RU2449470C1 - Ramp-type analogue-to-digital converter - Google Patents
Ramp-type analogue-to-digital converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449470C1 RU2449470C1 RU2011114158/08A RU2011114158A RU2449470C1 RU 2449470 C1 RU2449470 C1 RU 2449470C1 RU 2011114158/08 A RU2011114158/08 A RU 2011114158/08A RU 2011114158 A RU2011114158 A RU 2011114158A RU 2449470 C1 RU2449470 C1 RU 2449470C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- mci
- input
- adc
- adder
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Description
Устройство относится к области вычислительной техники, предназначено для преобразования аналогового сигнала в код, например двоичный, и может использоваться в системах управления при автоматизации технологических процессов.The device relates to the field of computer technology, is intended to convert an analog signal into a code, such as binary, and can be used in control systems for automation of technological processes.
Известен аналого-цифровой преобразователь (АЦП) на основе следящего преобразователя напряжения в интервал времени (Мартящин А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. Преобразователи электрических параметров для систем контроля и измерения. М., Энергия, 1976, с.53), содержащий сумматор, управляемый напряжением генератор, фиксирующий элемент, фильтр, преобразователь интервала времени в напряжение.Known analog-to-digital Converter (ADC) based on the tracking voltage Converter in the time interval (Martyashchin A.I., Shakhov E.K., Shlyandin V.M. Electrical parameters converters for monitoring and measurement systems. M., Energy, 1976, p. 53) containing an adder, a voltage-controlled generator, a fixing element, a filter, a time interval to voltage converter.
Известное техническое решение имеет низкую статическую и динамическую точность по следующим причинам:The known technical solution has low static and dynamic accuracy for the following reasons:
- наличие фильтра в канале обратной связи снижает помехоустойчивость АЦП, так как фильтр в области высоких частот входного воздействия придает устройству свойства дифференцирующего звена, чувствительного к высокочастотным помехам;- the presence of a filter in the feedback channel reduces the noise immunity of the ADC, since the filter in the high-frequency region of the input exposure gives the device the properties of a differentiating element sensitive to high-frequency noise;
- канал обратной связи содержит преобразователь «интервал - напряжение», который в силу своей структуры формирует аддитивную ошибку, однозначно входящую в результирующую характеристику АЦП;- the feedback channel contains an “interval-voltage” converter, which, due to its structure, generates an additive error that is unambiguously included in the resulting ADC characteristic;
Известен АЦП по методу двухтактного интегрирования (Емельянов А.В., Шилин А.Н. Исследование АЦП двухтактного интегрирования: метод. указ. - Волгоград. ВолгГТУ, 2003. - С.4.), содержащий интегратор, ключевые и логические элементы, генераторы импульсов, счетчик, регистр памяти.Known ADCs using the push-pull integration method (Emelyanov A.V., Shilin A.N. Study of push-pull integration ADCs: method. Decree - Volgograd. Volgograd State Technical University, 2003. - P. 4.), containing an integrator, key and logical elements, generators pulses, counter, memory register.
Известное устройство имеет высокую помехоустойчивость, но относится к классу разомкнутых систем, что отрицательно влияет на точность его работы. Кроме того, АЦП на период преобразования «аналога» в «цифру» отключается от входного сигнала, что приводит к потерям информации о состоянии контролируемого объекта.The known device has a high noise immunity, but belongs to the class of open systems, which negatively affects the accuracy of its operation. In addition, the ADC is disconnected from the input signal for the period of converting “analog” to “digital”, which leads to loss of information about the state of the controlled object.
Наиболее близким к предлагаемому АЦП является многозонный развертывающий преобразователь (МРП) (SU №1183988, МПК G06G 7/12, заявл. 27.04.84, опубл. 07.10.85, Бюл. №37), содержащий сумматоры, интегратор, релейные элементы, входную и выходную клеммы.Closest to the proposed ADC is a multi-zone deployment converter (MCI) (SU No. 1183988, IPC
Устройство-прототип относится к классу автоколебательных частотно-широтно-импульсных (ЧШИМ) преобразователей интегрирующего типа, обладает высокой помехоустойчивостью и точностью работы, что обусловлено замкнутым характером структуры МРП и наличием интегратора в прямом канале регулирования.The prototype device belongs to the class of self-oscillating frequency-pulse-width (PWM) converters of the integrating type, has high noise immunity and accuracy, due to the closed nature of the MCI structure and the presence of an integrator in the direct control channel.
