RU2523939C1 - Method and apparatus for error-compensation two-step integration - Google Patents
Method and apparatus for error-compensation two-step integration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2523939C1 RU2523939C1 RU2013114169/08A RU2013114169A RU2523939C1 RU 2523939 C1 RU2523939 C1 RU 2523939C1 RU 2013114169/08 A RU2013114169/08 A RU 2013114169/08A RU 2013114169 A RU2013114169 A RU 2013114169A RU 2523939 C1 RU2523939 C1 RU 2523939C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- integration
- section
- output
- adder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники.The field of technology.
Изобретение относится к автоматике и аналоговой вычислительной технике и предназначено для создания прецизионных интеграторов аналоговых сигналов инерциальных приборов систем навигации и автоматического управления в ракетно-космических системах.The invention relates to automation and analog computing, and is intended to create precision integrators of analog signals of inertial devices of navigation systems and automatic control in space rocket systems.
Уровень техники.The level of technology.
Известны способы снижения погрешностей от входных токов и напряжения смещения, применяемых для уменьшения погрешности интеграторов на основе операционных усилителей (Дж. Рутковский. Интегральные операционные усилители. М.: «Мир», 1978 г. с.71-82), в которых выполняются компенсационные мероприятия путем введения дополнительных резисторов в цепи операционного усилителя. Недостатком способа является необходимость индивидуального подбора резисторов для каждого операционного усилителя и учета в процессе проектирования влияния дополнительных элементов на функционирование устройства.Known methods for reducing errors from input currents and bias voltage, used to reduce the error of integrators based on operational amplifiers (J. Rutkovsky. Integrated operational amplifiers. M: "Mir", 1978, p. 71-82), in which compensation measures by introducing additional resistors in the circuit of the operational amplifier. The disadvantage of this method is the need for individual selection of resistors for each operational amplifier and consideration in the design process of the influence of additional elements on the functioning of the device.
Известен способ выборочного интервального интегрирования напряжения (см. патент 2218599, Россия), в котором снижение погрешностей от интегрирования входных токов и напряжения смещения активного элемента без увеличения методической погрешности интегрирования напряжения достигается тем, что процесс интегрирования разбивается на циклы, состоящие из интервалов, в течение одного из которых производится интегрирование входного напряжения, а остальные интервалы составляют паузу, в которой изменяется структура активного интегратора для предотвращения интегрирования входных токов и напряжения смещения, после завершения процесса интегрирования результат умножают на количество интервалов. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относятся проведение интегрирования в течение ряда циклов, что значительно снижает быстродействие устройства, ограничение формы сигнала только периодическими функциями, полностью исключается возможность получения непрерывных значений функции интегрирования, усложняется аппаратная реализация способа.A known method of selective interval voltage integration (see patent 2218599, Russia), in which the reduction of errors from the integration of input currents and bias voltage of the active element without increasing the methodological error of voltage integration is achieved by the fact that the integration process is divided into cycles consisting of intervals, during one of which integrates the input voltage, and the remaining intervals make up a pause in which the structure of the active integrator changes for Integration of input currents and bias voltage, after the integration process is completed, the result is multiplied by the number of intervals. Reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include integration over a number of cycles, which significantly reduces the device’s speed, limiting the waveform to only periodic functions, completely eliminating the possibility of obtaining continuous values of the integration function, and the hardware implementation of the method is complicated.
Наиболее близким к предлагаемому является способ интегрирования периодического напряжения (см. патент 2247428, Россия), в котором снижение погрешностей от интегрирования входных токов и напряжения смещения активного элемента достигается тем, что процесс интегрирования разбивается на N тактов, включающих рабочие такты и такты коррекции смещения нулевого уровня, и дополнительном разбиении процесса интегрирования на два равных по длительности цикла, кратных периоду входного напряжения так, что количество тактов в каждом цикле равно N/2, при этом в течение первого цикла рабочими являются нечетные такты, а тактами коррекции - четные, в течение второго цикла рабочими являются четные такты, а тактами коррекции - нечетные. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании прототипа, относятся ограничение формы сигнала только периодическими функциями, проведение интегрирования в течение двух периодов периодического сигнала, что увеличивает в два раза время интегрирования, отсутствие возможности получения непрерывных значений функции интегрирования, необходимость введения дополнительных, не встроенных в способ мероприятий по измерению и коррекции ошибок.Closest to the proposed method is the integration of periodic voltage (see patent 2247428, Russia), in which the reduction of errors from the integration of input currents and bias voltage of the active element is achieved by the fact that the integration process is divided into N clock cycles, including working clocks and clocks of zero offset correction level, and an additional splitting of the integration process into two equal cycle times that are multiples of the input voltage period so that the number of cycles in each cycle is N / 2, at ohm during the first cycle of the odd cycles are operating, and strokes correction - even in the second working cycle are even strokes and strokes correction - odd. The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below when using the prototype include limiting the waveform only to periodic functions, integrating for two periods of the periodic signal, which doubles the integration time, the inability to obtain continuous values of the integration function, the need to introduce additional measures that are not built into the method for measuring and correcting errors.
