RU2444125C2 - Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals - Google Patents

Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals Download PDF

Info

Publication number
RU2444125C2
RU2444125C2 RU2009129755/08A RU2009129755A RU2444125C2 RU 2444125 C2 RU2444125 C2 RU 2444125C2 RU 2009129755/08 A RU2009129755/08 A RU 2009129755/08A RU 2009129755 A RU2009129755 A RU 2009129755A RU 2444125 C2 RU2444125 C2 RU 2444125C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
digital
analog
conversion
digital conversion
values
Prior art date
Application number
RU2009129755/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009129755A (en
Inventor
Валерий Николаевич Цыганенко (RU)
Валерий Николаевич Цыганенко
Алевтина Георгиевна Белик (RU)
Алевтина Георгиевна Белик
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
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 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2009129755/08A priority Critical patent/RU2444125C2/en
Publication of RU2009129755A publication Critical patent/RU2009129755A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2444125C2 publication Critical patent/RU2444125C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: electricity.
SUBSTANCE: invention is designed to produce digital values of the primary data used further in computational processing for generation of integral generalised results of measurements, including indirect ones, associated with the initial values with a non-linear functional dependence. In process of the analogue-to-digital conversion the integral averaging by Kolmogorov is realised, for this purpose the device of the analogue-to-digital conversion is added with calculators that perform direct and reverse functional conversions that comply with the dependence that associates the measurement result with the initial signal.
EFFECT: higher validity of measurement results by elimination of methodological error caused by substitution of uninterrupted values with digital ones.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для повышения достоверности результатов измерений, полученных в результате вычислительной обработки с использованием нелинейных зависимостей от входных измерительных сигналов, подвергающихся дискретизации при аналого-цифровом преобразовании.The invention relates to measuring technique and can be used to increase the reliability of the measurement results obtained as a result of computational processing using nonlinear dependencies on the input measuring signals subjected to sampling during analog-to-digital conversion.

Известно техническое решение по патенту США №7493355 «Схема конфигурации для определения среднего значения», относящееся к способу организации электронных устройств для определения среднего значения входного сигнала.A technical solution is known according to US patent No. 7493355 "Configuration scheme for determining the average value" related to the method of organizing electronic devices for determining the average value of the input signal.

Согласно изобретению схема включает накапливающий суммирующий элемент - счетчик импульсов, находящийся между высокоскоростным АЦП, преобразующим входной сигнал в n-разрядный цифровой код, и регистром, с выходов которого снимается выходной сигнал, эквивалентный среднему значению входного сигнала за время, задаваемое управляющими импульсами. Моменты времени, в которые производится суммирование счетчиком, задаются тактовой частотой счетных импульсов. Аналогово-цифровой преобразователь, авторами патента рекомендуется применение в данной схеме сигма-дельта АЦП, должен работать на частоте дискретизации, большей, чем частота Найквиста входного сигнала, для того чтобы избежать апертурной неопределенности, вызванной преобразованием непрерывных значений в дискретные.According to the invention, the circuit includes an accumulating summing element, a pulse counter, located between a high-speed ADC that converts the input signal into an n-bit digital code and a register with the outputs of which the output signal is equivalent to the average value of the input signal for the time specified by the control pulses. The time moments at which the counter is summed are set by the clock frequency of the counting pulses. An analog-to-digital converter, the authors of the patent recommend the use of a sigma-delta ADC in this circuit, should operate at a sampling frequency higher than the Nyquist frequency of the input signal in order to avoid aperture uncertainty caused by the conversion of continuous values to discrete ones.

Рассмотренное изобретение по патенту США №7493355 относится к электронным устройствам для преобразования входного аналогового сигнала в цифровой код и может использоваться для получения его среднего арифметического значения. В данном устройстве точность преобразования рассматривается независимо от способа дальнейшего использования преобразованного сигнала в информационно-измерительной системе при получении вычисляемого результата измерения. В результате погрешность, вызванная арифметическим усреднением при использовании полученных цифровых значений в нелинейных вычислениях обобщенных результатов измерения, например косвенных, не устраняется, так как значения дискретных отсчетов, снимаемых с установленной частотой дискретизации, будут иметь апертурную неопределенность даже в случае применения интегрирующего сигма-дельта АЦП.The considered invention according to US patent No. 7493355 relates to electronic devices for converting the input analog signal into a digital code and can be used to obtain its arithmetic mean value. In this device, the conversion accuracy is considered regardless of the method of further use of the converted signal in the information-measuring system upon receipt of the calculated measurement result. As a result, the error caused by arithmetic averaging when using the obtained digital values in nonlinear calculations of generalized measurement results, for example, indirect, is not eliminated, since the values of discrete samples taken with the set sampling frequency will have aperture uncertainty even in the case of using the integrating sigma-delta ADC .

