фронтов широтно-импульсно модулированного выходного сигнала с тактом счетчика (8). 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Изобретение относится к устройству для аналого-цифрового преобразования измерительного напряжения.
Способ аналого-цифрового преобразования, т.е. преобразования аналогового входного напряжения в пропорциональное амплитуде цифровое число, представляет собой способ подсчета. Вариантами способа подсчета являются одно- и двухрамповый способы, причем в первом способе только входное напряжение, а во втором способе входное и опорное напряжения интегрируют посредством интегрирующего звена.
Продолжительность периода аналого-цифрового преобразования измерительного сигнала определяется суммой времени t1 разрядки и времени t2 зарядки конденсатора, расположенного в цепи обратной связи интегрирующего звена. Переключение между зарядной и разрядной фазами происходит соответственно в момент, когда выходное напряжение интегрирующего звена достигает заданного порогового напряжения. Это реализуется посредством подключенного компаратора, к одному входу которого приложено выходное напряжение интегрирующего звена, а к другому выходу - пороговое напряжение.
Для измерения продолжительности периода широтно-импульсно модулированного выходного сигнала посредством счетчика регистрируют время между двумя нарастающими или двумя убывающими фронтами широтно-импульсно модулированного выходного сигнала. Разрешение при определении продолжительности периода зависит при этом от частоты такта счетчика: чем выше такт счетчика, тем лучше временное разрешение. При работе счетчика, например, с тактом f для минимального измеряемого изменения Δt времени справедливо:
Δt=1/f.
Известные аналого-цифровые преобразователи, конечно, тем дороже, чем выше их разрешение. Кроме того, разрешение известных аналого-цифровых преобразователей обычно твердо задано, так что обычно используют оптимально согласованный с данным случаем применения аналого-цифровой преобразователь.
В технике измерения процессов наблюдается тенденция к мультипараметрическим измерительным приборам, т.е. измерительным приборам, которые способны измерять несколько разных физических или химических параметров процесса. Параметры процесса представляют собой, например, температуру, давление, уровень, расход, значение рН, концентрацию ионов, проводимость и т.п. среды. «Качество» измерения определяется, в принципе, точностью измерения и/или временным разрешением измерения, т.е. скоростью измерения. Обычно оба этих требования противоречат друг другу: для высокоточного измерения требуется соответственно длительное время; если же время для измерения ограничено, то повышенная скорость измерения идет в ущерб точности измерения. Выходом из этого являются аналого-цифровые преобразователи, которые являются соответственно быстрыми и имеют в то же время высокое битовое разрешение. Недостаток этих аналого-цифровых преобразователей в том, что они относительно дороги, что значительно повышает себестоимость изготовления измерительных приборов.
Именно в отношении мультипараметрических измерительных приборов добавляется еще один аспект: в технике измерения процессов к обработке данных измерений здесь к аналого-цифровому преобразованию измерительных сигналов, представляющих отдельные параметры процесса, предъявляются разные требования к точности измерения и временнóму разрешению. В качестве примера следует назвать температуру, т.е. параметр процесса, который по времени изменяется обычно относительно медленно, поскольку в нормальном случае не возникает резких скачков температуры. Однако именно при измерениях температуры обычно требуется высокая точность измерения. В этой связи следует упомянуть контроль и/или регулирование температуры в химическом процессе. Поскольку температура изменяется относительно медленно, для регистрации данных измерений в распоряжении имеется относительно много времени.
Совершенно иначе дело обстоит, например, с измерением давления: здесь необходимо детектировать также внезапно возникающие скачки давления. Это возможно лишь в том случае, если продолжительность измерения соответственно короткая; при многих измерениях давления точность измерения имеет, однако, второстепенное значение. В этой связи целесообразно, следовательно, найти компромисс или гибкое решение, которое позволило бы согласовать регистрацию данных измерений в отношении точности и продолжительности измерения с соответственно предъявляемыми требованиями.
В основе изобретения лежит задача создания недорогого устройства для аналого-цифрового преобразования измерительных сигналов, которое было бы выполнено с возможностью согласования с соответствующей задачей измерения.