Известен интегратор тока (см. патент 2442177, Россия), в котором снижение погрешностей интегрирования достигается за счет того, что устройство содержит основной и вспомогательный интеграторы тока, каждый из которых содержит истоковый повторитель на полевом транзисторе с изолированным затвором, выход которого подключен к инвертирующему входу операционного усилителя, а конденсатор включен между выходом операционного усилителя и затвором транзистора, причем вход первого интегратора через ключ и резистор соединен с землей, а выход через другой ключ соединен со входом второго интегратора. Выход последнего через резистор соединен с тем контактом балансировки первого усилителя, подключение к которому обеспечивает отрицательную обратную связь при замыкании указанного другого ключа. Недостатком устройства является необходимость предварительной (до интегрирования) балансировки интегратора и ограничение применения устройства малыми значениями токов.A known current integrator (see patent 2442177, Russia), in which the reduction of integration errors is achieved due to the fact that the device contains the main and auxiliary current integrators, each of which contains a source follower on a field-effect transistor with an insulated gate, the output of which is connected to an inverting input operational amplifier, and a capacitor is connected between the output of the operational amplifier and the gate of the transistor, the input of the first integrator through a key and a resistor connected to ground, and the output through a friend The key is connected to the input of the second integrator. The output of the latter through a resistor is connected to that balancing contact of the first amplifier, the connection to which provides negative feedback when the other key is closed. The disadvantage of this device is the need for preliminary (prior to integration) balancing of the integrator and limiting the use of the device to low currents.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для интегрирования (см. патент 2222827, Россия), в котором увеличение точности интегрирования обеспечивается применением схемы, содержащей два блока интегрирования, источник образцового напряжения, формирователь импульсов, формирователь образцового временного интервала и блок сравнения длительностей импульсов. Выходной сигнал блока поступает на второй информационный вход блока интегрирования, который компенсирует влияние дестабилизирующих факторов на выходной сигнал интегрирующего устройства. Влияние дестабилизирующих факторов на выходной сигнал интегрирующего устройства уменьшается путем подачи напряжения, компенсирующего погрешности, на инверсный вход второго блока интегрирования.Closest to the proposed one is an integration device (see patent 2222827, Russia), in which an increase in integration accuracy is provided by applying a circuit comprising two integration units, a reference voltage source, a pulse shaper, a model time interval shaper, and a pulse duration comparison unit. The output signal of the unit is supplied to the second information input of the integration unit, which compensates for the influence of destabilizing factors on the output signal of the integrating device. The influence of destabilizing factors on the output signal of the integrating device is reduced by supplying a voltage compensating for errors to the inverse input of the second integration unit.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относятся ограничение применимостью только для интегрирования постоянных напряжений, необходимость проведения измерений величины ошибки с помощью дополнительных блоков, влияние стабильности и точности дополнительных блоков на коррекцию ошибок интегрирования, последнее значительно усложняет достижение требуемого технического результата.The reasons that impede the achievement of the technical result indicated below include a limitation on applicability only for integrating constant voltages, the need to measure error values using additional units, the influence of stability and accuracy of additional units on the correction of integration errors, the latter greatly complicates the achievement of the required technical result.
Технический результат заключается в повышении точности вычисления интегральной функции преобразования выходных сигналов датчиков систем навигации без предварительных измерений ошибок и подбора элементов интегратора.The technical result consists in increasing the accuracy of calculating the integral function of converting the output signals of sensors of navigation systems without preliminary error measurements and selection of integrator elements.
Поставленная цель в способе достигается тем, что на входе интегрирующего устройства формируются два сигнала, значение напряжения первого сигнала равно входному напряжению в первом полупериоде и нулю во втором, значение напряжения второго сигнал равно входному напряжению во втором полупериоде и нулю в первом, выходной сигнал находится как сумма четырех составляющих напряжений, получаемых одновременным интегрированием сформированных на входе сигналов двумя симметричными интеграторами, первая составляющая получается интегрированием первым интегратором первого входного сигнала в первом полупериоде, вторая - как разность первой составляющей и напряжения, полученного интегрированием первого входного сигнала первым интегратором за полный период интегрирования, третья составляющая получается интегрированием вторым интегратором второго входного сигнала во втором полупериоде, четвертая составляющая получается интегрированием вторым интегратором второго входного сигнала в первом полупериоде и подается на вход сумматора с обратным знаком.The goal in the method is achieved by the fact that two signals are generated at the input of the integrating device, the voltage value of the first signal is equal to the input voltage in the first half-cycle and zero in the second, the voltage value of the second signal is equal to the input voltage in the second half-cycle and zero in the first, the output signal is the sum of the four voltage components obtained by the simultaneous integration of the signals generated at the input by two symmetric integrators, the first component is obtained by integration the first integrator of the first input signal in the first half-cycle, the second as the difference between the first component and the voltage obtained by integrating the first input signal by the first integrator for the full integration period, the third component is obtained by integrating the second integrator of the second input signal in the second half-cycle, the fourth component is obtained by integrating the second integrator of the second input signal in the first half-cycle and is fed to the input of the adder with the opposite sign.
