RU2732444C1 - Analogue-to-digital converter for measuring oscillations - Google Patents

Analogue-to-digital converter for measuring oscillations Download PDF

Info

Publication number
RU2732444C1
RU2732444C1 RU2020105894A RU2020105894A RU2732444C1 RU 2732444 C1 RU2732444 C1 RU 2732444C1 RU 2020105894 A RU2020105894 A RU 2020105894A RU 2020105894 A RU2020105894 A RU 2020105894A RU 2732444 C1 RU2732444 C1 RU 2732444C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
block
amplifier
analogue
input
measuring
Prior art date
Application number
RU2020105894A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Владимирович Макаров
Виталий Анатольевич Харченко
Максим Андреевич Максимов
Original Assignee
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
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 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ filed Critical ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Priority to RU2020105894A priority Critical patent/RU2732444C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732444C1 publication Critical patent/RU2732444C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10Calibration or testing
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)

Abstract

FIELD: digital equipment.
SUBSTANCE: invention relates to digital engineering, particularly to devices for converting analogue voltage to digital code. Said result is achieved due to that analogue-to-digital converter for oscillation measurement consists of five switches, differential amplifier with gain factor 2, comparator, direct current amplifier with amplification factor, inverter, two analogue storage devices, control device, serial to parallel converter, counter by module M, cascode differential operational amplifier and device for measurement of maximum value of pulsed analogue signal.
EFFECT: amplification of useful signal, elimination of additive noise recording, faster operation.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области цифровой техники, в частности к устройствам преобразования аналогового напряжения в цифровой код.The invention relates to the field of digital technology, in particular to devices for converting analog voltage into a digital code.

Известен своим схожим практическим использованием аналого-цифровой преобразователь, принцип работы которого основан на использовании дополнительного узкодиапазонного аналого-цифрового преобразователя, на вход которого подается преобразуемое напряжение, что позволяет повысить точность данного устройства [1].An analog-to-digital converter is known for its similar practical use, the principle of operation of which is based on the use of an additional narrow-range analog-to-digital converter, to the input of which a converted voltage is supplied, which improves the accuracy of this device [1].

Недостатками данных устройств является большое влияние аддитивных помех и относительно невысокое быстродействие.The disadvantages of these devices are the large influence of additive noise and relatively low performance.

Наиболее близким по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь [2], принцип работы которого основан на повышении разрядности аналого-цифрового преобразования при сохранении заданного быстродействия и упрощения его архитектуры.The closest in technical essence is an analog-to-digital converter [2], the principle of operation of which is based on increasing the bit depth of the analog-to-digital conversion while maintaining a given speed and simplifying its architecture.

Применение подобных устройств ограничивается отсутствием возможности максимального усиления сигналов и возможностью регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов.The use of such devices is limited by the lack of the possibility of maximizing the signal amplification and the possibility of registering additive interference, which manifests itself in the form of local extrema.

Задачей изобретения является создание технического решения, альтернативного известному решению, дополнительно используя в схеме устройства каскодного дифференциального операционного усилителя [3] и устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала [4], что позволяет усилить полезный сигнал, исключить возможность регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов и увеличить быстродействие.The objective of the invention is to create a technical solution alternative to the known solution, additionally using a cascode differential operational amplifier [3] and a device for measuring the maximum value of a pulsed analog signal [4] in the circuit, which makes it possible to amplify the useful signal, exclude the possibility of registering additive noise, which manifests itself in the form of local extrema and increase performance.