Преобразование выходного сигнала МРП (среднего значения выходных импульсов) в код требует включение на выходе устройства сглаживающего фильтра и непосредственно АЦП того или иного принципа действия.Converting the output signal of the MCI (the average value of the output pulses) into a code requires the inclusion of a smoothing filter at the output of the device and directly the ADC of one or another operating principle.
Такая структура будет иметь низкую точность работы, так как при ЧШИМ практически невозможно согласовать амплитудное значение пульсаций на выходе сглаживающего фильтра, которое потом может быть учтено как постоянное значение погрешности преобразования, с тактовой частотой АЦП.Such a structure will have low accuracy, since it is practically impossible to match the amplitude value of the ripple at the output of the smoothing filter during CWP, which can then be taken into account as a constant value of the conversion error with the clock frequency of the ADC.
Таким образом, известное техническое решение при построении на его основе АЦП будет характеризоваться низкой точностью.Thus, the known technical solution when constructing an ADC based on it will be characterized by low accuracy.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в повышении точности работы АЦП на базе многозонного частотно-широтно-импульсного развертывающего преобразователя.The basis of the invention is a technical problem, which consists in improving the accuracy of the ADC based on a multi-zone frequency-latitude-pulse converting converter.
Предлагаемый интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий последовательно включенные источник входного сигнала, первый сумматор, интегратор, выход которого подключен к входам группы из n-го числа релейных элементов, причем n≥3 - нечетное число, выходы релейных элементов подключены к соответствующим входам второго сумматора, выход которого подключен ко второму входу первого сумматора, группа из (n-1)-го числа ключевых элементов, входы которых соединены с выходами группы из n-го числа релейных элементов, начиная со второго релейного элемента, выходная клемма, характеризуется тем, что в него введены последовательно включенные дифференцирующее звено, демодулятор, генератор одиночного импульса и элемент задержки, а также последовательно включенные арифметическо-логическое устройство и регистр памяти, причем вход дифференцирующего звена подключен к выходу второго сумматора, выход генератора одиночного импульса подключен к командному входу арифметическо-логического устройства, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами группы из (n-1) - числа ключевых элементов, выход элемента задержки подключен к входу записи регистра памяти, выходы регистра памяти подключены к выходной клемме аналого-цифрового преобразователя.The proposed integrating analog-to-digital converter containing a series-connected input signal source, a first adder, an integrator, the output of which is connected to the inputs of a group of an n-th number of relay elements, where n≥3 is an odd number, the outputs of the relay elements are connected to the corresponding inputs of the second adder , the output of which is connected to the second input of the first adder, a group of (n-1) -th number of key elements, the inputs of which are connected to the outputs of the group of the n-th number of relay elements, starting from the second relay of the element, the output terminal, is characterized in that a differentiating element, a demodulator, a single pulse generator and a delay element, as well as arithmetic logic device and a memory register are connected in series, the input of the differentiating element connected to the output of the second adder, the output a single pulse generator is connected to the command input of an arithmetic logic device, the information inputs of which are connected to the corresponding outputs of the group of (n-1 ) - the number of key elements, the output of the delay element is connected to the input of the memory register record, the outputs of the memory register are connected to the output terminal of the analog-to-digital converter.
Предлагаемое устройство обеспечивает повышенную точность работы.The proposed device provides increased accuracy.
Поставленная техническая задача достигается за счет того, что МРП представляет собой замкнутую реверсивную автоколебательную систему. При этом каждая из модуляционных зон МРП характеризуется только ей присущим числом единичных (либо нулевых) состояний ключевых элементов, что с помощью введенного арифметико-логичекого устройства преобразуется в соответствующий данной модуляционной зоне рабочий, например, двоичный или двоично-десятичный код. Кроме того, преобразование аналогового сигнала в код производится не только в режиме нахождения МРП в заданной модуляционной зоне, но и при его переходе из одной зоны в другую.The stated technical problem is achieved due to the fact that the MCI is a closed reverse self-oscillating system. Moreover, each of the modulation zones of the MCI is characterized only by its inherent number of single (or zero) states of key elements, which, using the introduced arithmetic-logical device, is converted into a working, for example, binary or binary-decimal code, corresponding to this modulation zone. In addition, the conversion of an analog signal into a code is performed not only in the mode of finding the MCI in a given modulation zone, but also when it passes from one zone to another.