Наиболее близким к предлагаемому способу является техническое решение по патенту России №2292642 «Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования напряжения», основанный на интегрировании разности входного напряжения и промежуточного сигнала, получаемого путем импульсной модуляции интеграла от указанной разности, и суммировании промежуточных сигналов за каждый период импульсной модуляции в течение времени преобразования, отличающийся тем, что к результату преобразования прибавляют разность значений выходной величины интегратора в конце и начале времени преобразования, умноженную на постоянный коэффициент, значение которого подбирают из условия исключения погрешности от краевых эффектов. Способ относится к информационно-измерительной технике, в частности к методам измерения электрического напряжения, и позволяет увеличить точность преобразования напряжения в код за счет уменьшения составляющей методической погрешности от краевых эффектов. Технический результат заключается в уменьшении погрешности и упрощении схемной реализации по сравнению с существующими способами.Closest to the proposed method is a technical solution according to Russian patent No. 2292642 "Method of integrating analog-to-digital voltage conversion" based on integrating the difference between the input voltage and the intermediate signal obtained by pulse modulation of the integral from the specified difference, and summing the intermediate signals for each period of the pulse modulation during the conversion time, characterized in that the difference in the values of the output value of the integral is added to the conversion result at the end and beginning of the conversion time, multiplied by a constant coefficient, the value of which is selected from the condition for eliminating errors from edge effects. The method relates to information-measuring equipment, in particular to methods for measuring electrical voltage, and allows to increase the accuracy of converting voltage to code by reducing the component of the methodological error from edge effects. The technical result consists in reducing the error and simplifying the circuit implementation in comparison with existing methods.

Суть способа заключается в следующем. Идеальное уравнение преобразования имеет вид:The essence of the method is as follows. The ideal transformation equation is:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Rx и Ro - сопротивления, через которые на вход интегратора АЦП подаются соответственно входное ux и опорное Uo напряжения; С - емкость конденсатора, используемого в интеграторе; Tc - длительность полного цикла преобразования; gx -весовая функция преобразуемого напряжения, в простейшем случае gx=1; go - весовая функция опорного напряжения (на интервалах, где опорное напряжение отключено go=0, в остальных случаях ее значение равно +1 или -1 в зависимости от полярности опорного напряжения в соответствующие моменты времени).where R x and R o are the resistances through which the input u x and the reference voltage U o are respectively supplied to the input of the ADC integrator; C is the capacitance of the capacitor used in the integrator; T c - the duration of the full conversion cycle; g x is the weight function of the converted voltage, in the simplest case g x = 1; g o - weighting function of the reference voltage (at intervals where the reference voltage is disabled g o = 0, in other cases its value is +1 or -1 depending on the polarity of the reference voltage at the corresponding time points).

С учетом методической погрешности от краевых эффектов уравнение преобразования, очевидно, имеет вид:Given the methodological error from edge effects, the transformation equation, obviously, has the form:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔI - разность значений выходной величины интегратора в начале и в конце цикла преобразования.where ΔI is the difference between the values of the output value of the integrator at the beginning and at the end of the conversion cycle.

Обозначив через Ux среднее за полный цикл значение входного напряжения. Тогда для результата преобразования получим:Denoting by U x the average over the full cycle value of the input voltage. Then for the conversion result we get:

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, для исключения погрешности от краевых эффектов для всех известных способов интегрирующего аналого-цифрового преобразования с промежуточным преобразованием в один из сигналов импульсной модуляции достаточно к результату преобразования прибавить поправку:Thus, to eliminate the error from edge effects for all known methods of integrating analog-to-digital conversion with intermediate conversion into one of the pulsed modulation signals, it is enough to add the correction to the conversion result:

Figure 00000004
Figure 00000004

со знаком, противоположным знаку разности ΔI.with a sign opposite the sign of the difference ΔI.