Требуемый технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство содержит пять ключей, дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 2, компаратор, усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления, инвертор, 2 аналоговых запоминающих устройства, устройство управления, преобразователь последовательного кода в параллельный, счетчик по модулю М, каскодный дифференциальный операционный усилитель и устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала.The required technical result is achieved by the fact that the proposed device contains five keys, a differential amplifier with a gain of 2, a comparator, a DC amplifier with a gain, an inverter, 2 analog memory devices, a control device, a serial-to-parallel code converter, a counter modulo M, a cascode differential operational amplifier and a device for measuring the maximum value of a pulsed analog signal.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлен возможный вариант построения аналого-цифрового преобразователя для измерения колебаний, который в себе содержит:The essence of the invention is illustrated by a drawing, where FIG. 1 shows a possible variant of constructing an analog-to-digital converter for measuring oscillations, which contains:

1 - ключ;1 key;

2 - ключ;2 - key;

3 - ключ;3 - key;

4 - ключ;4 - key;

5 - ключ;5 - key;

6 - дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 2;6 - differential amplifier with a gain of 2;

7 - компаратор;7 - comparator;

8 - усилитель постоянного тока с коэффициентом усиления;8 - constant current amplifier with a gain;

9 - инвертор;9 - inverter;

10 - аналоговое запоминающие устройство;10 - analog storage device;

11 - аналоговое запоминающие устройство;11 - analog storage device;

12 - устройство управления;12 - control device;

13 - преобразователь последовательного кода в параллельный;13 - serial-to-parallel code converter;

14 - счетчик по модулю М;14 - counter modulo M;

15 - каскодный дифференциальный операционный усилитель;15 - cascode differential operational amplifier;

16 - устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала;16 - device for measuring the maximum value of the pulse analog signal;

Аналого-цифровой преобразователь для измерения колебаний работает следующим образом: в исходном состоянии устройство управления (12) не работает, потенциалы на его выходах неизменны, причем на первом и третьем выходах они равны единице, на втором нулю. Под действием этих потенциалов третий (3) и пятый (5) ключ будут постоянно замкнуты (открыты), а четвертый ключ (4) - разомкнут (закрыт). Входной аналоговый сигнал поступает на вход счетчика по модулю М (14) и первого аналогового запоминающего устройства (10), в котором он запоминается, и на прямые входы дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) и компаратора (7), в которых производится сравнение напряжения этого сигнала с опорным напряжением U0; величина последнего выбирается равной цене старшего разряда (например, половине максимального значения входного напряжения). Если напряжение на входе превысит U0, на выходе компаратора (7) появится логическая (лог.) 1, которая откроет ключ 1 и (через инвертор (9)) закроет ключ 2; таким образом, на инвертирующий вход дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) будет подано опорное напряжение U0. Если же напряжение на входе будет меньше U0, на выходе компаратора (7) появится лог.0, который закроет ключ 1 и откроет ключ 2: на инвертирующий вход дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) в этом случае будет подано напряжение, равное 0. Таким образом, на выходе компаратора (7) появится значение первого (старшего) разряда выходного кода, а дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 2 произведет вычитание поданного на его инверсный вход напряжения (U0 или 0) из входного и усилит в 2 раза разность напряжений на прямом и инверсном входе; в любом случае эта разность по величине окажется меньше цены разряда (в предельном случае -равна). Выходное напряжение дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (6) подается через открытый ключ (5) на вход второго аналогового запоминающего устройства (11), где оно запоминается и поступает на вход усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (8), затем оно поступает на вход каскодного дифференциального операционного усилителя (15), где максимально усиливается полезный сигнал, выход усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (8) последовательно соединен со входом каскодного дифференциального операционного усилителя (15), выход каскодного дифференциального операционного усилителя (15) последовательно соединен со входом устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (16), затем напряжение поступает на вход устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (16), после чего исключается возможность регистрации аддитивных помех, проявляющихся в виде локальных экстремумов, выход устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (16) соединен со входом ключа (4), далее через ключ (4) и компаратор (7) оно поступает на вход преобразователя последовательного кода в параллельный (13).An analog-to-digital converter for measuring oscillations works as follows: in the initial state, the control device (12) does not work, the potentials at its outputs are unchanged, and they are equal to unity at the first and third outputs, and zero at the second. Under the influence of these potentials, the third (3) and fifth (5) keys will be permanently closed (open), and the fourth key (4) will be open (closed). The input analog signal is fed to the input of the counter modulo M (14) and the first analog memory (10), in which it is stored, and to the direct inputs of a differential amplifier with a gain of 2 (6) and a comparator (7), in which a comparison is made voltage of this signal with a reference voltage U0; the value of the latter is chosen equal to the price of the most significant bit (for example, half of the maximum value of the input voltage). If the voltage at the input exceeds U0, a logical (log) 1 appears at the output of the comparator (7), which will open key 1 and (through the inverter (9)) close key 2; thus, the reference voltage U0 will be applied to the inverting input of a differential amplifier with a gain of 2 (6). If the voltage at the input is less than U0, a log 0 appears at the output of the comparator (7), which will close key 1 and open key 2: in this case, a voltage equal to 0 will be applied to the inverting input of a differential amplifier with a gain of 2 (6) Thus, the value of the first (most significant) bit of the output code will appear at the output of the comparator (7), and a differential amplifier with a gain of 2 will subtract the voltage supplied to its inverse input (U0 or 0) from the input and double the voltage difference by direct and inverse input; in any case, this difference in magnitude will be less than the discharge price (in the limiting case, it is equal). The output voltage of a differential amplifier with a gain of 2 (6) is fed through an open key (5) to the input of a second analog memory device (11), where it is stored and fed to the input of a DC amplifier with a gain of 2 (8), then it is fed to the input of the cascode differential operational amplifier (15), where the useful signal is maximally amplified, the output of the DC amplifier with a gain of 2 (8) is connected in series with the input of the cascode differential operational amplifier (15), the output of the cascode differential operational amplifier (15) is connected in series with the input devices for measuring the maximum value of the pulsed analog signal (16), then the voltage is fed to the input of the device for measuring the maximum value of the pulsed analog signal (16), after which the possibility of registering additive noise manifested in the form of local extrema is excluded, the output of the device for measuring Measurement of the maximum value of the pulse analog signal (16) is connected to the input of the key (4), then through the key (4) and the comparator (7) it is fed to the input of the serial-to-parallel code converter (13).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИSOURCES OF INFORMATION