Изобретение поясняется чертежами, где на:The invention is illustrated by drawings, where:
фиг.1 дана структура предлагаемого интегрирующего АЦП;figure 1 gives the structure of the proposed integrating ADC;
фиг.2 приведены характеристики элементов АЦП;figure 2 shows the characteristics of the elements of the ADC;
фиг.3 даны диаграммы сигналов МРП;figure 3 shows the diagrams of the MCI signals;
фиг.4 приведены характеристики МРП;figure 4 shows the characteristics of the MCI;
фиг.5 представлены временные диаграммы сигналов регулятора переменного напряжения;figure 5 presents the timing diagram of the signals of the AC voltage regulator;
фиг.6, 7 статические характеристики и кодовые таблицы МРП.6, 7 static characteristics and code tables MCI.
В состав устройства (фиг.1) входит МРП 1 на основе сумматоров 2, 3, интегратора 4, выход которого подключен к группе из n-го числа релейных 5-1…5-n, причем n≥3 - нечетное число. Также группа из (n-1)-го числа ключевых элементов 6-1…6-(n-1), входы которых соединены с выходами группы из n-го числа релейных элементов 5-2…5-n, начиная со второго релейного элемента 5-1. Дополнительно в устройство введены последовательно включенные дифференцирующее звено 7, демодулятор 8, генератор одиночного импульса 9 и элемент задержки 10, а также последовательно включенные арифметическо-логическое устройство 11 и регистр памяти 12. Причем вход дифференцирующего звена 7 подключен к выходу второго сумматора 3, а выход генератора одиночного импульса 9 подключен к командному входу арифметическо-логического устройства 11, информационные входы которого соединены с соответствующими выходами группы из (n-1) - числа ключевых элементов 6-1…6-(n-1). Выход элемента задержки 10 подключен к входу записи регистра памяти 12, выходы регистра памяти 12 подключены к выходной клемме аналого-цифрового преобразователя 11. Также устройство содержит входную 13 и выходную 14 клеммы.The structure of the device (Fig. 1) includes
Элементы АЦП имеют следующие характеристики.ADC elements have the following characteristics.
Сумматоры 2, 3 выполнены с коэффициентом передачи по каждому из входов, равным 1,0.
Интегратор 4 реализован с передаточной функцией вида W(p)=1/Tиp, где Tи - постоянная времени. Его выходной сигнал нарастает линейно при скачке входного воздействия со знаком, противоположным знаку входного сигнала (фиг.2,а).Integrator 4 is implemented with a transfer function of the form W (p) = 1 / T and p, where T and is the time constant. Its output signal increases linearly with a jump in the input action with a sign opposite to the sign of the input signal (Fig. 2, a).
Релейные элементы 5-1…5-n имеют симметричную петлю гистерезиса и пороги переключения, удовлетворяющие условию:Relay elements 5-1 ... 5-n have a symmetrical hysteresis loop and switching thresholds that satisfy the condition:
|±bi|<|±b2|<|±b3|<…<|±bn|,| ± b i | <| ± b 2 | <| ± b 3 | <... <| ± b n |,
где ±bi - пороги переключения соответствующего из релейных элементов 5-1…5-n; n≥3 - целое нечетное число. Выходной сигнал релейных элементов 5-1…5-n меняется дискретно в пределах ±A/n (фиг.2,б).where ± b i - switching thresholds of the corresponding relay elements 5-1 ... 5-n; n≥3 is an odd integer. The output signal of the relay elements 5-1 ... 5-n varies discretely within ± A / n (Fig.2, b).
Ключи 6-1…6-(n-1) имеют неинвертирующую характеристику с нулевым значением порогов переключения и предназначены для преобразования биполярного входного сигнала в однополярные импульсы (фиг.2,в).The keys 6-1 ... 6- (n-1) have a non-inverting characteristic with a zero value of the switching thresholds and are designed to convert a bipolar input signal into unipolar pulses (figure 2, c).