Устройство, реализующее предлагаемый способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования, содержит: формирователь весовой функции go(t), перемножитель опорного напряжения Uo на весовую функцию go(t), перемножитель преобразуемого напряжения Ux на весовую функцию gx(t), формирователь весовой функции gx(t), сумматор, интегратор, устройство сравнения, формирователь порогового уровня, устройство управления, цифровой интегратор (счетчик импульсов), генератор тактовой частоты, малоразрядный АЦП, блок ввода поправок. В конце каждого полного цикла преобразования по команде с устройства управления АЦП преобразует выходную величину интегратора в цифровой эквивалент. Полученный код передается в блок ввода поправки, где из текущего значения выходного кода АЦП вычитается предшествующее значение, разность кодов умножается на постоянный коэффициент, и полученная таким образом поправка суммируется с основным результатом преобразования, полученным в предшествующем цикле преобразования.A device that implements the proposed method of integrating analog-to-digital conversion comprises: a shaper of the weight function g o (t), a multiplier of the reference voltage U o by the weight function g o (t), a multiplier of the converted voltage U x by the weight function g x (t), shaper of the weight function g x (t), adder, integrator, comparison device, threshold level generator, control device, digital integrator (pulse counter), clock generator, low-bit ADC, correction input unit. At the end of each complete conversion cycle, at the command of the control device, the ADC converts the output value of the integrator into a digital equivalent. The resulting code is transmitted to the correction input block, where the previous value is subtracted from the current value of the ADC output code, the code difference is multiplied by a constant coefficient, and the correction obtained in this way is summed with the main conversion result obtained in the previous conversion cycle.

Рассмотренное изобретение по патенту России №2292642 RU относится к высокоточным интегрирующим АЦП и может использоваться для получения интегрального среднего арифметического за время преобразования значения входной аналоговой величины. В данном изобретении рассматривается точность преобразования независимо от вида и способа дальнейшего использования преобразованного сигнала в информационно-измерительной системе при получении вычисляемого результата измерения. В результате возникает ряд методических погрешностей, вызванных апертурной неопределенностью непрерывного сигнала при его дискретизации. Одной из них является погрешность, вызванная применением среднего арифметического значения при использовании полученного цифрового кода в нелинейных вычислениях.The considered invention according to the patent of Russia No. 2292642 RU relates to high-precision integrating ADCs and can be used to obtain the integrated arithmetic mean during the conversion of the value of the input analog quantity. The present invention considers the accuracy of the conversion, regardless of the type and method of further use of the converted signal in the information-measuring system upon receipt of the calculated measurement result. As a result, a number of methodological errors arise, caused by the aperture uncertainty of a continuous signal during its discretization. One of them is the error caused by the use of the arithmetic mean when using the resulting digital code in non-linear calculations.

Задача изобретения - повышение достоверности результатов измерения и устранение зависимости периода дискретизации от частотного спектра преобразуемого сигнала путем устранения методической погрешности, вызванной заменой непрерывных значений дискретными при проведении аналого-цифрового преобразования измерительных сигналов, используемых в дальнейшем в вычислительной обработке для получения интегральных обобщенных результатов измерений, связанных с исходной величиной нелинейной функциональной зависимостью.The objective of the invention is to increase the reliability of the measurement results and eliminate the dependence of the sampling period on the frequency spectrum of the converted signal by eliminating the methodological error caused by replacing continuous values with discrete ones when performing analog-to-digital conversion of the measurement signals used in the future in computational processing to obtain integral integrated measurement results related with the initial value of the nonlinear functional dependence.