Поставленная задача решается посредством устройства следующей конструкции. Аналого-цифровой преобразователь содержит интегрирующее звено с операционным усилителем, резистором и емкостью в цепи обратной связи. К инвертирующему входу операционного усилителя приложено опорное напряжение, а к неинвертирующему входу - измерительное напряжение или входное напряжение. Во время зарядной фазы с заданной продолжительностью времени конденсатор заряжается, а во время разрядной фазы - разряжается. Далее аналого-цифровой преобразователь содержит подключенный к операционному усилителю компаратор, подключенный к компаратору запоминающий элемент, создающий время заряда генератор времени и счетчик, причем счетчик детектирует фронты (или продолжительность периода) выработанного аналого-цифровым преобразователем на выходе широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. Запоминающий элемент представляет собой, согласно одному предпочтительному варианту, RS-триггер. Кроме того, предусмотрен синхронизирующий элемент, который, по меньшей мере, в течение заданной продолжительности измерения синхронизирует фронты широтно-импульсного модулированного выходного сигнала с тактом счетчика.
Как уже сказано, без синхронизации широтно-импульсного модулированного выходного сигнала с тактом счетчика переключение между зарядной и разрядной фазами происходит всегда точно при достижении установленного или заданного порогового напряжения, т.е. в момент, когда накопленный на зарядной фазе в конденсаторе интегрирующего звена заряд снова разряжен. Согласно изобретению, фронты широтно-импульсного модулированного выходного сигнала синхронизируются с тактом счетчика посредством синхронизирующего элемента. В результате переключение между разрядной и зарядной фазами происходит не при достижении порогового напряжения, а только при следующем такте счетчика, т.е. при значении напряжения, лежащем выше порогового напряжения. Интегрирующее звено вынуждено, следовательно, несмотря на достижение порогового напряжения, продолжать интегрирование вплоть до возникновения следующего такта счетчика. За счет этого возникает остаточный заряд в конденсаторе интегрирующего звена. Этот процесс повторяется при каждом последующем преобразовании: остаточные заряды суммируются, пока, наконец, после определенного числа преобразований не произойдет резкое изменение показания счетчика.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения устройства предусмотрен тактовый датчик, который задает системный такт, причем синхронизирующий элемент синхронизирует счетчик, аналого-цифровой преобразователь и генератор времени системным тактом. Преимущество этого варианта, в котором все такты выводят из одного и того же системного такта, следует усматривать в том, что дрейфы тактов, которые могут возникать, например, из-за изменений температуры или в течение длительной продолжительности эксплуатации, не оказывают влияния на качество преобразования.
Одно предпочтительное усовершенствование устройства предусматривает аналоговый переключатель, который переключает опорное напряжение, приложенное к инвертирующему входу операционного усилителя, между двумя разными значениями. Это усовершенствование имеет то преимущество, что опорное напряжение, приложенное к инвертирующему входу операционного усилителя, может быть свободно выбрано или произвольно установлено. Если свободно выбираемого опорного напряжения не требуется, то от аналогового переключателя можно отказаться. Например, выходное напряжение синхронизирующего элемента может подаваться в качестве опорного напряжения на инвертирующий вход операционного усилителя. Если синхронизирующий элемент представляет собой, как предложено в одном предпочтительном усовершенствовании изобретения, D-триггер, то в этом альтернативном решении рабочее напряжение D-триггера соответствует опорному напряжению, приложенному к инвертирующему входу операционного усилителя.
Кроме того, в одном предпочтительном варианте устройства предложено, что счетчик имеет вход Capture/Compare. Счетчик в течение заданной продолжительности измерения включен и детектирует фронты широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. В принципе, корректная работа возможна, конечно, только тогда, когда в течение выбранной продолжительности измерения находится, по меньшей мере, один период широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. При каждом детектированном фронте широтно-импульсного модулированного выходного сигнала происходит прерывание. Далее одно предпочтительное выполнение устройства предусматривает микропроцессор, который определяет входное напряжение по выработанным за счет прерываний показаниям счетчика, в частности посредством образования среднего значения из нескольких показаний счетчика.
В связи с решением согласно изобретению, следует считать особенно предпочтительным, что микропроцессору придан блок памяти. В блоке памяти хранится число прерываний, выработанных в течение заданной продолжительности измерения фронтами широтно-импульсного модулированного выходного сигнала. Микропроцессор рассчитывает входное напряжение по истечении заданной продолжительности измерения по следующей формуле:
Figure 00000002
где переменная Z1 соответствует первому показанию счетчика, Z представляет последующие показания счетчика, I отражает число подсчитанных в течение продолжительности измерения прерываний, t1 обозначает время заряда, a UH - опорное напряжение, приложенное к интегрирующему звену.