Дифференцирующее звено 7 формирует импульсы малой длительности синхронно с передним и задним фронтами входного сигнала (фиг.2,г).The differentiating
Демодулятор 8 имеет статическую характеристику «вход-выход», показанную на фиг.2,д, и преобразует выходной сигнал звена 7 в однополярные импульсы.The
Генератор одиночного импульса 9 формирует импульсы заданной длительности и фиксированной амплитуды синхронно с выходными импульсами блока 8 (фиг.2,е).A
Элемент задержки 10 сдвигает входной сигнал на заданный интервал времени, сохраняя его форму.The
АЛУ 11 осуществляет подсчет «1» (или «0») с выходов ключей 6-1…6-(n-1) и преобразование этого числа в рабочий код, например двоичный.ALU 11 counts “1” (or “0”) from the outputs of the keys 6-1 ... 6- (n-1) and converts this number into a working code, such as binary.
Регистр памяти 12 осуществляет запись и хранение данных в течение заданного интервала времени. Запись в регистр 12 производится синхронно с передним фронтом сигнала с выхода элемента задержки 10.The memory register 12 records and stores data for a predetermined time interval. Writing to the
На диаграммах сигналов приняты следующие обозначения:The following notation is used on signal diagrams:
Xвх - сигнал задания;X in - reference signal;
Yи(t) - выходной сигнал интегратора 4;Y and (t) is the output signal of the integrator 4;
YP1, YP2(t), YP3(t), YP4(t), YP5(t) - выходные сигналы релейных элементов 4-1…4-5 соответственно;Y P1 , Y P2 (t), Y P3 (t), Y P4 (t), Y P5 (t) - output signals of relay elements 4-1 ... 4-5, respectively;
Yвых(t) - выходной сигнал сумматора 3;Y o (t) is the output signal of the
Y0 - среднее значение выходных импульсов сумматора 3;Y 0 - the average value of the output pulses of the
YГ(t) - выходной сигнал генератора 9.Y G (t) is the output signal of the
Принцип работы устройства следующий:The principle of operation of the device is as follows:
Здесь и далее полагаем, что коэффициент передачи МРП 1 равен единице, а изменение уровня входного сигнала совпадает с началом очередного цикла развертывающего преобразования. Рассмотрим работу МРП при n=3.Hereinafter, we assume that the transmission coefficient of the
При включении МРП и нулевом входном сигнале Xвх релейные элементы 5-1…5-3 устанавливаются произвольным образом, например, в состояние +А/3 (фиг.3,в-д). Под действием сигнала развертки Yи(t) с выхода интегратора 4 (фиг.3,б) происходит последовательное переключение в положение -А/3 блоков 5-1 и 5-2 (фиг.3,в, г, моменты времени t01, t02), после чего меняется направление развертывающего преобразования, и сигнал Yи(t) на выходе интегратора нарастает в положительном направлении.When you turn on MCI and a zero input signal X I relay elements 5-1 ... 5-3 are set arbitrarily, for example, in the state + A / 3 (figure 3, e-d). Under the action of the scan signal Y and (t) from the output of the integrator 4 (Fig. 3, b), a sequential switching to the position -A / 3 of blocks 5-1 and 5-2 (Fig. 3, c, d, time t 01 , t 02 ), after which the direction of the scattering transformation changes, and the signal Y and (t) at the output of the integrator increases in the positive direction.
Начиная с момента времени выполнения условия Yи(t)=b1, МРП 1 входит в режим устойчивых автоколебаний, когда амплитуда сигнала развертки Yи(t) ограничена зоной неоднозначности релейного элемента 5-1, а блоки 5-2 и 5-3 находятся в статических и противоположных по знаку выходных сигналов YP2(t), YP3(t) состояниях (фиг.3,г, д). Выходная координата Yвых(t) МРП 1 формируется за счет переключений блока 5-1 (фиг.3,в) в первой модуляционной зоне, ограниченной пределами ±A/3 (фиг.3,е).Starting from the moment of fulfillment of condition Y and (t) = b 1 ,
При отсутствии Xвх (фиг.3,а, t<t0) среднее значение Y0 импульсов Yвых(t) равно нулю. Наличие входной координаты Xвх<(А/3) (фиг.3,a, влечет за собой изменение частоты и скважности импульсов Yвых(t), так как в интервале t1 (фиг.3,в) развертка Yи(t) (фиг.3,б) изменяется под действием разности сигналов, подаваемых на сумматор 2 (фиг.3,а, е), а в интервале t2-dYи(t)/dt зависит от суммы этих воздействий. В результате Y0≡Xвх (фиг.3,е).In the absence of X I (Fig. 3, a, t <t 0 ), the average value Y 0 of the pulses Y o (t) is zero. The presence of the input coordinate X bx <(A / 3) (Fig.3, a, entails a change in the frequency and duty cycle of the pulses Y o (t), since in the interval t 1 (Fig.3, c) the scan Y and (t) (Fig.3, b) changes under the influence of the difference of the signals supplied to the adder 2 (Fig.3, a, e), and in the interval t 2 -dY and (t) / dt depends on the sum of these effects. As a result, Y 0 ≡X in (Fig. 3, e).