1. Ru 2168269, 2001 г.1.Ru 2168269, 2001

2. Ru 2245000, 2005 г.2.Ru 2245000, 2005

3. Ru 2640744, 2016 г.3.Ru 2640744, 2016

4. Ru 2063048, 1996 г.4.Ru 2063048, 1996

Claims (1)

Аналого-цифровой преобразователь для измерения колебаний, состоящий из пяти ключей (блоки 1-5), дифференциального усилителя с коэффициентом усиления 2 (блок 6), компаратора (блок 7), усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (блок 8), инвертора (блок 9), два аналоговых запоминающих устройства (блок 10, блок 11), устройства управления (блок 12), преобразователя последовательного кода в параллельный (блок 13), счетчика по модулю М (блок 14), отличающийся тем, что в него дополнительно введены каскодный дифференциальный операционный усилитель (блок 15) и устройство для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (блок 16), причем выход усилителя постоянного тока с коэффициентом усиления 2 (блок 8) последовательно соединен со входом каскодного дифференциального операционного усилителя (блок 15), выход каскодного дифференциального операционного усилителя (блок 15) последовательно соединен со входом устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (блок 16), в свою очередь, выход устройства для измерения максимального значения импульсного аналогового сигнала (блок 16) соединен со входом ключа 4 (блок 4).An analog-to-digital converter for measuring oscillations, consisting of five switches (blocks 1-5), a differential amplifier with a gain of 2 (block 6), a comparator (block 7), a DC amplifier with a gain of 2 (block 8), an inverter ( block 9), two analog memory devices (block 10, block 11), control devices (block 12), a serial-to-parallel code converter (block 13), a counter modulo M (block 14), characterized in that it additionally contains cascode differential operational amplifier (block 15) and a device for measuring the maximum value of a pulsed analog signal (block 16), and the output of the DC amplifier with a gain of 2 (block 8) is connected in series with the input of the cascode differential operational amplifier (block 15), the output of the cascode differential operational amplifier (block 15) is connected in series with the input of the device for measuring the maximum value of the pulse a tax signal (block 16), in turn, the output of the device for measuring the maximum value of the pulse analog signal (block 16) is connected to the input of the key 4 (block 4).
RU2020105894A 2020-02-07 2020-02-07 Analogue-to-digital converter for measuring oscillations RU2732444C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020105894A RU2732444C1 (en) 2020-02-07 2020-02-07 Analogue-to-digital converter for measuring oscillations