Особенно предпочтительным следует считать выполнение устройства, в котором микропроцессор детектирует повышенные и пониженные напряжения и генерирует соответствующий сигнал ошибки. Пониженное напряжение может быть просто констатировано, например, за счет того, что в течение продолжительности измерения детектируют не, по меньшей мере, два фронта широтно-импульсного модулированного выходного напряжения или не, по меньшей мере, два прерывания. Повышенное напряжение проявляется за счет того, что время отработки прерываний дольше измеряемой продолжительности периода. Во избежание ошибок измерений здесь следует ограничить верхним пределом число возникающих прерываний.
В качестве альтернативы предложено, что микропроцессор согласовывает продолжительность измерения с возможностью предотвращения возникновения пониженных и/или повышенных напряжений.
Изобретение более подробно поясняется с помощью прилагаемых чертежей, на которых изображают:
- фиг.1: блок-схему график аналого-цифрового преобразователя;
- фиг.2: охарактеризованных на фиг.1 напряжений различных компонентов аналого-цифрового преобразователя;
- фиг.3: график, на котором выходное напряжение Ua операционного усилителя нанесено в зависимости от показаний счетчика в течение одного измерительного цикла;
- фиг.4: график, на котором ошибки измерения времени нанесены в зависимости от числа усредненных данных измерений.
На фиг.1 изображена блок-схема аналого-цифрового преобразователя 1. Аналого-цифровой преобразователь 1 составлен из следующих компонентов:
- интегрирующего звена 2, состоящего из операционного усилителя ОР1, резистора R и емкости С в цепи обратной связи;
- компаратора 3;
- запоминающего элемента 4, здесь RS-триггера 4;
- синхронизирующего элемента 5, здесь D-триггера 5;
- временного генератора 6.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения, синхронизирующий элемент 5 синхронизирует аналого-цифровой преобразователь 1, счетчик 8 и временной генератор 6 с системным тактом Ts. Возможна также, как уже сказано, синхронизация по такту f счетчика вместо системного такта Ts.
Опционально предусмотрен аналоговый выключатель 7. От него можно отказаться, если свободно выбираемого опорного напряжения Uref не требуется. Если не требуется свободно выбирать опорное напряжение Uref, то в качестве опорного напряжения Uref можно использовать, например, непосредственно выходное напряжение Q2 синхронизирующего элемента 5 или в режиме без синхронизации - выходное напряжение Q1 запоминающего элемента 4. В этих случаях рабочее напряжение D-триггера 5 или RS-триггера 4 соответствует, следовательно, одновременно опорному напряжению Uref, приложенному к инвертирующему входу операционного усилителя ОР1.
Аналого-цифровой преобразователь 1 содержит три входа и один выход:
- к первому входу приложено входное напряжение Ue;
- ко второму входу приложено опорное напряжение UH;
- на третьем входе системный такт Ts.
На выходе аналого-цифрового преобразователя 1 формируется широтно-импульсный модулированный выходной сигнал Uout, который представляет цифровое преобразование аналогового измерительного сигнала Ue.
Действующий в качестве интегрирующего звена 2 операционный усилитель ОР1 заряжают в течение заданной временным генератором 6 продолжительности t1 времени зарядной фазы. Затем измеряют продолжительность t2 времени разрядной фазы. Продолжительность t2 времени соответствует времени, которое проходит до тех пор, пока на выходе интегрирующего звена 2 за счет разряжающегося конденсатора С не будет измерено определенное выходное напряжение Ua. Обычно оно соответствует пороговому напряжению Uth; согласно изобретению переключение за счет синхронизации со счетчиком происходит, однако, при напряжении, лежащем выше заданного порогового напряжения. Временнáя характеристика приложенного к отдельным компонентам напряжения Ua, UK, Q1, Q2 и временнáя характеристика вырабатываемого отдельными компонентами напряжения Uref, Ts изображены на фиг.2 отдельно.