Поставленная задача достигается тем, что устройство состоит из двух одинаковых секций интегрирования на операционных усилителях, сумматора устройства, информационные входы обеих секций интегрирования подключены к информационному входу устройства, входы обнуления секций подключены к первому управляющему входу устройства, вход подачи прямоугольного импульса периода интегрирования устройства подключен к четвертому управляющему входу первой секции интегрирования и к третьему управляющему входу второй секции интегрирования, вход подачи прямоугольного импульса первого полупериода устройства подключен ко второму и к третьему управляющим входам первой секции интегрирования и к четвертому управляющему входу второй секции интегрирования, вход подачи прямоугольного импульса второго полупериода подключен ко второму управляющему входу второй секции, первый выход первой секции подключен к первому входу сумматора устройства, второй выход первой секции подключен ко второму входу сумматора, второй выход второй секции подключен к третьему входу сумматора устройства, третий выход второй секции подключен к инверсному входу сумматора устройства, выход сумматора является выходом устройства, секция интегрирования содержит интегратор, три замыкающих ключа, один размыкающий ключ, два блока аналоговой памяти, схему вычитания на сумматоре, информационный вход интегратора подключен к первому контакту первого замыкающего ключа, второй контакт первого замыкающего ключа подключен к информационному входу интегратора и к первому контакту размыкающего ключа, второй контакт размыкающего ключа подключен к нулевому потенциалу, первый управляющий вход подключен к управляющим контактам первого замыкающего ключа и размыкающего ключа, второй управляющий вход подключен к управляющему контакту второго замыкающего ключа, третий управляющий вход подключен к управляющему контакту третьего замыкающего ключа, вход обнуления подключен к входу сброса интегратора, выход интегратора подключен к входным контактам второго и третьего замыкающих ключей, выход второго замыкающего ключа подключен к входу первого блока аналоговой памяти, выход третьего замыкающего ключа подключен к входу второго блока аналоговой памяти, выход первого блока аналоговой памяти подключен к первому входу сумматора секции интегрирования и к первому выходу секции интегрирования, выход второго блока аналоговой памяти подключен к инверсному входу сумматора и к третьему выходу секции интегрирования, выход сумматора секции интегрирования подключен к второму выходу секции интегрирования.The task is achieved in that the device consists of two identical integration sections on operational amplifiers, the device adder, the information inputs of both integration sections are connected to the information input of the device, the sections zeroing inputs are connected to the first control input of the device, the input of the rectangular pulse supply of the device integration period is connected to the fourth control input of the first integration section and to the third control input of the second integration section, an input under If a rectangular pulse of the first half-cycle of the device is connected to the second and third control inputs of the first integration section and to the fourth control input of the second integration section, the rectangular pulse feed of the second half-period is connected to the second control input of the second section, the first output of the first section is connected to the first input of the device adder , the second output of the first section is connected to the second input of the adder, the second output of the second section is connected to the third input of the adder of the device, third the output of the second section is connected to the inverse input of the adder of the device, the output of the adder is the output of the device, the integration section contains an integrator, three closing keys, one opening key, two analog memory blocks, a subtraction circuit on the adder, the information input of the integrator is connected to the first contact of the first closing key , the second contact of the first locking key is connected to the information input of the integrator and to the first contact of the disconnecting key, the second contact of the breaking key is connected to the zero potential, the first control input is connected to the control contacts of the first make-up key and the disconnect key, the second control input is connected to the control contact of the second make-up key, the third control input is connected to the control contact of the third make-up key, the zeroing input is connected to the reset input of the integrator, the integrator output is connected to the input contacts of the second and third locking keys, the output of the second locking key is connected to the input of the first block of analog memory, the output of the third locking the key is connected to the input of the second block of analog memory, the output of the first block of analog memory is connected to the first input of the adder of the integration section and to the first output of the integration section, the output of the second block of analog memory is connected to the inverse input of the adder and to the third output of the integration section, the output of the adder of the integration section is connected to the second output of the integration section.
Перечисленные отличительные признаки заявляемых изобретений позволяют повысить точность устройств интегрирования входных напряжений за счет компенсации воздействия паразитных токов и напряжений на входе интегратора за один период, не прибегая к повторным вычислениям.These distinctive features of the claimed inventions can improve the accuracy of the device integrating input voltages by compensating for the effects of stray currents and voltages at the input of the integrator for one period without resorting to re-calculations.
Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений не известны предлагаемые способ и устройство интервального интегрирования.The proposed technical solutions are new, since the proposed method and device for interval integration are not known from publicly available information.
Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций способа и построение устройства приводят к повышению точности способа и устройства интегрирования.The proposed technical solutions have an inventive step, since it does not explicitly follow from published scientific data and known technical solutions that the claimed sequence of operations of the method and the construction of the device lead to an increase in the accuracy of the integration method and device.
Предлагаемые технические решения промышленно применимы, так как основаны на схемотехнических решениях и элементной базе, широко применяющихся в аналоговых и цифровых устройствах.The proposed technical solutions are industrially applicable, as they are based on circuitry solutions and element base, widely used in analog and digital devices.
Способ двухтактного интегрирования с компенсацией погрешностей осуществляется следующим образом.The push-pull integration method with error compensation is as follows.
Одновременно интегрируются два напряженияTwo voltages integrated simultaneously
где u(t) - интегрируемое напряжение на входе устройства, uвх1(t) - напряжение, подаваемое на вход первого интегратора, uвх2(t) - напряжение на входе второго интегратора, 2τ - период интегрирования. На выходе устройства суммируются 4 функции напряженийwhere u (t) is the integrable voltage at the input of the device, u in1 (t) is the voltage supplied to the input of the first integrator, u in2 (t) is the voltage at the input of the second integrator, 2τ is the integration period. At the output of the device, 4 voltage functions are summed.
которые получаются путем интегрирования входного сигнала и паразитных составляющих, вносимых интегрированием входных токов смещения и напряжения сдвига на входе интеграторов, tи - время с момента начала интегрирования.which are obtained by integrating the input signal and spurious components introduced by integrating the input bias currents and shear stresses at the input of the integrators, t and is the time since the start of integration.
Напряжение
На втором полупериоде это напряжение остается неизменным:In the second half-cycle, this voltage remains unchanged:
Напряжение
где
Вычитая из (4)-(7) и из (5)-(8), выделим значение ошибки первого интегратора на втором полупериоде:Subtracting from (4) - (7) and from (5) - (8), we isolate the error value of the first integrator on the second half-cycle:
Третье слагаемое формулы (3) получаем интегрированием входного сигнала uвх2(t) вторым интегратором на втором полупериоде интегрирования:The third term of formula (3) is obtained by integrating the input signal u in2 (t) by the second integrator on the second integration half-period:
Четвертое слагаемое формулы (3) получается интегрированием вторым интегратором на первом полупериоде входного сигнала uвх2(t):The fourth term of formula (3) is obtained by integrating the second integrator on the first half-cycle of the input signal u in2 (t):
Подставляя формулы (4), (5), (9), (10), (11)-(14) в (3), получим:Substituting formulas (4), (5), (9), (10), (11) - (14) in (3), we obtain:
Как следует из формул (15) и (16) в случае близости значений характеристик двух интеграторов uсдв1≈uсдв2 и iсм1≈iсм2,As follows from formulas (15) and (16), if the characteristics of the two integrators are close, u sdv1 ≈u sdv2 and i cm1 ≈i cm2 ,
Следовательно, в данном случае происходит компенсация влияния токов смещения и напряжения сдвига, и представленный способ интегрирования позволяет получать на выходе устройства интегральную функцию
Из формул (15) и (16) следует, что при tи=2τ результат интегрирования точно совпадает с математическим значением интеграла:
На фиг.1 представлена структурная схема устройства двухтактного интегрирования с компенсацией погрешностей, реализующего патентуемый способ, а на фиг.2 - секции интегрирования. Устройство состоит из двух одинаковых секций интегрирования 1 и сумматора устройства 2, информационные входы 3 обеих секций интегрирования подключены к информационному входу устройства 4, входы обнуления 5 секций подключены к первому управляющему входу 6 устройства, вход подачи прямоугольного импульса периода интегрирования 7 устройства подключен к четвертому управляющему входу 8 первой секции интегрирования и к третьему управляющему входу 9 второй секции интегрирования, вход подачи прямоугольного импульса первого полупериода 10 устройства подключен ко второму 11 и к третьему 9 управляющим входам первой секции интегрирования и к четвертому управляющему входу 8 второй секции интегрирования, вход подачи прямоугольного импульса второго полупериода 12 подключен ко второму 11 управляющему входу второй секции, первый выход 13 первой секции подключен к первому входу сумматора 2 устройства, второй выход 14 первой секции подключен ко второму входу сумматора 2, второй выход 14 второй секции подключен к третьему входу сумматора 2 устройства, третий выход 15 второй секции подключен к инверсному входу сумматора 2 устройства, выход сумматора устройства является выходом устройства. Каждая секция интегрирования (фиг.2) содержит интегратор 16, два замыкающих ключа 17, 18, коммутатор 19, два блока аналоговой памяти 20, 21, схему вычитания на сумматоре 22, информационный вход 3 секции интегрирования подключен к первому контакту коммутатора 19, второй контакт коммутатора подключен к информационному входу интегратора 16, третий контакт коммутатора подключен к нулевому потенциалу, второй управляющий вход 11 секции подключен к управляющему контакту коммутатора 19, третий управляющий вход 9 секции подключен к управляющему контакту первого замыкающего ключа 17, четвертый управляющий вход 8 подключен к управляющему контакту второго замыкающего ключа 18, первый управляющий вход обнуления 5 подключен к входу сброса интегратора 16, выход интегратора подключен к входным контактам первого и второго замыкающих ключей, выход первого замыкающего ключа подключен к входу первого блока аналоговой памяти 20, выход второго замыкающего ключа подключен к входу второго блока аналоговой памяти 21, выход первого блока аналоговой памяти подключен к первому входу сумматора 22 