Предположим, что в момент времени сигнал Хвх увеличился дискретно до величины (А/3)<Xвх<А (фиг.3,а). Это нарушает условия существования режима автоколебаний в первой модуляционной зоне, и МРП 1 переходит на этап переориентации состояний релейных элементов 5-2 и 5-3, который заканчивается в момент времени t03, когда релейный элемент 5-3 переключается в положение -А/3 (фиг.3,д). Координата Yвых(t) достигает уровня - А (фиг.3,е), и МРП 1 переходит во вторую модуляционную зону, где в интервалах t1, t2 (фиг.3,в) скорость формирования развертывающей функции Yи(t) (фиг.3,б) также определяется разностью или суммой сигналов, воздействующих на сумматор 2 (Фиг.1). При этом сигнал Y0 включает постоянную составляющую -А/3 первой и среднее значение импульсного потока Yвых(t) второй модуляционных зон (фиг.3,е). Переход МРП 1 из одной модуляционной зоны в другую для малых приращений координаты Xвх сопровождается переходом системы через характерные точки с нулевым значением частоты несущих колебаний (режим частотно-нулевого сопряжения модуляционных зон).Assume that at time the signal X I increased discretely to a value of (A / 3) <X I <A (Fig.3, a). This violates the conditions for the existence of a self-oscillation mode in the first modulation zone, and
На фиг.4 приведены диаграммы сигналов МРП 1, соответствующие случаю n=5 и уровню - XВХ1 (фиг.4,ж), при котором МРП 1 работает в старшей модуляционной зоне второго квадранта статической характеристики Y0=(-1)f(XВХ).Figure 4 shows the signal diagrams of the
Предположим, что в момент времени t=t0 сигнал - XВХ1 изменился на величину XВХ1=|-XВХ1| (фиг.4,ж). Тогда начиная с момента t01 (фиг.4,а, б), МРП 1 переходит в режим переориентации релейных элементов 5-1…5-5 (фиг.4,а, в-ж, моменты времени t02, t03, t04, t05), когда на их выходах устанавливается сигнал отрицательного знака, переводящий в конечном итоге МРП 1 в четвертый квадрант характеристики Y0=(-1)f(XВХ) (фиг.4,ж). После этого автоколебательный режим вновь возобновляется в тракте релейного элемента 5-1 (фиг 4,а, б), а остальные релейные элементы находятся в статическом положении (фиг.4,в-е).Suppose that at time t = t 0 the signal - X BX1 has changed by the value X BX1 = | -X BX1 | (figure 4, g). Then, starting from the moment t 01 (Fig. 4, a, b), the
Дифференцирующее звено 7 фиксирует перепады напряжения на выходе сумматора 3 путем формирования «коротких» импульсов со знаком, который соответствует знаку производной фронта выходного сигнала сумматора 3. Затем эти импульсы выпрямляются (демодулируются) с помощью блока 8 и запускают генератор 9 (фиг.4,з).The differentiating
Модуляционная и амплитудная характеристики МРП 1 для случая нечетного числа РЭ представлены на фиг.5, которые показывают, что:The modulation and amplitude characteristics of the
- МРП 1 в каждой модуляционной зоне представляет собой систему с частотно-широтно-импульсной модуляцией, когда с ростом Xвх частота выходных импульсов уменьшается и на границе раздела модуляционных зон становится равной нулю;-
- во всем диапазоне изменения входного воздействия Xвх амплитудная характеристика МРП 1 является линейной, что объясняется замкнутым характером структуры МРП 1 и наличием интегратора в прямом канале регулирования;- in the entire range of changes in input exposure X I the amplitude characteristic of the
- количество модуляционных зон «k» МРП 1 определяется числом «n» релейных элементов 4-1…4-n и равно:- the number of modulation zones "k"
k=(n+1)/2|n≥3, 5, 7… k = (n + 1) / 2 | n≥3, 5, 7 ...
