RU2802872C1 - Integrating analog-to-digital converter - Google Patents
Integrating analog-to-digital converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802872C1 RU2802872C1 RU2023106856A RU2023106856A RU2802872C1 RU 2802872 C1 RU2802872 C1 RU 2802872C1 RU 2023106856 A RU2023106856 A RU 2023106856A RU 2023106856 A RU2023106856 A RU 2023106856A RU 2802872 C1 RU2802872 C1 RU 2802872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- analog
- converter
- binary counter
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной и вычислительной технике и может использоваться в цифровых измерительных приборах, а также в системах цифровой обработки аналоговой информации.The invention relates to measuring and computing technology and can be used in digital measuring instruments, as well as in systems for digital processing of analog information.
Хорошо известны аналого- цифровые преобразователи, в основе которых лежат структуры с двухтактным (компенсационным) интегрированием (SU 220622 A1, SU 132863 A1, SU1381709 A1, SU1405116 A1).Analog-to-digital converters are well known, which are based on structures with push-pull (compensation) integration (SU 220622 A1, SU 132863 A1, SU1381709 A1, SU1405116 A1).
Процесс кодирования в этих преобразователях включает два основных этапа (такта). На первом, в течение фиксированного интервала времени, осуществляется интегрирование входного сигнала. На втором —разряд интегратора образцовым напряжением, имеющим знак, противоположный входному. Временной интервал разряда оказывается при этом прямо пропорционален преобразуемой величине и его кодирование приводит к получению цифрового эквивалента измеряемой величины. За счёт подавления помех, поступающих на вход устройства, преобразователи данного типа обладают повышенной помехоустойчивостью и точностью. The encoding process in these converters includes two main stages (cycles). At the first stage, the input signal is integrated over a fixed time interval. On the second stage, the integrator is discharged with a reference voltage having a sign opposite to the input voltage. The time interval of the discharge turns out to be directly proportional to the converted value and its coding leads to obtaining a digital equivalent of the measured value. Due to the suppression of interference received at the input of the device, converters of this type have increased noise immunity and accuracy.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является интегрирующий аналого- цифровой преобразователь (SU 1410274 A1), содержащий интегратор, генератор тактовых импульсов, R-S триггер режима, двоичный счётчик, компаратор, формирователь импульсов, элемент задержки, три аналоговых ключа, двухвходовой элемент И.The closest in technical essence to the claimed device is an integrating analog-to-digital converter (SU 1410274 A1), containing an integrator, a clock generator, an R-S mode trigger, a binary counter, a comparator, a pulse shaper, a delay element, three analog switches, and a two-input AND element.
Недостатком преобразователя является большое время, затрачиваемое на получение цифрового отсчёта.The disadvantage of the converter is the long time spent on obtaining a digital reading.
Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя за счёт совмещения операции интегрирования входного сигнала и компенсационного интегрирования линейно изменяющегося образцового сигнала противоположной полярности.The purpose of the invention is to increase the speed of the converter by combining the operation of integrating the input signal and compensatory integration of a linearly varying reference signal of the opposite polarity.
Указанная цель достигается тем, что в известный интегрирующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый интегратор, генератор тактовых импульсов, R-S триггер режима, двоичный счётчик, компаратор, формирователь импульсов, элемент задержки, три аналоговых ключа, двухвходовой элемент И, вход первого аналогового ключа соединён с входом преобразователя, вход второго - с входом эталонного напряжения, выход первого интегратора подключён к первому входу компаратора и через третий аналоговый ключ - к земляной шине преобразователя, второй вход компаратора соединён к земляной шиной, а выход, через формирователь импульсов, подключён к входу считывания двоичного счётчика, входу обнуления R-S триггера режима, к управляющему входу третьего аналогового ключа и через элемент задержки к входу обнуления двоичного счётчика, выход генератора тактовых импульсов подключён к первому входу двухвходового элемента И, второй вход которого соединён с входом запуска преобразователя, а выход – с S-входом R-S триггера режима, дополнительно введены второй интегратор, четвёртый аналоговый ключ, сумматор и трёхвходовой элемент И, управляющие входы первого и второго аналоговых ключей соединены с выходом R-S триггера режима и с первым входом трёхвходового элемента И, второй вход которого соединён с выходом генератора тактовых импульсов, а первый вход - с выходом компаратора, выход трёхвходового элемента И подключён к счётному входу двоичного счётчика, выход первого аналогового ключа соединён с первым, а выход второго аналогового ключа через второй интегратор- со вторым входом сумматора и выходом четвёртого аналогового ключа, вход которого соединён с земляной шиной, а управляющий вход подключён к выходу формирователя импульсов.This goal is achieved by the fact that in a known integrating analog-to-digital converter containing a first integrator, a clock pulse generator, an R-S mode trigger, a binary counter, a comparator, a pulse shaper, a delay element, three analog switches, a two-input AND element, the input of the first analog switch is connected with the converter input, the second input is with the reference voltage input, the output of the first integrator is connected to the first input of the comparator and, through the third analog switch, to the ground bus of the converter, the second input of the comparator is connected to the ground bus, and the output, through a pulse shaper, is connected to the read input binary counter, the reset input of the R-S mode trigger, to the control input of the third analog switch and through a delay element to the reset input of the binary counter, the output of the clock pulse generator is connected to the first input of the two-input AND element, the second input of which is connected to the start input of the converter, and the output is connected to The S-input of the R-S mode trigger, additionally introduced the second integrator, the fourth analog switch, the adder and the three-input AND element, the control inputs of the first and second analog keys are connected to the output of the R-S mode trigger and with the first input of the three-input AND element, the second input of which is connected to the output of the generator clock pulses, and the first input is with the output of the comparator, the output of the three-input element And is connected to the counting input of the binary counter, the output of the first analog key is connected to the first, and the output of the second analog key through the second integrator is connected to the second input of the adder and the output of the fourth analog key, input which is connected to the ground bus, and the control input is connected to the output of the pulse shaper.