секции интегрирования и к первому выходу 13 секции интегрирования, выход второго блока аналоговой памяти подключен к инверсному входу сумматора 22 и к третьему выходу 15 секции интегрирования, выход сумматора секции интегрирования подключен к второму выходу 14 секции интегрирования.Figure 1 presents the structural diagram of a push-pull integration device with error compensation that implements the patented method, and figure 2 - section integration. The device consists of two identical integration sections 1 and the device adder 2, the information inputs 3 of both integration sections are connected to the information input of the device 4, the zeroing inputs of 5 sections are connected to the first control input 6 of the device, the input of the rectangular pulse supply of the integration period 7 of the device is connected to the fourth control the input 8 of the first integration section and to the third control input 9 of the second integration section, the input of the rectangular pulse of the first half-cycle 10 of the device the two is connected to the second 11 and third 9 control inputs of the first integration section and to the fourth control input 8 of the second integration section, the rectangular pulse input of the second half-cycle 12 is connected to the second 11 control input of the second section, the first output 13 of the first section is connected to the first input of the adder 2 devices, the second output 14 of the first section is connected to the second input of the adder 2, the second output 14 of the second section is connected to the third input of the adder 2 of the device, the third output 15 of the second section is connected to sleep adder input device 2, the output of the adder device is an output device. Each integration section (Fig. 2) contains an integrator 16, two locking keys 17, 18, a switch 19, two analog memory blocks 20, 21, a subtraction circuit on the adder 22, the information input 3 of the integration section is connected to the first contact of the switch 19, the second contact the switch is connected to the information input of the integrator 16, the third contact of the switch is connected to the zero potential, the second control input of the section 11 is connected to the control contact of the switch 19, the third control input of the section 9 is connected to the control contact of the first of the first closing key 17, the fourth control input 8 is connected to the control pin of the second closing key 18, the first control input of zeroing 5 is connected to the reset input of the integrator 16, the output of the integrator is connected to the input contacts of the first and second closing keys, the output of the first locking key is connected to the input of the first block of analog memory 20, the output of the second locking key is connected to the input of the second block of analog memory 21, the output of the first block of analog memory is connected to the first input of the adder 22 of the integrations section Nia and to the first output of the integration section 13, the output of the second analog memory unit is connected to the inverse input of the adder 22 and to third output of the integration section 15, integrating section output of the adder is connected to the second output of the integration section 14.
На фиг.3 представлены эпюры напряжения устройства двухтактного интегрирования с компенсацией погрешностей.Figure 3 presents the voltage diagrams of a push-pull integration device with error compensation.
Рассмотрим работу устройства для случая, когда входной сигнал uвх(t) имеет форму прямоугольных импульсов длительностью 2τ. Входной сигнал через вход 4 устройства подается на информационные входы 3 первой и второй секций интегрирования. Интегрирование входного сигнала начинается с прекращением подачи напряжения сброса U2 на вход 6. На вход 7 устройства подается прямоугольный импульс периода интегрирования U3 длительностью 2τ, на вход 10 подается прямоугольный импульс первого полупериода интегрирования U4 длительностью τ, подключая информационный вход 4 устройства через коммутатор 19 к входу интегратора 16 первой секции. На вход 12 в момент времени t2 после завершения первого полупериода подается прямоугольный импульс второго полупериода интегрирования U5 длительностью τ, подключая информационный вход 4 устройства через коммутатор 19 к входу интегратора 16 второй секции.Consider the operation of the device for the case when the input signal u in (t) has the form of rectangular pulses of duration 2τ. The input signal through the input 4 of the device is fed to the
В первой интегральной секции в первом полупериоде на управляющие контакты коммутатора 19 и ключа 17 подается импульс первого полупериода интегрирования U4 длительностью τ, на управляющий контакт ключа 18 подается импульс периода интегрирования U3 длительностью 2τ, при этом ключи 17 и 18 замкнуты, информационный вход 3 секции через коммутатор 19 подключен к информационному входу интегратора 16, и на вход интегратора подается напряжение входного сигнала напряжение uвх(t), на выходе интегратора формируется сигнал интегральной функции входного напряжения за первый полупериод, содержащий ошибку, наведенную током смещения и напряжением сдвига. Этот сигнал через ключ 17 поступает в блок аналоговой памяти 20 первой секции интегрирования и из него подается на выход 13 секции и на первый вход сумматора секции 22 Uвх1Σ, через замкнутый ключ 18 сигнал интегратора поступает в блок аналоговой памяти 21, в котором формируется напряжение Un2, повторяющее в первом полупериоде Uвх1Σ, и далее напряжение Un2 поступает на инверсный вход сумматора 22 секции. Таким образом, на выходе 15 сумматора 22 первой секции интегрирования и на втором входе сумматора 2 устройства в первом полупериоде напряжение Uвх2Σ будет нулевым.In the first integral section in the first half-cycle, the pulse of the first integration half-wave U 4 of duration τ is supplied to the control contacts of the switch 19 and key 17, and the pulse of the integration period U 3 of 2τ duration is supplied to the control contact of the key 18, while the keys 17 and 18 are closed,