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020105894A RU2732444C1 (en) 2020-02-07 2020-02-07 Analogue-to-digital converter for measuring oscillations

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732444C1 true RU2732444C1 (en) 2020-09-16

Family

ID=72516361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020105894A RU2732444C1 (en) 2020-02-07 2020-02-07 Analogue-to-digital converter for measuring oscillations

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732444C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2540852B2 (en) * 1987-04-09 1996-10-09 日本電装株式会社 Successive approximation type analog-digital converter
RU2168269C1 (en) * 1999-12-23 2001-05-27 Закрытое акционерное общество Научно-техническое предприятие "Гравиметрические технологии" Analog-to-digital converter
RU2245000C2 (en) * 2003-02-11 2005-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана" (ФГУДП "НИПИокеангеофизика") Successive-action analog-to-digital converter
RU2693647C1 (en) * 2018-02-14 2019-07-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Integrating analog-to-digital converter for measuring small electrical signals

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2540852B2 (en) * 1987-04-09 1996-10-09 日本電装株式会社 Successive approximation type analog-digital converter
RU2168269C1 (en) * 1999-12-23 2001-05-27 Закрытое акционерное общество Научно-техническое предприятие "Гравиметрические технологии" Analog-to-digital converter
RU2245000C2 (en) * 2003-02-11 2005-01-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский и проектный институт геофизических методов разведки океана" (ФГУДП "НИПИокеангеофизика") Successive-action analog-to-digital converter
RU2693647C1 (en) * 2018-02-14 2019-07-03 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Integrating analog-to-digital converter for measuring small electrical signals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3936819A (en) Amplifier for analogue signal samples with automatic gain control, and circuit for digitisation of such samples
JPH02223227A (en) Self-calibrating pipe-lining range dividing analog/digital converter
JPH06120827A (en) A/d converter
RU2732444C1 (en) Analogue-to-digital converter for measuring oscillations
US3467958A (en) Analog to digital converter using a plurality of radix amplifiers
US3119105A (en) Analog to digital converter
US8427354B2 (en) Analog to digital converter and signal processing system
RU2245000C2 (en) Successive-action analog-to-digital converter
US3936820A (en) Analog-to-digital converter
US3614777A (en) Analog-to-digital converter
RU2569809C1 (en) Device of conveyor analogue-to-digital conversion
RU2568932C2 (en) Digitally controlled logarithmic amplifier
JPH10163875A (en) Pipeline analog-to-digital converter
SU504248A1 (en) Analog storage device
RU2571916C2 (en) Method for cascade-pipeline analogue-to-digital conversion
RU2549114C2 (en) Functional analogue-to-digital converter
SU733032A1 (en) Analog memory
SU480020A1 (en) Voltage clamp
SU748511A1 (en) Analogue storage
SU1016797A1 (en) Logarithmic analog-digital converter
RU1807559C (en) Device for digital-to-analog conversion
SU378878A1 (en) Soyu • ^ md N. i. Iopa and G. O. Palamaryukjn, .U4jJf '~ • - "'" '' "- and! ', .. • =" •' '- • • - ^^ Y
SU752494A1 (en) Analogue storage
SU566343A1 (en) A-d converter
SU661465A1 (en) Degital seismic station