Сущность способа состоит в том, что при проведении аналого-цифрового преобразования реализуется вычисление дискретных оценок входного сигнала на основе интегрального усреднения по Колмогорову

Figure 00000005
, для чего основной аналого-цифррвой преобразователь интегрирующего типа, дополняется вторичными устройствами, выполняющими прямое G и обратное G-1 функциональные преобразования, соответствующие зависимости, связывающей исходный сигнал с результатом измерения. Как показано в [Цыганенко В.Н., Белик А.Г. Нелинейные прикладные функциональные модели и их использование в дискретных измерительно-вычислительных системах // Системы управления и информационные технологии. - 2009. - №1. - С.68-71], такой способ позволяет устранить методическую погрешность, вызванную заменой непрерывных значений дискретными, а применение процедуры интегрирования устраняет зависимость выбора частоты дискретизации от частотного спектра преобразуемого сигнала.The essence of the method lies in the fact that when carrying out analog-to-digital conversion, the calculation of discrete estimates of the input signal based on the Kolmogorov integral averaging is implemented
Figure 00000005
, for which the main analog-to-digital converter of the integrating type is supplemented by secondary devices performing direct G and inverse G -1 functional transformations corresponding to the dependencies that connect the original signal with the measurement result. As shown in [Tsyganenko V.N., Belik A.G. Nonlinear applied functional models and their use in discrete measuring and computing systems // Control Systems and Information Technologies. - 2009. - No. 1. - S.68-71], this method allows to eliminate the methodological error caused by replacing continuous values with discrete ones, and the application of the integration procedure eliminates the dependence of the choice of the sampling frequency on the frequency spectrum of the converted signal.

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) являются устройствами, которые принимают входные аналоговые сигналы и генерируют в дискретные моменты времени соответствующие им цифровые сигналы, пригодные для обработки микропроцессорами и другими цифровыми устройствами [Никамин В.А. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи. Справочник. М.: Альтекс-А, 2003. - 224 с.]. При работе с изменяющимися во времени сигналами возникают специфические погрешности, динамические по своей природе, для оценки которых вводят понятие апертурной неопределенности, характеризующейся обычно апертурным временем, в течение которого сохраняется неопределенность между значением выборки и временем, к которому она относится.Analog-to-digital converters (ADCs) are devices that receive analog input signals and generate digital signals at discrete times that are suitable for processing by microprocessors and other digital devices [V. Nikamin. Analog-to-digital and digital-to-analog converters. Directory. M .: Altex-A, 2003. - 224 p.]. When working with time-varying signals, specific errors arise, dynamic in nature, for the estimation of which the concept of aperture uncertainty is introduced, which is usually characterized by aperture time, during which the uncertainty between the value of the sample and the time to which it relates remains.

Учесть апертурную неопределенность позволяют АЦП многотактного интегрирования, широко используемые в цифровых вольтметрах. Входящий в структуру такого АЦП интегратор обеспечивает интегрирование входного сигнала, что позволяет получать усредненную оценку напряжения за время периода интегрирования. Однако АЦП многотактного интегрирования имеют ряд недостатков. Основным является то обстоятельство, что интегрирование входного сигнала занимает в цикле преобразования только приблизительно третью часть. Две трети цикла преобразователь не принимает входной сигнал. Это ухудшает помехоподавляющие свойства интегрирующего АЦП.The aperture uncertainty can be taken into account by multi-cycle integration ADCs, which are widely used in digital voltmeters. The integrator included in the structure of such an ADC provides integration of the input signal, which makes it possible to obtain an average voltage estimate over the integration period. However, multi-cycle integration ADCs have several disadvantages. The main thing is that the integration of the input signal takes only about a third of the conversion cycle. Two-thirds of the cycle of the converter does not receive an input signal. This affects the noise suppressing properties of the integrating ADC.

Эти недостатки во многом устранены в конструкции сигма-дельта АЦП (в ранней литературе эти преобразователи назывались АЦП с уравновешиванием или балансом зарядов). Основная идея сигма-дельта метода состоит в том, что спектр шума квантования, возникающего в процессе дискретизации с низким разрешением, преобразуется так, что в полосе звуковых частот его уровень понижается, а в области высоких частот (за пределами основной полосы) повышается. Затем полученный цифровой поток обрабатывается прореживающим фильтром низких частот (фильтром - дециматором) с получением в результате последовательности отсчетов необходимой разрядности, следующих с выбранной частотой дискретизации.These shortcomings are largely eliminated in the design of the sigma-delta ADC (in the early literature, these converters were called ADCs with balancing or balance of charges). The main idea of the sigma-delta method is that the spectrum of quantization noise that occurs during low-resolution sampling is converted so that its level decreases in the audio frequency band and increases in the high-frequency region (outside the main band). Then, the obtained digital stream is processed by a low-pass decimation filter (decimator filter) to obtain, as a result of a sequence of samples, the required bit depth, following with the selected sampling frequency.