Во второй интегральной секции в первом полупериоде второй контакт и третий контакты коммутатора 19 замкнуты, ключи 17 и 18 замкнуты, вход интегратора 16 находится под нулевым потенциалом, на выходе интегратора формируется сигнал, содержащий только интегральную функцию ошибки, наведенную током смещения и напряжением сдвига за первый полупериод интегрирования, которая записывается через замкнутые ключи 17 и 18 в блоки аналоговой памяти 20 Un3 и 21 Un4. Разность напряжений Un3-Un4 из сумматора секции 22 подается на выход 14 второй секции, задавая нулевой потенциал на третьем входе сумматора 2 устройства Uвх3Σ в первом полупериоде. На инверсный вход сумматора 2 устройства в первом полупериоде с выхода 15 второй секции подается сигнал Uвх4Σ- интегральной функции ошибки интегрирования интегратора секции Un4 за первый полупериод.In the second integral section in the first half-cycle, the second contact and the third contacts of the switch 19 are closed, the keys 17 and 18 are closed, the input of the integrator 16 is at zero potential, a signal is generated at the output of the integrator that contains only the integral error function induced by the bias current and the shear stress for the first half-cycle of integration, which is recorded through closed keys 17 and 18 into analog memory blocks 20 U n3 and 21 U n4 . The voltage difference U n3 -U n4 from the adder of section 22 is supplied to the output 14 of the second section, setting the zero potential at the third input of the
В момент времени t2, через промежуток времени τ после начала интегрирования импульс первого полупериода интегрирования U4 заканчивается, при этом в первой секции интегрирования размыкается ключ 17 и информационный вход интегратора замыкается через коммутатор на землю, на вход интегратора первой секции подается нулевой потенциал, и продолжает интегрироваться только наведенная ошибка, которая вместе с накопленной интегральной составляющей первого полупериода передается через замкнутый ключ 18 во второй блок аналоговой памяти 21. В первом блоке памяти 20 первой секции весь второй полупериод сохраняет накопленное за интервал τ напряжение Uвх1Σ(t2), равное интегралу входного напряжения плюс ошибка интегрирования за первый полупериод. Оно подается на первый вход сумматора 22 секции и на первый вход сумматора 2 устройства. В процессе интегрирования во втором блоке памяти первой секции формируется сигнал Un2, который накапливает ошибку интегрирования за весь период и суммирует ее с интегральной функцией входного напряжения первого полупериода интегрирования. Этот сигнал подается на инверсный вход сумматора секции 22, вычитается из напряжения Uвх1Σ, формируя сигнал ошибки интегратора первой секции в течение полупериода Uвх2Σ.At time t 2 , after a period of time τ after the start of integration, the pulse of the first half-cycle of integration U 4 ends, while the key 17 is opened in the first integration section and the information input of the integrator is closed through the switch to ground, the potential is supplied to the input of the integrator of the first section, and only the induced error continues to be integrated, which, together with the accumulated integral component of the first half-cycle, is transmitted through the closed key 18 to the second block of analog memory 21. In the first the memory block 20 of the first section, the entire second half-cycle stores the voltage U in1Σ (t 2 ) accumulated over the interval τ, equal to the integral of the input voltage plus the integration error for the first half-period. It is fed to the first input of the adder 22 of the section and to the first input of the
Во втором полупериоде во второй секции ключ 17 замкнут, ключ 18 разомкнут, информационный вход интегратора через коммутатор подключен к входу 3 секции. Напряжение Un4 на выходе блока аналоговой памяти 21 остается неизменным, равным ошибке интегрирования за интервал τ. На вход интегратора через коммутатор поступает напряжение Uвх(t), с выхода интегратора в блок памяти 20 поступает сигнал Un3 интегральной функции входного напряжения Uвх(t) за второй полупериод, содержащий ошибку, наведенную током смещения и напряжением сдвига за первый полупериод, плюс ошибку, накапливаемую с момента времени t2. Напряжение Un3 из блока памяти 20 подается на первый вход сумматора секции 22, а напряжение Un4 из блока памяти 21 подается на инверсный вход сумматора секции 22 и на третий выход 15 второй секции интегрирования. На выходе 14 второй секции формируется сигнал Uвх3Σ(t), содержащий интегральную функцию входного напряжения и сигнала ошибки за промежуток времени t2-t3. На выход 15 второй секции подается сигнал ошибки интегратора Uвх4Σ- с обратным знаком, сформированной в первом полупериоде интегрирования.In the second half-cycle in the second section, the key 17 is closed, the key 18 is open, the information input of the integrator through the switch is connected to the input of 3 sections. The voltage U n4 at the output of the analog memory block 21 remains unchanged, equal to the integration error for the interval τ. The input of the integrator through the switch receives the voltage U in (t), from the output of the integrator in the memory unit 20 receives the signal U n3 of the integral function of the input voltage U in (t) for the second half-cycle, containing the error induced by the bias current and the shear stress for the first half-cycle, plus the error accumulated from time t 2 . The voltage U n3 from the memory unit 20 is supplied to the first input of the adder of the section 22, and the voltage U n4 from the memory unit 21 is supplied to the inverse input of the adder of the section 22 and to the third output 15 of the second integration section. At the output 14 of the second section, a signal U input 3Σ (t) is formed, containing the integral function of the input voltage and the error signal for a period of time t 2 -t 3 . The output of the second section 15 is fed with the error signal of the integrator U BX4Σ- with the opposite sign formed in the first half-cycle of integration.