В момент t=0 начинается так называемая зарядная фаза. На фиг.2 она обозначена (1). В момент t=0 за счет соответствующего включения аналогового выключателя 7 на инвертирующем входе операционного усилителя ОР1 возникает напряжение UH. Если опорное напряжение UH выше входного напряжения Ue, то напряжение Ua на выходе операционного усилителя ОР1, исходя из порогового напряжения Uth, линейно падает. Выход компаратора 3, выход Q1 RS-триггера 4, выход Q2 D-триггера 5, соответствующий импульсно-модулированному выходному сигналу Uout, и выход временного генератора 6 находятся в течение этого времени на вторичном уровне Нi. В момент t1 возникающее на выходе интегрирующего звена 2 выходное напряжение Ua можно описать следующим образом:
Figure 00000003
По истечении лежащей между моментами t=0 и t1 продолжительности времени временной генератор 2 формирует на выходе ТC короткий Clock-импульс на вторичном уровне LO. За счет этого на RS-триггере 4 формируется сигнал Reset; вследствие этого выходной сигнал Q1 и на один такт позднее выходной сигнал Q2 устанавливаются на вторичный уровень LO. Далее аналоговый выключатель 7 включает опорное напряжение Uref на ОV, и начинается разрядная фаза, которая на фиг.2 обозначена (2).
Если опорное напряжение ОV ниже входного напряжения Ue, то выходное напряжение Ua линейно возрастает. В момент t2 напряжение Ua снова достигает порогового напряжения Uth, и включается компаратор 3. За счет этого выходное напряжение UK компаратора 3 устанавливается на вторичный уровень LO; далее устанавливается RS-триггер 4 (→ SET). Q1 лежит на вторичном уровне Нi, а на один такт позднее выходное напряжение Q2 D-триггера 5 лежит на вторичном уровне Нi. Q2 служит для переключения опорного напряжения Uref и для включения временнóго генератора 6. Зарядная фаза (1) начинается заново. В момент Т=t1+t2 выходное напряжение Ua можно математически описать следующей формулой:
Figure 00000004
Подставив Ua(t1) из формулы (1) в формулу (2), получим в переходном процессе аналого-цифрового преобразователя 1 следующее отношение между входным напряжением Ue и продолжительностью Т периода:
Figure 00000005
Если опорное напряжение UH и заданное время t1 - Delay задержки известны и постоянны, то возникает следующее математическое отношение:
Figure 00000006
В этих условиях входное напряжение Ue, следовательно, обратно пропорционально продолжительности Т периода, причем Т=t1+t2.
Для измерения продолжительности Т периода посредством счетчика 8 регистрируют время между двумя нарастающими или двумя убывающими фронтами широтно-импульсного модулированного выходного сигнала Uout. Временнóе разрешение продолжительности Т периода существенно зависит при этом от частоты f такта счетчика 8. При работе счетчика 8 с системным тактом Ts к минимальному измеряемому изменению времени Δt относится следующее математическое отношение:
Figure 00000007
Этот обычный предел разрешения устраняется в аналого-цифровом преобразователе 1.
Без синхронизации по системному такту Ts или по такту счетчика 8 переключение между разрядной (2) и зарядной (1) фазами происходит всегда точно по достижении порогового напряжения Uth, т.е. в момент, когда накопленный на зарядной фазе (1) в интегрирующем звене 2 заряд снова разряжен. Согласно изобретению, аналого-цифровой преобразователь 1 и счетчик 8 синхронизируют с системным тактом Ts или с тактом f счетчика 8.
За счет синхронизации аналого-цифрового преобразователя 1, счетчика 8 и временного генератора 6 с системным тактом Ts или с тактом f счетчика 8 описанное выше переключение происходит только при следующем системном такте Ts или такте f счетчика 8. Переключение между обеими фазами происходит, следовательно, не при Uth, a выше Uth. За счет этого в интегрирующем звене 2 возникает остаточный заряд, который суммируется с каждым преобразованием и приводит наконец к скачку показания счетчика. Возникает цикл данных измерений с разрешением счетчика 8. Образование среднего значения из n данных измерений этого цикла повышает разрешение, по меньшей мере, на коэффициент n. Чем больше число усредненных данных измерений, тем выше и разрешение. Удвоение усредненных данных измерений приводит, по меньшей мере, к удвоению разрешения и, тем самым, к удвоению точности измерения.
На фиг.3 в качестве примера цикла изображено напряжение Ue в зависимости от показаний счетчика 8. Здесь показано, как выходное напряжение Ua интегрирующего звена 2 в течение одного цикла, в который происходит множество зарядных и разрядных фаз, изменяется от времени. При тактовой частоте 10 кГц показания счетчика имеют разрешение 10 мкс. В течение цикла счетчик 8 четырежды формирует показание 130 мкс и семижды показание 140 мкс. В микропроцессоре происходит образование среднего значения из одиннадцати данных измерений, так что получают точное значение 136,3636 мкс, хотя собственно разрешение счетчика составляет всего 10 мкс.