Заявляемое устройство отличается наличием второго интегратора, сумматора, четвёртого аналогового ключа и трёхвходового элемента И их связями с другими блоками преобразователя.The inventive device is distinguished by the presence of a second integrator, an adder, a fourth analog switch and a three-input element and their connections with other converter blocks.
Анализ показывает, что введение указанных блоков позволяет не менее чем в два раза сократить время, затрачиваемое на кодирование.The analysis shows that the introduction of these blocks allows us to reduce the time spent on coding by at least two times.
На фиг. 1 представлена блок-схема интегрирующего аналого- цифрового преобразователя, на фиг. 2 - функциональная схема преобразователя, а на фиг. 3 - временная диаграмма, поясняющая работу преобразователя. In fig. 1 shows a block diagram of an integrating analog-to-digital converter; FIG. 2 is a functional diagram of the converter, and in FIG. 3 - timing diagram explaining the operation of the converter.
Интегрирующий аналого- цифровой преобразователь содержит первый 1, второй 2 и третий 3 аналоговые ключи, сумматор 5, первый 6 и второй 7 интеграторы, компаратор 8, формирователь импульсов 9, генератор тактовых импульсов10, двухвходовой элемент И 11, R-S триггер режима 12, двоичный счётчик 13, трёхвходовой элемент И 14, элемент задержки 15, вход преобразователя 16, вход эталонного напряжения17, вход запуска преобразователя 18, двоичный счётчик 13 имеет следующие входы: счётный 19, чтения 20 и обнуления 19, выходы двоичного счётчика 22. The integrating analog-to-digital converter contains the first 1, second 2 and third 3 analog switches, adder 5, first 6 and second 7 integrators, comparator 8, pulse shaper 9, clock pulse generator 10, two-input element AND 11, R-S mode trigger 12, binary counter 13, three-input element AND 14, delay element 15, converter input 16, reference voltage input 17, converter start input 18, binary counter 13 has the following inputs: counting 19, reading 20 and resetting 19, binary counter outputs 22.
Интегрирующий аналого-цифровой преобразователь (фиг.1) работает следующим образом.The integrating analog-to-digital converter (Fig. 1) operates as follows.
В момент t0 на выходе двухвходового элемента И 11 выделяется импульс генератора тактовых импульсов (ГТИ) 10, совпадающий по времени с сигналом запуска, поступающим с входа 18. Этот импульс переводит R-S триггер режима 12 в единичное состояние. При этом замыкаются первый 1 и второй 2 аналоговые ключи и открывается трёхвходовой элемент 14. На вход второго интегратора 7 подаётся эталонное напряжение –Е, а на выходе начинается формирование образцового линейно изменяющегося напряжения U0 = - K (t – t0), где К = E/R1C1. Это напряжение поступает на второй вход сумматора, на первый вход которого через открытый аналоговый ключ 1 со входа 16 одновременно подаётся входное напряжение Ux. Напряжение с выхода сумматора 5 поступает на вход первого интегратора 6: At moment t 0, a pulse from the clock pulse generator (GTI) 10 is released at the output of the two-input element AND 11, which coincides in time with the trigger signal coming from input 18. This pulse turns the RS trigger of mode 12 into a single state. In this case, the first 1 and second 2 analog switches are closed and the three-input element 14 is opened. The reference voltage –E is supplied to the input of the second integrator 7, and at the output the formation of an exemplary linearly varying voltage U 0 = - K (t – t 0 ) begins, where K = E/R 1 C 1 . This voltage is supplied to the second input of the adder, the first input of which is simultaneously supplied with input voltage U x through open analog switch 1 from input 16. The voltage from the output of adder 5 is supplied to the input of the first integrator 6:
Uвх = Ux - K (t – t0) U input = U x - K (t – t 0 )
При этом на его выходе формируется напряжение: In this case, a voltage is formed at its output:
Uвых = Ux(t – t0)/RC - K (t – t0) 2/RC (фиг.3), U out = U x (t – t 0 )/RC - K (t – t 0 ) 2 /RC (Fig. 3),
Одновременно через открытый трёхвходовой элемент И 14 происходит заполнение двоичного счётчика 13. Процесс продолжается до момента времени t1 (фиг.3), когда напряжение на выходе первого интегратора 6 становится равным нулю: At the same time, through the open three-input element AND 14, the binary counter 13 is filled. The process continues until time t 1 (Fig. 3), when the voltage at the output of the first integrator 6 becomes equal to zero:
Uвых = UхTx / RC - K Тх 2 / RC = 0, (1)U out = U x T x / RC - K T x 2 / RC = 0, (1)
где Тх = t 1 – t0 where Тх = t 1 – t 0
В этот момент компаратор 8 переходит в нулевое состояние, формирователь9 вырабатывает импульс, которым осуществляется считывание информации с выходов счётчика, обнуление R-S триггера режима и через интервал времени, определяемый элементом задержки 15 перевод двоичного счётчика 11 в исходное состояние.At this moment, the comparator 8 goes to the zero state, the shaper 9 generates a pulse, which reads information from the outputs of the counter, resets the R-S mode trigger and, after a time interval determined by the delay element 15, transfers the binary counter 11 to its initial state.