В момент времени t3 напряжения U3, U4, U5 обнулены, ключи 17 и 18 в обеих секциях размыкаются, в блоках памяти двух секций интегрирования фиксируются значения напряжений Uвх1Σ(t3), Un2(t3), Un3(t3), Un4(t3). В блоке памяти 20 первой секции фиксируется значение интегральной функции вместе с ошибкой интегрирования за первый полупериод Uвх1Σ(t3), которое сохраняется до следующего цикла интегрирования, в блоке памяти 21 первой секции фиксируется значение Un2(t3), равное сумме интегральной функции за первый полупериод плюс значение ошибки интегрирования, накопленной интегратором первой секции за два полупериода. Uвх1Σ подается на первый вход сумматора 22 первой секции, а на его инверсный вход подается Un2. Таким образом, на втором выходе 14 первой интегральной секции получается разность Uвх2Σ(t3)=Uвх1Σ(t3)-Un2(t3), которая является выделенной во втором полупериоде ошибкой интегрирования интегратора первой секции с обратным знаком. Подавая Uвх1Σ(t3) и Uвх2Σ(t3) на сумматор устройства 2, в момент времени t3 получим составляющую суммы, задающее точное значение интеграла функции Uвх(t), за полпериода t=0…τ. В блоке памяти 20 второй секции фиксируется значение интегральной функции вместе с ошибкой интегрирования Un3(t3) за период, в блоке памяти 21 второй секции фиксируется значение Un4(t3), равное выделенной ошибке интегрирования второго интегратора за полупериод, с выхода сумматора секции в момент t3 на третий вход сумматора 2 устройства подается напряжение Uвх3Σ=Un3(t3)-Un4(t3), равное значению интеграла входной функции Uвх(t) с ошибкой интегрирования за второй полупериод, из него вычитается напряжение Uвх4Σ-(t3)=Un4(t3), подаваемое на инверсный вход сумматора 2, равное ошибке интегрирования второго интегратора за полупериод, которая на выходе сумматора 2 устройства полностью компенсирует накопленную ошибку интегрирования второго интегратора за полупериод.At time t 3, the voltages U 3 , U 4 , U 5 are reset, the keys 17 and 18 in both sections open, the voltage values U in1Σ (t 3 ), U n2 (t 3 ), U n3 are fixed in the memory blocks of the two integration sections (t 3 ), U n4 (t 3 ). In the memory block 20 of the first section, the value of the integral function is fixed together with the integration error for the first half-period U in1Σ (t 3 ), which is stored until the next integration cycle, in the memory block 21 of the first section, the value U n2 (t 3 ) is fixed, which is equal to the sum of the integral function for the first half-cycle plus the value of the integration error accumulated by the integrator of the first section in two half-periods. U in1Σ is fed to the first input of the adder 22 of the first section, and U n2 is fed to its inverse input. Thus, at the second output 14 of the first integral section, the difference U Bx2Σ (t 3 ) = U Bx1Σ (t 3 ) -U n2 (t 3 ) is obtained, which is the error in integrating the integrator of the first section with the opposite sign, highlighted in the second half-period. By feeding U in1Σ (t 3 ) and U in2Σ (t 3 ) to the adder of
При сбалансированных паразитных составляющих выходных напряжений интеграторов двух секций интегрирования напряжение UΣ(t) на выходе устройства приближается к идеальной интегральной функции входного напряжения на всем интервале интегрирования, так как в сумматоре 2 устройства в первом полупериоде происходит коррекция функции интегрирования первой интегральной секции Uвх1Σ(t) напряжением ошибки Uвх4Σ-(t) второй интегральной секции, а во втором полупериоде происходит коррекция функции интегрирования второй интегральной секции Uвх3Σ(t) напряжением ошибки Uвх2Σ(t) первой интегральной секции.With balanced spurious components of the output voltages of the integrators of the two integration sections, the voltage U Σ (t) at the output of the device approaches the ideal integral function of the input voltage over the entire integration interval, since in the
Аналогичным образом устройство будет функционировать при других формах входных сигналов.Similarly, the device will function with other forms of input signals.