В качестве примера на фиг.4 изображено разрешение, достигнутое в устройстве согласно изобретению за счет образования среднего значения. В частности, здесь нанесена ошибка в измерении времени от числа n проведенных за один цикл измерений. По отношению к примеру на фиг.3 ошибка при образовании среднего значения от n=11 измерений стремится к нулю. Гарантируется, правда, только огибающая 1/n.
Теоретически решение согласно изобретению позволяет достичь любого по величине разрешения, если продолжительность измерения соответственно повысить. Повышенная точность измерения, правда, идет в ущерб скорости измерения, однако в зависимости от вида применения или вида измерения это играет лишь второстепенную роль. Практически разрешение имеет пределы из-за возникновения шумов и нелинейностей.
За счет приведенной в формуле (3) нелинейной зависимости между входным напряжением Ue и продолжительностью Т периода разрешение измеренного напряжения нелинейное. Большие входные напряжения Ue дают малые продолжительности Т периода и имеют более низкое разрешение. Согласно изобретению, для оценки используют предпочтительно следующий алгоритм.
Счетчик с входом Capture/Compare включают на продолжительность Х измерения (например, Х=4 мс). Показания счетчика при созданных фронтами широтно-импульсного модулированного выходного сигнала Uout прерываниях I записывают в блоке памяти следующим образом. Первое показание счетчика записывают в переменную Z1; последующие переписывают в переменную Z. Число прерываний фиксируют в переменной I. По истечении продолжительности Х измерения напряжение Ue можно вычислить следующим образом:
Figure 00000008
Низкое входное напряжение Ue, создающее продолжительность Т периода немного меньше X, следовательно, не усредняют и измеряют с разрешением счетчика 8. Высокое входное напряжение Ue, создающее очень малую продолжительность Т периода, очень часто измеряют и усредняют, причем разрешение повышают описанным выше методом. Минимальное разрешение имеет поэтому сигнал с продолжительностью Т=Х/2 периода. Разрешение аналого-цифрового преобразователя 1 можно описать следующей математической формулой:
Figure 00000009
Если, например, продолжительность измерения Х=4 мс, а системный такт Ts=8 МГц, то разрешение аналого-цифрового преобразователя 1 А=16000 или 14 бит.
В программном обеспечении микропроцессора улавливают следующие ошибки.
Пониженное напряжение обнаруживается, если в течение продолжительности Х измерения не возникает никаких фронтов широтно-импульсного модулированного выходного сигнала или никаких прерываний. Это является индикатором того, что измерительное напряжение или входное напряжение Ue слишком низкое.
Повышенное напряжение может быть обнаружено за счет того, что время TI отработки прерываний дольше продолжительности Т периода и возникает ошибка измерения. Поэтому требуется ограничить максимальное число прерываний до X/TI.
Ниже еще раз перечислены преимущества устройства.
Следующие ошибки принципиально не возникают при измерении:
- если временнóй генератор 6 синхронизируют с тактом f счетчика, то изменение времени t1 предварительной зарядки (например, из-за изменений температуры или с продолжительностью работы) не влияет на результат измерения;
- если все такты компонентов 6, 8, 1 схемы выводят из одного и того же такта Ts, то изменение такта Ts (например, из-за изменений температуры или с продолжительностью работы) не играет роли;
- точно так же колебания порогового напряжения Uth и в RC-звене негативно не сказываются на результате измерения, пока колебания не возникают в течение одного измерительного цикла;
- время включения цифровой схемы, оказывающее влияние на продолжительность t2 времени разрядной фазы, не влияет на результат измерения.
Далее двухточечная коррекция позволяет устранить следующие ошибки:
- все аналоговые величины смещения на операционном усилителе ОР1 (поскольку здесь только одно изменение может создать одну ошибку измерения);
- значение сопротивлений во включенном состоянии аналогового выключателя 7;
- время включения, действующее на продолжительность t1 времени зарядной фазы;
- абсолютная ошибка опорного напряжения UH (также здесь только одно изменение может создать одну ошибку измерения).