- режим автоколебаний всегда возникает в канале релейного элемента, имеющего минимальное значение порогов переключения. Остальные релейные элементы находятся в статических состояниях, знак которого зависит от порядкового номера модуляционной зоны;- the mode of self-oscillations always occurs in the channel of the relay element having the minimum value of the switching thresholds. The remaining relay elements are in static states, the sign of which depends on the serial number of the modulation zone;
- при включении МРП 1 релейные элементы могут в первый момент времени ориентироваться произвольным образом, однако, это не влияет на вид характеристики Y0=(-1)f(XВХ), так как МРП представляет собой замкнутую систему с самоориентацией релейных элементов, возникающей под действием интегратора в прямом канале регулирования. Здесь (-1) - знак инвертирования МРП 1 полярности входного сигнала.- when
Ключи 6-1…6-(n-1) преобразуют биполярные импульсы с выхода релейных элементов 5-1…5-n в однополярный сигнал (фиг.2,в).The keys 6-1 ... 6- (n-1) convert the bipolar pulses from the output of the relay elements 5-1 ... 5-n into a unipolar signal (figure 2, c).
Рассмотрим статическую характеристику Y0=(-1)f(XВХ) МРП на фиг.6,а для случая n=3. В дальнейшем выходному сигналу +А/3 релейного элемента 5-2…5-3 (или ключей 6-1, 6-2) присваиваем значение «1», а сигналу -А/3 (или сигналу «0» на выходе ключей 6-1…6-2) - значение «0». Здесь Y0 - среднее значение импульсов на выходе сумматора 3.Consider the static characteristic Y 0 = (- 1) f (X BX ) MCI in Fig.6, and for the case n = 3. In the future, the output signal + A / 3 of the relay element 5-2 ... 5-3 (or keys 6-1, 6-2) is assigned the value "1", and the signal -A / 3 (or signal "0" at the output of the keys 6 -1 ... 6-2) - the value of "0". Here Y 0 is the average value of the pulses at the output of the
При числе релейных элементов, равном трем, количество модуляционных зон равно двум (фиг.6,а): 1-я зона находится в пределах ±А/3, вторая зона первого квадранта («2-я зона «-») ограничена пределами |-А/3|≤YВЫХ(t)≤|-A|, а вторая зона («2-я зона «+») формируется в диапазоне |А/3|≤YВЫХ(t)≤|A|. Состояние релейных элементов 5-2 и 5-3 для каждой из зон строго фиксировано. Учитывая, что в МРП 1 не предусмотрено каких-либо предустановок релейных элементов, первая модуляционная зона характеризуется двумя возможными состояниями релейных элементов 01 или 10. Для старших модуляционных зон возможно только одно состояние 11 или 00.When the number of relay elements is three, the number of modulation zones is two (Fig.6, a): the 1st zone is within ± A / 3, the second zone of the first quadrant ("2nd zone" - ") is limited by | -A / 3 | ≤Y OUTPUT (t) ≤ | -A |, and the second zone ("2nd zone" + ") is formed in the range | A / 3 | ≤Y OUTPUT (t) ≤ | A |. The state of the relay elements 5-2 and 5-3 for each of the zones is strictly fixed. Given that in
Здесь и далее для модуляционных зон (за исключением первой) достаточно просто распознать знак входного сигнала: если число единиц превышает число нулей - входной сигнал имеет отрицательное значение. В противном случае - знак входного сигнала положительный. В дальнейшем знаковому разряду АЦП присваиваем «1», если XВХ имеет положительную полярность.Hereinafter, for modulation zones (with the exception of the first), it is enough to simply recognize the sign of the input signal: if the number of units exceeds the number of zeros, the input signal has a negative value. Otherwise, the sign of the input signal is positive. In the future, we assign “1” to the digit of the ADC if X BX has a positive polarity.