Из уравнения (1) получаем:From equation (1) we obtain:
Uх= K Tx /2 (2)U x = K Tx /2 (2)
Выражая временной интервал Тх через численный эквивалент N кода, полученного к моменту времени t1 в двоичном счётчике 13, можно записать:Expressing the time interval T x through the numerical equivalent N of the code received at time t 1 in binary counter 13, we can write:
Uх= NКτ/2 + КΔt/2,U x = NКτ/2 + КΔt/2,
где Кτ/2 определяет шаг квантования преобразователя по уровню, Δt – ошибка квантования временного интервала Tx, а КΔt/2 – ошибка квантования преобразуемого сигнала по уровню.where Kτ/2 determines the quantization step of the converter by level, Δt is the quantization error of the Tx time interval, and KΔt/2 is the quantization error of the converted signal by level.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2802872C1 true RU2802872C1 (en) | 2023-09-05 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4616349A (en) * | 1982-11-22 | 1986-10-07 | Mobil Oil Corporation | Analog-to-digital converter for seismic exploration using delta modulation |
SU1410274A1 (en) * | 1986-04-07 | 1988-07-15 | Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" | Integrating a-d converter |
SU1525915A1 (en) * | 1988-03-31 | 1989-11-30 | Пензенский Политехнический Институт | Integrating a-d converter |
RU2012131C1 (en) * | 1991-06-21 | 1994-04-30 | Научно-производственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом" | Integrating a-d converter |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4616349A (en) * | 1982-11-22 | 1986-10-07 | Mobil Oil Corporation | Analog-to-digital converter for seismic exploration using delta modulation |
SU1410274A1 (en) * | 1986-04-07 | 1988-07-15 | Ленинградское научно-производственное объединение "Буревестник" | Integrating a-d converter |
SU1525915A1 (en) * | 1988-03-31 | 1989-11-30 | Пензенский Политехнический Институт | Integrating a-d converter |
RU2012131C1 (en) * | 1991-06-21 | 1994-04-30 | Научно-производственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт электромеханики с заводом" | Integrating a-d converter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101112576B1 (en) | Integrated time and/or capacitance measurement system, method and apparatus | |
JP2787445B2 (en) | Analog-to-digital converter using delta-sigma modulation | |
RU2802872C1 (en) | Integrating analog-to-digital converter | |
GB1220091A (en) | Improvements in ramp type analogue to digital converters | |
JP3192256B2 (en) | ΔΣ modulator | |
SU445983A1 (en) | Voltage-Voltage Converter Duration | |
SU1500827A2 (en) | Sensing device having automatic calibration function | |
SU754441A1 (en) | Logarithmic analogue -digital converter | |
SU1179370A1 (en) | Device for estimating amplitude of narrow-band random process | |
SU1075405A1 (en) | Analog/digital converter | |
SU556463A1 (en) | Analog-discrete integrating device | |
SU716005A1 (en) | Digital integrating voltmeter | |
SU959106A1 (en) | Analog-digital device for computing paired multiplication sums | |
SU1292171A1 (en) | Device for determining extremum point | |
RU1800616C (en) | Analog-to-digital converter | |
SU690298A1 (en) | Flowmeter digital measuring device | |
SU1226437A1 (en) | Information input device | |
SU737899A1 (en) | Device for automatic measuring of statistical characteristics of digital instrument random errors | |
SU902249A1 (en) | Time interval-to-digital code converter | |
KR100526864B1 (en) | Time measurement system | |
RU2159506C1 (en) | Code-analog converter | |
RU2240569C1 (en) | Integral transformer | |
RU2027303C1 (en) | Analog-to-code functional converter | |
SU570025A1 (en) | Device for conversion of pulse frequency | |
RU61968U1 (en) | ANALOG-DIGITAL CONVERSION DEVICE |