Так же, как и в АЦП многотактного интегрирования, в сигма-дельта преобразователях происходит усреднение входного сигнала на фиксированных интервалах времени, что позволяет сделать АЦП практически нечувствительным к низкочастотным периодическим помехам. Сигма-дельта АЦП характеризуются высокой точностью и низкой стоимостью и обеспечивают строго монотонный выход и высокое разрешение. При усреднении определяется среднее арифметическое значение, хотя более общей формой усреднения является усреднение по Колмогорову вида:As in multi-cycle integration ADCs, in the sigma-delta converters the input signal is averaged over fixed time intervals, which makes the ADC practically insensitive to low-frequency periodic noise. Sigma-delta ADCs are characterized by high accuracy and low cost and provide a strictly monotonic output and high resolution. When averaging, the arithmetic mean is determined, although the more general form of averaging is Kolmogorov averaging of the form:

Figure 00000006
,
Figure 00000006
,

которое может быть использовано для произвольной функциональной зависимости g(x).which can be used for an arbitrary functional dependence g (x).

Таким образом, известные способы аналого-цифрового преобразования реализуют формирование либо мгновенного значения в каждый дискретный момент времени, либо среднего арифметического за время преобразования. Средства измерения различных физико-механических величин используют в процессе формирования результата измерения вычислительные устройства, выполняющие интегральные и функциональные преобразования с первичным непрерывным сигналом. Такие преобразования наиболее характерны для систем определения количества электроэнергии, тепла, вещества и т.д. В обобщенном виде результат измерения, вычисляемый для исходного непрерывного по времени t сигнала х=f(t), может быть представлен в виде:Thus, the known methods of analog-to-digital conversion realize the formation of either an instantaneous value at each discrete time instant or the arithmetic mean during the conversion. Measuring instruments of various physical and mechanical quantities are used in the process of generating the measurement result by computing devices that perform integral and functional transformations with a primary continuous signal. Such transformations are most characteristic of systems for determining the amount of electricity, heat, matter, etc. In a generalized form, the measurement result calculated for the initial signal continuous in time t of the signal x = f (t) can be represented as:

Figure 00000007
Figure 00000007

где kp - коэффициент пропорциональности, 0<ka<1 - некоторый коэффициент усреднения, G(x) - некоторая функция. В дискретных измерительных устройствах и системах в ходе аналого-цифрового преобразования, позволяющего получать мгновенные значения величины х, происходит замена непрерывной функции х=f(t) совокупностью m дискретных значений xi, где i=1…m, а значение (1) при равномерной дискретизации с шагом Δt заменяется приближенной оценкой:where k p is the proportionality coefficient, 0 <k a <1 is some averaging coefficient, G (x) is some function. In discrete measuring devices and systems, in the course of analog-to-digital conversion, which allows to obtain instantaneous values of x, the continuous function x = f (t) is replaced by a set of m discrete values x i , where i = 1 ... m, and value (1) for uniform sampling with a step Δt is replaced by an approximate estimate:

Figure 00000008
Figure 00000008

В результате возникает методическая погрешность измерения Z, величина которой определяется разностью значений (2) и (1):

Figure 00000009
Величина погрешности δZ определяется соотношением шага дискретизации Δt и нестационарностью во времени преобразуемого сигнала. Согласно теореме Уиттекера-Шеннона-Котельникова [Басараб М.А., Зелкин Е.Г., Кравченко В.Ф., Яковлев В.П. Цифровая обработка сигналов на основе теоремы Уиттекера-Котельникова-Шеннона. - М.: Радиотехника, 2004. - 72 с.], которая определяет максимальную частоту спектра преобразуемого сигнала F, период дискретизации выбирается из условия:As a result, there arises a methodological measurement error Z, the value of which is determined by the difference in values (2) and (1):
Figure 00000009
The error δ Z is determined by the ratio of the sampling step Δt and the non-stationarity in time of the converted signal. According to the Whittaker-Shannon-Kotelnikov theorem [Basarab M.A., Zelkin E.G., Kravchenko V.F., Yakovlev V.P. Digital signal processing based on the Whittaker-Kotelnikov-Shannon theorem. - M .: Radio engineering, 2004. - 72 p.], Which determines the maximum frequency of the spectrum of the converted signal F, the sampling period is selected from the condition:

Figure 00000010
Figure 00000010

Частота дискретизации определяет требуемое быстродействие аналого-цифровых преобразователей. Способ аналого-цифрового преобразования интегрирующего типа позволяет получать интегральную среднюю арифметическую оценку преобразуемого сигнала:The sampling frequency determines the required speed of analog-to-digital converters. The method of analog-to-digital conversion of the integrating type allows you to get the integrated arithmetic average estimate of the converted signal:

Figure 00000011
Figure 00000011

которая при подстановке в оценку (2) устраняет методическую погрешность δZ только в случае, если функциональная зависимость G(x) является линейной. Выбор частоты дискретизации в измерительных аналого-цифровых преобразователях интегрирующего типа не зависит от условия (3), а определяется техническими требованиями к процедуре измерения.which, when substituted into estimate (2), eliminates the methodological error δ Z only if the functional dependence G (x) is linear. The choice of sampling frequency in measuring analog-to-digital converters of an integrating type does not depend on condition (3), but is determined by the technical requirements for the measurement procedure.

Пусть для каждого момента времени ti вычисляется интегральная оценка:Let for each moment of time t i calculate the integral estimate:

Figure 00000012
Figure 00000012

которая используется для определения функционального дискретного значения xfi путем вычисления обратной функции G-1:which is used to determine the functional discrete value x fi by calculating the inverse function G -1 :

Figure 00000013
Figure 00000013

обеспечивая, таким образом, выполнение условия

Figure 00000014
вследствие равенств
Figure 00000015
thus ensuring the fulfillment of the condition
Figure 00000014
due to the equalities
Figure 00000015

Вычисляемая по формуле (6) оценка представляет собой интегральное среднее по Колмогорову значение за время преобразования Δt.The estimate calculated by formula (6) is the Kolmogorov integral mean value over the transformation time Δt.

Таким образом, поставленная задача достигается включением в состав аналого-цифрового преобразователя устройств, выполняющих прямое и обратное вычисление функции G, применяемой для определения результата измерения по входной преобразуемой величине х=f(t). Эти вычислительные устройства необходимы для определения среднего значения по Колмогорову.Thus, the task is achieved by including in the analog-to-digital converter devices that perform direct and inverse calculation of the function G, which is used to determine the measurement result from the input transformed value x = f (t). These computing devices are necessary to determine the Kolmogorov average.

Основным методом реализации способа может быть использование интегрирующего аналого-цифрового преобразователя в соответствии с функциональной схемой, представленной на фиг.1.The main method for implementing the method may be the use of an integrating analog-to-digital Converter in accordance with the functional diagram presented in figure 1.

Исходный непрерывный сигнал х=f(t) после прохождения аналогового вторичного прибора 1, осуществляющего аналоговое функциональное преобразование G(x), преобразуется интегрирующим АЦП 2 в цифровую последовательность чисел Wi, соответствующих оценкам (5), которые на цифровом вычислителе 3 преобразуются в функциональные оценки (6). В качестве АЦП 2 наиболее целесообразно является использование сигма-дельта АЦП.The initial continuous signal x = f (t) after passing through the analog secondary device 1, which performs the analog functional conversion G (x), is converted by the integrating ADC 2 into a digital sequence of numbers W i corresponding to estimates (5), which are converted to functional on a digital computer 3 estimates (6). As the ADC 2, the most appropriate is the use of sigma-delta ADC.