На фиг.6,б и фиг.7 приведены статические характеристики Y0=f(XВХ) при n=5 и n=7 соответственно. Там же показана характеристика (пунктир), которую имел бы каскад на основе последовательно включенных предлагаемого АЦП и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Ниже характеристик Y0=f(XВХ) представлены кодовые таблицы для МРП 1 с числом релейных элементов n=5 и n=7 соответственно. Их сравнительный анализ позволяет выявить следующие закономерности:Fig.6, b and Fig.7 shows the static characteristics of Y 0 = f (X BX ) with n = 5 and n = 7, respectively. It also shows the characteristic (dotted line) that the cascade would have on the basis of the proposed ADC and the digital-to-analog converter (DAC) connected in series. Below the characteristics Y 0 = f (X BX ) are the code tables for
- в первой (младшей) модуляционной зоне количество «1» и «0» равно между собой независимо от числа «n» релейных элементов;- in the first (youngest) modulation zone, the number of “1” and “0” is equal to each other regardless of the number of “n” relay elements;
- по мере удаления от младшей модуляционной зоны, например, влево по оси XВХ в каждой последующей зоне количество «1» увеличивается на одну и в пределе (старшая модуляционная зона) все «0» замещаются «1»;- as you move away from the lowest modulation zone, for example, to the left along the X-axis of the BX in each subsequent zone, the number “1” increases by one and in the limit (highest modulation zone) all “0” are replaced by “1”;
- аналогичным образом при движении вправо по оси XВХ по мере возрастания старшинства модуляционной зоны «1» последовательно замещаются «0» и для зоны, например, 3-я «-» полностью исчезают.- in a similar way, when moving to the right along the X axis, the BX as the seniority of the modulation zone “1” increases, “0” is successively replaced and for the zone, for example, the 3rd “-” completely disappears.
Таким образом, осуществляя подсчет «1» (или «0») в каждой из модуляционных зон можно получить десятичное число для данной зоны, которое в дальнейшем преобразуется в рабочий, например, двоичный код АЦП.Thus, by counting “1” (or “0”) in each of the modulation zones, you can get a decimal number for this zone, which is subsequently converted into a working, for example, binary ADC code.
Для этой цели в рассматриваемом устройстве служит АЛУ 11, в функции которого входит:For this purpose, in the device in question,
1) определение числа «1» на выходе ключей 6-1…6-(n-1) и преобразование этого числа в рабочий код АЦП;1) determining the number “1” at the output of the keys 6-1 ... 6- (n-1) and converting this number into a working ADC code;
2) формирование знакового разряда выходного кода путем сравнения числа «1» и «0» (фактически путем мажоритарного принципа: «если «нулей» больше, следовательно, знак входного сигнала положительный» и знаковому разряду присваивается «1»). Младшая (первая) зона эквивалентна нулевому значению входного сигнала, и знак ей не присваивается.2) the formation of a significant digit of the output code by comparing the numbers “1” and “0” (in fact, by the majority principle: “if there are more“ zeros ”, therefore, the sign of the input signal is positive” and “1” is assigned to the digit). The lowest (first) zone is equivalent to a zero value of the input signal, and no sign is assigned to it.
Команда на выполнение АЛУ 11 заданной программы производится синхронно с фронтами выходного сигнала сумматора 3. Для этого служат дифференцирующее звено 7, демодулятор 8, генератор 9. Тем самым изменение кода фиксируется не только в процессе нахождения МРП1 в заданной модуляционной зоне, но и при его переходах из одной модуляционной зоны в другую.The command to execute
После выполнения АЛУ 11 заданной операции с задержкой времени, формируемой элементом 10, данные из АЛУ 11 переносятся в регистр памяти 12.After performing ALU 11 a specified operation with a time delay generated by
Количество релейных элементов, необходимых для получения требуемой разрядности nR АЦП, определяется из соотношения:The number of relay elements required to obtain the required capacity n R ADC is determined from the ratio:
Например, для получения 8-разрядного АЦП необходим МРП на базе 511 релейных элемента, что может быть реализовано с использованием программных средств аналоговой и цифровой электроники. Предложенное техническое решение имеет следующие основные преимущества:For example, to obtain an 8-bit ADC, an MCI based on 511 relay elements is required, which can be implemented using analog and digital electronics software. The proposed technical solution has the following main advantages:
- АЦП является реверсивным (может работать с сигналами любого знака) в силу характеристик МРП 1;- the ADC is reversible (can work with signals of any sign) due to the characteristics of the
- АЦП обладает повышенной помехоустойчивостью благодаря интегратору 4 в прямом канале МРП1;- The ADC has increased noise immunity due to integrator 4 in the forward channel МРП1;
- АЦП имеет повышенную точность работы, так как МРП 1 представляет собой замкнутую систему регулирования;- The ADC has increased accuracy, since the