Claims (13)

1. Устройство для аналого-цифрового преобразования измерительного напряжения (Ue), содержащее аналого-цифровой преобразователь (1), состоящий из интегрирующего звена (2) с операционным усилителем (ОР1), резистором (R) и емкостью (С) в цепи обратной связи, причем к инвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) приложено опорное напряжение (Uref), а к неинвертирующему входу операционного усилителя (ОР1) - измерительное напряжение (Ue), конденсатор (С) в течение зарядной фазы продолжительностью (t1) заряжается, а в течение разрядной фазы продолжительностью (t2) разряжается, аналого-цифровой преобразователь (1) включает в себя далее подключенный к операционному усилителю (ОР1) компаратор (3), подключенный к компаратору (3) запоминающий элемент (4), создающий время (t1) зарядки временной генератор (6) и счетчик (8), который выполнен с возможностью детектирования фронтов или продолжительности (T=t1+t2) периода сформированного аналого-цифровым преобразователем (1) на выходе широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (Uout), причем предусмотрен синхронизирующий элемент (5), выполненный с возможностью синхронизации, по меньшей мере, в течение заданной продолжительности (X) измерения фронтов широтно-импульсно модулированного выходного сигнала с тактом счетчика (8).
2. Устройство по п.1, в котором предусмотрен тактовый датчик, выполненный с возможностью задавания системного такта (Ts), причем синхронизирующий элемент (5) выполнен с возможностью синхронизации счетчика (8), аналого-цифрового преобразователя (1) и временного генератора (6) с системным тактом (Ts).
3. Устройство по п.1 или 2, в котором предусмотрен аналоговый выключатель (7), выполненный с возможностью переключения опорного напряжения (Uref), приложенного к инвертирующему входу операционного усилителя (ОР1), между двумя разными значениями (UH, масса).
4. Устройство по п.1 или 2, у которого в качестве опорного напряжения (Uref) имеющееся на выходе синхронизирующего элемента (5) напряжение (Q2) подают на инвертирующий вход операционного усилителя (ОР1).
5. Устройство по п.1, у которого в качестве опорного напряжения (Uref) имеющееся на выходе запоминающего элемента (4) напряжение (Q1) подают на инвертирующий вход операционного усилителя (ОР1).
6. Устройство по п.1, у которого запоминающий элемент (4) представляет собой RS-триггер.
7. Устройство по п.1 или 2, у которого синхронизирующий элемент (5) представляет собой D-триггер.
8. Устройство по п.4, у которого синхронизирующий элемент (5) представляет собой D-триггер.
9. Устройство по п.1, у которого счетчик (8) имеет вход Capture/Compare, включен каждый раз в течение заданной продолжительности (X) измерения и выполнен с возможностью детектирования фронтов широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (Uout), причем предусмотрен микропроцессор, выполненный с возможностью определения входного напряжения (Ue) из показаний счетчика, в частности посредством образования среднего значения из нескольких показаний счетчика.
10. Устройство по п.1 или 9, у которого микропроцессору придан блок (11) памяти, в котором хранится число созданных фронтами широтно-импульсно модулированного выходного сигнала (Uout) прерываний (I), причем микропроцессор (10) выполнен с возможностью расчета входного напряжения (Ue) по истечении продолжительности (X) измерения по следующей формуле:
Figure 00000010
где переменная Z1 соответствует первому показанию счетчика (8), Z представляет последующие показания счетчика, переписываемые в блок памяти, величина I отражает число подсчитанных в течение продолжительности (X) измерения прерываний, а а обозначает постоянную.
11. Устройство по п.9, у которого микропроцессор выполнен с возможностью обнаружения пониженных и повышенных напряжений и формирования сигнала ошибки.
12. Устройство по п.10, у которого микропроцессор выполнен с возможностью обнаружения пониженных и повышенных напряжений и формирования сигнала ошибки.
13. Устройство по п.11 или 12, у которого микропроцессор выполнен с возможностью согласования продолжительности (X) измерения с возможностью предотвращения возникновения пониженных и/или повышенных напряжений.