Другим вариантом реализации способа является схема с использованием аналогового интегрирующего элемента и неинтегрирующего АЦП (параллельного или последовательного типа), приведенная на фиг.2. Этот вариант использует аналоговый вычислительный канал, включающий вторичные приборы 4 и 7, выполняющие прямое G и обратное G-1 преобразования, управляемый переключатель 5 и интегратор 6. В результате одного такта преобразования формируется накапливающийся непрерывный сигнал xf(t), который в конце такта преобразуется неинтегрирующим АЦП 8 в цифровой код. Устройство синхронизируется управляющей последовательностью тактовых импульсов С.Another embodiment of the method is a circuit using an analog integrating element and a non-integrating ADC (parallel or serial type), shown in figure 2. This option uses an analog computing channel, including secondary devices 4 and 7, performing direct G and reverse G -1 conversions, a controlled switch 5 and integrator 6. As a result of one clock cycle, a cumulative continuous signal x f (t) is generated, which at the end of the clock converted by a non-integrating ADC 8 into a digital code. The device is synchronized by the control sequence of clock pulses C.

Третий тип реализации способа основан на применении цифрового канала обработки информации и быстродействующего АЦП, также неинтегрирующего. Функциональная схема такого устройства представлена на фиг.3. В этом преобразователе обработка снимаемых с быстродействующего АЦП 9 числовых кодов производится программируемыми блоками 10, 12, выполняющими прямое G(xn(i-1)+j) и обратное G-1(Wi/n) функциональные преобразования, и суммирующим устройством 11, вычисляющим накопленную, сумму

Figure 00000016
, где n - количество отсчетов, сформированных АЦП за время Δt. Управление частотой формирования функциональных оценок xfi, объемом обрабатываемых сумматором 11 выборок промежуточных значений, а также выбираемыми видами функции G(x) осуществляется программным устройством управления ПУУ 13. Программный способ организации аналого-цифрового преобразования придает им полную универсальность, обеспечивая возможности управления - как параметрами преобразования, так и его видом.The third type of implementation of the method is based on the use of a digital channel for processing information and a high-speed ADC, also non-integrating. Functional diagram of such a device is presented in figure 3. In this converter, the processing of 9 numeric codes removed from the high-speed ADC is performed by programmable units 10, 12, performing direct G (x n (i-1) + j ) and inverse G -1 (W i / n) functional transformations, and summing device 11 calculating the accumulated amount
Figure 00000016
where n is the number of samples generated by the ADC for the time Δt. The frequency of generating functional estimates x fi , the volume of 11 samples of intermediate values processed by the adder, as well as the selectable types of function G (x) are controlled by the program control device PUU 13. The program method for organizing analog-to-digital conversion gives them complete versatility, providing control options as parameters transformation, and its appearance.

Таким образом, по сравнению с рассмотренными аналогом и прототипом в предлагаемом способе аналого-цифрового преобразования:Thus, in comparison with the considered analogue and prototype in the proposed method of analog-to-digital conversion:

1) среднее значение входного сигнала рассчитывается как среднее (интегральное среднее) по Колмогорову для различных функциональных зависимостей, связывающих обобщенный результат измерения с входной величиной, за счет чего устраняется методическая погрешность при вычислении результатов измерений, связанных с преобразуемой величиной нелинейной зависимостью;1) the average value of the input signal is calculated as the Kolmogorov average (integral average) for various functional dependencies that connect the generalized measurement result with the input quantity, thereby eliminating the methodological error in calculating the measurement results associated with the non-linear dependence of the converted value;

2) устраняется зависимости периода (частоты) дискретизации от частотного спектра преобразуемого сигнала.2) the dependence of the sampling period (frequency) on the frequency spectrum of the converted signal is eliminated.

Claims (2)