- АЦП не содержит тактового генератора, функции которого выполняет непосредственно МРП 1. Преобразование аналогового сигнала в код происходит не только в установившемся режиме, но и в процессе перехода МРП 1 из одной модуляционной зоны в другую.- The ADC does not contain a clock generator whose functions are performed directly by the
Предлагаемый интегрирующий аналого-цифровой преобразователь может использоваться в системах управления при автоматизации технологических процессов.The proposed integrating analog-to-digital converter can be used in control systems for the automation of technological processes.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011114158/08A RU2449470C1 (en) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | Ramp-type analogue-to-digital converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011114158/08A RU2449470C1 (en) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | Ramp-type analogue-to-digital converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2449470C1 true RU2449470C1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=46297695
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011114158/08A RU2449470C1 (en) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | Ramp-type analogue-to-digital converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2449470C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496228C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Ramp-type analogue-to-digital converter |
RU2552147C1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Integrating analogue-to-digital converter with pulse-width modulation |
RU2571549C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Method of integrating analogue-to-digital conversion |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1183988A1 (en) * | 1984-04-27 | 1985-10-07 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Timebase amplifier |
SU1437881A2 (en) * | 1987-01-22 | 1988-11-15 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Multiple-zone scanning amplifier |
RU2153764C1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-07-27 | Южно-Уральский государственный университет | Scanning converter |
JP2003318734A (en) * | 2002-04-18 | 2003-11-07 | Alps Electric Co Ltd | Analog-to-digital converter |
-
2011
- 2011-04-11 RU RU2011114158/08A patent/RU2449470C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1183988A1 (en) * | 1984-04-27 | 1985-10-07 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Timebase amplifier |
SU1437881A2 (en) * | 1987-01-22 | 1988-11-15 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Multiple-zone scanning amplifier |
RU2153764C1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-07-27 | Южно-Уральский государственный университет | Scanning converter |
JP2003318734A (en) * | 2002-04-18 | 2003-11-07 | Alps Electric Co Ltd | Analog-to-digital converter |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2496228C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-10-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Ramp-type analogue-to-digital converter |
RU2571549C1 (en) * | 2014-06-10 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Method of integrating analogue-to-digital conversion |
RU2552147C1 (en) * | 2014-06-16 | 2015-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) | Integrating analogue-to-digital converter with pulse-width modulation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN105306059A (en) | Successive approximation analog to digital converter device | |
RU2449470C1 (en) | Ramp-type analogue-to-digital converter | |
RU2496228C1 (en) | Ramp-type analogue-to-digital converter | |
CN101051839B (en) | Switch capacitor circuit with noise shaping function and method thereof | |
WO2015043020A1 (en) | High-precision voltage detection circuit and method | |
CN1628419A (en) | Analog-digital conversion apparatus | |
CN103916104A (en) | PWM signal generating circuit, printer, and PWM signal generating method | |
CN109698687B (en) | Magnetic signal detection time sequence control circuit and control method | |
RU167428U1 (en) | SINUS-COSINUS SIGNAL CONVERTER TO POSITION CODE | |
CN101517896B (en) | A/d converter | |
US3349230A (en) | Trigonometric function generator | |
CN106788438B (en) | Voltage-to-time conversion circuit | |
CN106330169B (en) | A kind of timing sequence conversion and data-latching circuit suitable for asynchronous SAR ADC | |
US3313927A (en) | Pulse width comparator | |
Kościelnik et al. | A clockless time-to-digital converter | |
CN109412598A (en) | A kind of successive approximation analog-digital commutator | |
RU2491715C1 (en) | High-speed analogue-digital-analogue converter with non-clock bitwise balancing | |
RU2288532C1 (en) | Phase-shifter | |
Agrawal et al. | Development of system-on-chip based digital control for power converter application | |
RU2429563C1 (en) | Bidirectional number-pulse analogue-to-digital converter | |
Hung | Delay-line sharing based: a new CMOS digital PWM circuit | |
RU2571549C1 (en) | Method of integrating analogue-to-digital conversion | |
Dudkin et al. | A tactless analog-to-digital converter with bit-by-bit equilibration | |
RU2464702C1 (en) | Ramp-type pulse-number analogue-to-digital converter | |
TW201332294A (en) | Counter based digital pulse width modulation device could scalable the resolution |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130412 |