RU2006143192/09A 2004-05-07 2005-05-04 Устройство для аналого-цифрового преобразования измеренного напряжения RU2324286C1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102004023145.1 2004-05-07
DE102004023145A DE102004023145A1 (de) 2004-05-07 2004-05-07 Vorrichtung zur Analog/Digital Wandlung einer Messspannung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2324286C1 true RU2324286C1 (ru) 2008-05-10

Family

ID=34966673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006143192/09A RU2324286C1 (ru) 2004-05-07 2005-05-04 Устройство для аналого-цифрового преобразования измеренного напряжения

Country Status (8)

Country Link
US (1) US7649489B2 (ru)
EP (1) EP1743428B1 (ru)
CN (1) CN1981444B (ru)
AT (1) ATE446611T1 (ru)
DE (2) DE102004023145A1 (ru)
ES (1) ES2333734T3 (ru)
RU (1) RU2324286C1 (ru)
WO (1) WO2005112268A1 (ru)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005061090B3 (de) * 2005-12-21 2007-08-30 Atmel Germany Gmbh Messeinrichtung zur kapazitiven Druckmessung
DE102007061787B4 (de) * 2007-12-19 2013-07-04 Sartorius Weighing Technology Gmbh Digitale Wägevorrichtung
DE102010029693A1 (de) * 2010-06-04 2011-12-08 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung zum Erkennen eines Fehlers eines Wandlers
CN101949995B (zh) * 2010-09-02 2012-09-12 浙江大学 一种电缆故障点距离测量装置
US8836525B2 (en) * 2011-06-06 2014-09-16 Lear Corporation Isolated resistive current sensor
CN102355241B (zh) * 2011-08-04 2014-03-19 内蒙古自治区电子研究所 一种脉宽调制电路的同步电路
CN102957430B (zh) * 2011-08-26 2016-06-01 比亚迪股份有限公司 一种模数转换电路
DE102012223285A1 (de) * 2012-01-13 2013-07-18 Continental Teves Ag & Co. Ohg Schaltungsanordnung und Verfahren zur Überwachung einer PWM-Ansteuerelektronik eines Kraftfahrzeugsteuergeräts
DE102012201596A1 (de) * 2012-02-03 2013-08-08 Robert Bosch Gmbh Empfangsanordnung für ein Steuergerät in einem Fahrzeug und Verfahren zum Erzeugen eines Synchronisationspulses
CN102832940B (zh) * 2012-09-17 2015-05-06 江苏国石半导体有限公司 一种用于电流输入adc的前端电路
JP5786976B2 (ja) 2013-06-11 2015-09-30 オンキヨー株式会社 信号変調回路
CN103499733B (zh) * 2013-09-30 2016-03-30 中国科学院微电子研究所 一种高精度电压检测电路及方法
CN103760491B (zh) * 2014-01-06 2017-04-05 华南理工大学 数字式蓄电池电量监测方法与装置
US9312876B1 (en) * 2014-09-24 2016-04-12 Intel Corporation Asynchronous low-power analog-to-digital converter circuit with configurable thresholds
CN105811987B (zh) * 2016-03-09 2022-12-09 广州龙之杰科技有限公司 单积分型模数转换器及其转换方法
DE102016225044A1 (de) * 2016-12-14 2018-06-14 Micro-Epsilon Messtechnik Gmbh & Co. Kg Linearisierungsschaltung und Verfahren zum Linearisieren eines Messsignals
DE102017131226A1 (de) * 2017-12-22 2019-06-27 Dewertokin Gmbh Elektromotorischer Möbelantrieb, Möbel und Verfahren zum Erfassen einer Position eines elektromotorischen Möbelantriebs
CN113933350B (zh) * 2021-09-30 2023-12-22 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 矿浆pH值检测方法、装置及计算机可读存储介质

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1390063U (ru)
GB1390063A (en) * 1971-03-03 1975-04-09 Zschimmer G Method and apparatus for measuring a voltage with the aid of an analogue-digital converter
US4598270A (en) * 1984-10-04 1986-07-01 Rockwell International Corporation Precision integrating analog-to-digital converter system
US4584566A (en) * 1984-12-21 1986-04-22 Honeywell Inc. Analog to digital converter
JPH02246622A (ja) 1989-03-20 1990-10-02 Sony Corp 多重積分型ａ／ｄ変換装置
DE4037268A1 (de) * 1989-12-05 1991-06-06 Willi Dipl Ing Sontopski Verfahren zur analog-digital-umsetzung von stroemen (spannungen) nach dem mehrfach-integrationsprinzip
US4999632A (en) 1989-12-15 1991-03-12 Boehringer Mannheim Corporation Analog to digital conversion with noise reduction
KR920009206B1 (ko) * 1990-01-25 1992-10-14 삼성전자 주식회사 적분형 아날로그/디지탈 변환기의 기준전원 자동 제어회로
US5097264A (en) * 1990-06-18 1992-03-17 Honeywell Inc. Analog-to-digital converter
US5245343A (en) * 1990-08-03 1993-09-14 Honeywell Inc. Enhanced accuracy delta-sigma A/D converter
US5184128A (en) 1991-08-06 1993-02-02 Harris Corporation Integrating A/D converter with means for reducing rollover error
EP0628227A4 (en) 1992-02-25 1995-11-08 Laurel Electronics Inc ANALOG-DIGITAL CONVERTER WITH REALIZATION RATE AGAINST THE INTEGRATION PERIOD.