1. Способ аналого-цифрового преобразования измерительных сигналов входной величины x=f(t), являющейся аргументом интегрально-функционального преобразования
Figure 00000017
, включающий прямое G, обратное G-1 функциональные преобразования, интегрирование и аналого-цифровое преобразование, отличающийся тем, что процедура преобразования состоит из последовательного выполнения вычисления прямой функции G(x), связывающей результат измерения с входным аналоговым сигналом, интегрирующего аналого-цифрового преобразования и вычисления обратной функции G-1(Wi/Δt) от полученного цифрового значения Wi, отнесенного к периоду дискретизации Δt.
1. The method of analog-to-digital conversion of the measuring signals of the input quantity x = f (t), which is an argument of the integral-functional conversion
Figure 00000017
including direct G, inverse G -1 functional transformations, integration, and analog-to-digital conversion, characterized in that the conversion procedure consists of sequentially calculating the direct function G (x), connecting the measurement result with the input analog signal, integrating analog-to-digital conversion and calculating the inverse function G -1 (W i / Δt) from the obtained digital value W i related to the sampling period Δt.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что процедура преобразования состоит из последовательного выполнения вычисления прямой функции G(x), интегрирования, вычисления обратной функции G-1(Wi/Δt) и неинтегрирующего аналого-цифрового преобразования, синхронизированного с процессом интегрирования. 2. The method according to claim 1, characterized in that the conversion procedure consists of sequentially calculating the direct function G (x), integration, calculating the inverse function G -1 (W i / Δt) and a non-integrating analog-to-digital conversion synchronized with the process integration.
RU2009129755/08A 2009-08-03 2009-08-03 Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals RU2444125C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129755/08A RU2444125C2 (en) 2009-08-03 2009-08-03 Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009129755/08A RU2444125C2 (en) 2009-08-03 2009-08-03 Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009129755A RU2009129755A (en) 2011-02-10
RU2444125C2 true RU2444125C2 (en) 2012-02-27

Family

ID=45852488

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009129755/08A RU2444125C2 (en) 2009-08-03 2009-08-03 Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2444125C2 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1714808A1 (en) * 1989-08-08 1992-02-23 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Adc error correction method
RU2292642C1 (en) * 2005-09-12 2007-01-27 Пензенский государственный университет (ПГУ) Method for integrating analog-to-digital voltage conversion
US7493355B2 (en) * 2002-09-19 2009-02-17 Siemens Aktiengesellschaft Circuit configuration for averaging

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1714808A1 (en) * 1989-08-08 1992-02-23 Уфимский авиационный институт им.Серго Орджоникидзе Adc error correction method
US7493355B2 (en) * 2002-09-19 2009-02-17 Siemens Aktiengesellschaft Circuit configuration for averaging
RU2292642C1 (en) * 2005-09-12 2007-01-27 Пензенский государственный университет (ПГУ) Method for integrating analog-to-digital voltage conversion

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009129755A (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106899302A (en) The adaptive digital quantizing noise of MADS ADCS eliminates wave filter
JPH06258362A (en) Electronic watthour meter
US6639526B1 (en) Circuits and methods for a variable oversample ratio delta-sigma analog-to-digital converter
KR101422211B1 (en) Signal generating appartus and signal generating method
US9071260B2 (en) Method and related device for generating a digital output signal corresponding to an analog input signal
JPH03118483A (en) Electric power measuring apparatus
RU2444125C2 (en) Method of analogue-to-digital conversion of measurement signals
CN102340311B (en) Analog-to-digital conversion apparatus, analog-to-digital conversion method, and electronic device
US6433723B1 (en) Analog-to-digital conversion with reduced error
Napolitano et al. A novel sample-and-hold-based time-to-digital converter architecture
CN109633251B (en) IF circuit integral voltage peak-to-peak value solving method and device
JPH10232250A (en) Rms converter, and method and apparatus for measuring rms value
TWI776406B (en) A measurement unit configured to provide a measurement result value
JP2000338148A (en) Electronic watthour meter
RU2294595C1 (en) Method for integration analog-digital conversion of voltage
RU2292642C1 (en) Method for integrating analog-to-digital voltage conversion
JP3085496B2 (en) Sampling type measuring device
Pandya et al. Enhancing analog to digital converter resolution using oversampling technique
RU2291559C1 (en) Method for integrating analog-digital transformation of voltage
US10476483B2 (en) Decimation filter
RU2404438C1 (en) Signal real-time analysis device
RU2564909C1 (en) Method of two-cycle analog-digital conversion of integrating type and device for its realisation
US9088294B2 (en) Apparatus and method for the characterization of analog-to-digital converters
Sergeyev Fast AC voltage RMS measuring converter
Ashanin et al. Realisation of integrating analog-digital converter with intermediate time-impulse modulation using NI Multisim

Legal Events

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

Effective date: 20150804