Применение компенсации ошибок интегрирования в способе и устройстве двухтактного интегрирования не требуется юстировки интеграторов на операционных усилителях, проведения дополнительных процедур и схем для измерения паразитных составляющих интегрирования, позволяет полностью скомпенсировать влияние напряжений сдвига и токов смещения за один временной интервал интегрирования, что выгодно отличает предлагаемое техническое решение от прототипов.The use of compensation for integration errors in the method and device of push-pull integration does not require alignment of integrators on operational amplifiers, additional procedures and schemes for measuring spurious components of integration can completely compensate for the influence of shear stresses and bias currents for one integration time interval, which distinguishes the proposed technical solution from prototypes.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114169/08A RU2523939C1 (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Method and apparatus for error-compensation two-step integration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013114169/08A RU2523939C1 (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Method and apparatus for error-compensation two-step integration |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2523939C1 true RU2523939C1 (en) | 2014-07-27 |
Family
ID=51265183
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013114169/08A RU2523939C1 (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Method and apparatus for error-compensation two-step integration |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2523939C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602377C1 (en) * | 2015-09-23 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учрежедение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Analogue integrator of pulse signals' sequence |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4651032A (en) * | 1983-10-11 | 1987-03-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compensating integrator without feedback |
SU1695330A1 (en) * | 1989-10-12 | 1991-11-30 | Краснодарский филиал Государственного научно-исследовательского института гражданской авиации | Analogue signal integration device |
SU1764063A1 (en) * | 1989-11-20 | 1992-09-23 | Производственное объединение "Нижегородский машиностроительный завод" | Integrator |
RU2222827C1 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова | Integrating device |
RU2247428C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-02-27 | Ульяновский государственный технический университет | Method for integration of periodic voltage |
-
2013
- 2013-03-29 RU RU2013114169/08A patent/RU2523939C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4651032A (en) * | 1983-10-11 | 1987-03-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Compensating integrator without feedback |
SU1695330A1 (en) * | 1989-10-12 | 1991-11-30 | Краснодарский филиал Государственного научно-исследовательского института гражданской авиации | Analogue signal integration device |
SU1764063A1 (en) * | 1989-11-20 | 1992-09-23 | Производственное объединение "Нижегородский машиностроительный завод" | Integrator |
RU2222827C1 (en) * | 2002-07-22 | 2004-01-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Чувашский государственный университет им. И.Н.Ульянова | Integrating device |
RU2247428C1 (en) * | 2003-11-11 | 2005-02-27 | Ульяновский государственный технический университет | Method for integration of periodic voltage |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2602377C1 (en) * | 2015-09-23 | 2016-11-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учрежедение высшего профессионального образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) | Analogue integrator of pulse signals' sequence |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104040903B (en) | Time domain switching analog-digital converter apparatus and method for | |
Mohan et al. | A novel dual-slope resistance-to-digital converter | |
CN1940777B (en) | High resolution time interval measurement apparatus and method | |
CN103441764B (en) | A kind of power frequency change-over circuit | |
RU2523939C1 (en) | Method and apparatus for error-compensation two-step integration | |
JPH0820473B2 (en) | Continuous period-voltage converter | |
RU2521305C2 (en) | Method and apparatus for two-step integration | |
RU2247428C1 (en) | Method for integration of periodic voltage | |
RU2308727C1 (en) | Device for measuring electric capacity | |
RU2589771C1 (en) | Capacitance-voltage measuring transducer | |
RU2583165C1 (en) | Interpolates converter time interval in the digital code | |
RU2231077C2 (en) | Device for measurement of frequency of electric signals | |
Wadke et al. | Design and Implementation of High Precision Time to Digital Converter Readout System | |
RU2575771C1 (en) | Compensation accelerometer | |
RU2488959C1 (en) | Converter of input voltage to pulse duration | |
SU788026A1 (en) | Digital phase meter for measuring phase shift mean value | |
SU809223A1 (en) | Analog signal divider | |
SU1034173A1 (en) | Analog/digital converter for bridge transducer signal | |
JPH055514Y2 (en) | ||
RU1795479C (en) | Analog signal divider | |
SU464781A1 (en) | The converter of small displacements in the duty cycle | |
SU744978A1 (en) | Method and device for measuring dc voltages | |
RU2222828C1 (en) | Differentiating device | |
SU974577A1 (en) | Method and apparatus for measuring dc voltage | |
RU2595487C1 (en) | Sample and hold device |