DE4403732C1 (de) 1994-02-07 1995-10-12 Siemens Ag Schaltungsanordnung zur Erzeugung pulsweiten modulierter Ausgangssignale oder zur Messung vom Impulsflankenabständen von Eingangssignalen
KR960039664A (ko) 1995-04-12 1996-11-25 이대원 반송파 동기신호에 의한 귀환형 펄스 폭 변조 적분 방식의 펄스폭 제어 장치
US6243034B1 (en) * 1998-10-29 2001-06-05 National Instruments Corporation Integrating analog to digital converter with improved resolution
DE10040373B4 (de) * 1999-08-20 2004-02-19 Sartorius Ag Analog/Digital-Umsetzer
DE10128942B4 (de) * 2001-06-18 2007-01-11 Mettler-Toledo Gmbh Integrierender A/D-Wandler
US7049855B2 (en) 2001-06-28 2006-05-23 Intel Corporation Area efficient waveform evaluation and DC offset cancellation circuits
US6693577B2 (en) * 2001-07-19 2004-02-17 Rohm Co., Ltd Integration type A/D conversion method, integration type A/D converter, and battery charger utilizing such converter
DE10140863A1 (de) 2001-08-21 2003-03-13 Siemens Ag CT-Datenaufnehmer
US6664908B2 (en) * 2001-09-21 2003-12-16 Honeywell International Inc. Synchronized pulse width modulator

Also Published As

Publication number Publication date
US7649489B2 (en) 2010-01-19
DE502005008378D1 (de) 2009-12-03
US20080258956A1 (en) 2008-10-23
CN1981444B (zh) 2011-11-16
DE102004023145A1 (de) 2005-11-24
ATE446611T1 (de) 2009-11-15
EP1743428B1 (de) 2009-10-21
EP1743428A1 (de) 2007-01-17
ES2333734T3 (es) 2010-02-26
WO2005112268A1 (de) 2005-11-24
CN1981444A (zh) 2007-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2324286C1 (ru) Устройство для аналого-цифрового преобразования измеренного напряжения
KR101390274B1 (ko) 집적된 시간 및／또는 캐패시턴스 측정 시스템, 방법 및 장치
US7532145B2 (en) High resolution and wide dynamic range integrator
RU2439593C2 (ru) Способ и устройство для измерения емкости емкостного компонента
CN110366823B (zh) 光频转换器装置和用于光频转换的方法
JPH11248806A (ja) 電量分析の手法を用いた電池の充電状態計測装置及び方法
US5886660A (en) Time-to-digital converter using time stamp extrapolation
TWI495881B (zh) 介電常數量測電路及介電常數量測方法
US20070005288A1 (en) High resolution time interval measurement apparatus and method
US11448609B2 (en) Method for operating a gas sensor arrangement and gas sensor arrangement
JP2015049148A (ja) 距離測定装置
US20150015172A1 (en) Motor controller
US20030193843A1 (en) Method for high resolution measurement of a position
EP0238646B1 (en) Dual slope converter with large apparent integrator swing
JP2009521689A (ja) 複数機能センサ回路
US9684022B2 (en) Sensor device and sensing method using the same
JP3552123B2 (ja) 時間測定装置及び距離測定装置
JP3829064B2 (ja) 静電容量型センサ
JP3802431B2 (ja) 静電容量型センサ
JP3239338B2 (ja) リップルノイズ電圧測定装置
KR100526864B1 (ko) 타임측정시스템
JPH08233873A (ja) 双方向電力量計
JPS6135729B2 (ru)
JPS62254069A (ja) 電力変換装置の電圧，電流検出方式
JP2003194634A (ja) 電池温度測定回路

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200505