RU2802872C1 - Integrating analog-to-digital converter - Google Patents

Integrating analog-to-digital converter Download PDF

Info

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
Application number
RU2023106856A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Михайлович Брехов
Наталья Александровна Пигарева
Александр Зиновьевич Ходоровский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)"
Application granted granted Critical
Publication of RU2802872C1 publication Critical patent/RU2802872C1/en

Links

Abstract

FIELD: measuring; computer technology.
SUBSTANCE: used in digital measuring instruments, as well as in systems for digital processing of analog information. For this, an integrating analog-to-digital converter is proposed, which 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, RS mode trigger 12, binary counter 13, three-input AND element 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 zeroing 19, binary counter outputs.
EFFECT: increase in the speed of the converter due to the combination of the operation of integrating the input signal and the compensation integration of a linearly changing exemplary signal of opposite polarity.
1 cl, 3 dwg

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)

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 с 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, отличающийся тем, что в него 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.An 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 key is connected to the input of the converter, the input of the second is connected to 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 of the binary counter, the reset input of the R-S mode trigger, to control input of the third analog switch and through a delay element to the binary counter reset input, 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, characterized in that that a second integrator, a fourth analog switch, an adder and a three-input AND element are introduced into it, the control inputs of the first and second analog keys are connected to the output of the R-S mode trigger and to the first input of the three-input AND element, the second input of which is connected to the output of the clock pulse generator, and the first input - 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 switch is connected to the first, and the output of the second analog switch through the second integrator - to the second input of the adder and the output of the fourth analog switch, the input of which is connected to the ground bus , and the control input is connected to the output of the pulse shaper.
RU2023106856A 2023-03-22 Integrating analog-to-digital converter RU2802872C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2802872C1 true RU2802872C1 (en) 2023-09-05

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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