SU1039027A2 - Параллельно-последовательный преобразователь напр жени в код - Google Patents

Abstract

ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КОД по авт.св. Ю 513.490, о т л и- . чаю щи и с   тем, целью уменьшени  динамической погрешности , введены генераторы пилообразного и ступенчатого измен ющегос  напр жений, два элемента сравнени , регистр, вычитающее устройство, триргер с включенным параллельно его вхо дам элементом задержки и фиксирующие триггеры, управл ющие входы которых подключены к первому входу триггера и входу генератора ступенчато измен ющегос /Напр жени , вы;ход которого непосредственно и че|рез вычитающее устройство соединен ,с первыми входами первого и второго элементов сравнени  соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора пилообразного напр жени , при этом выход первого элемента сравнени  соединен не- посредственно с входами опроса компараторов первой ступени и через триггер -. с входом записи регистра , первый и второй входы которого .: соединены с выходами шифраторов первой и второй ступени соответственно , а выход второго элемента сравнени  - с входами опроса ком- параторов второй ступени, причем вы (Л ходы устройства выделени  старшей единицы соединены с управл ющими входами ключей и входами шифрато|ра первой ступени через фиксирую-щие триггеры. .

Description

OQ СО

to . Изобретение относитс  к аналогоцифровой вычислительной технике и может быть использовано при автоматическом измерении широкополосньк периодических сигналов, По основному авт.св. № 513490 известен параллельно-последовательный преобразователь .напр жени  в код, содержащий источник эталонных напр жений, выходы которого соединены с одними входами компараторов первой ступени, вторые входы которых подключены к источнику преобразу емого напр жени , и с входами ключей , управл ющие входы которых и входы шифратора первой ступени соединены с выходами устройства выделени  старшей единицы, входы последнего подключены к выходам ко:мпара-1 торов первой ступени, компараторы второй ступени, одни входы которых соединены с выходом источника преоб разуемого напр жени , другие - с вых дами последовательного делител  напр жени , а выходы - с входами шифр тора второй ступени, суммирующий и инвертирующий операционные усилители и- резисторы, включенные между об щей шиной и первым выходом ключей, вторые выходы которых через инвертирующий операционный усилитель под ключены к одному входу последователь ного делител  напр жени , второй вх которого соединен с выходом суммиру щего операционного усилител , один вход последнего подключен к выходу дополнительного, эталонного источника , а второй вход - к вторым выходам ключей. Недостатком устройства  вл етс  высока  динамическа  погрешность пр образовани  в режиме амплитудно-вре менного квантовани  сигнала. При амплитудно-временном квантов нии непрерывного сигнала производит с  его преобразование в последовательность цифровых кодов, соответст щих мгновенным значени м измер емог сигнала в фиксированные моменты вр мени. В данном преобразователе межд моментом определени  старших разр д выходного кода и моментом определени  младших разр дов с помощью компараторов второй ступени должно про ти определенное врем , определ емое длительностью переходных процессов переключени  ключей и установлени  выходного напр жени  инвертирующего и суммирующего усилителей. Динамическую, ошибку, обусловленн временем преобразовани , можно оценить по следующей формуле Аин-1 .) . где Tjj - апертурноё врем  примен е мых компараторов; Тзк - врем  задержки компаратор Т, врем  задержки шифратора; Т. - врем  установлени  переходных процессов переключени  ключей и выходного напр жени  усилителей; 5 - скорость изменени  сигнала. При высокой скорости нарастани  измер емого сигнала младшие разр ды выходного кода будут определ тьс  неверно, при этом ошибка в опре-. делении--мгновенного значени  сигнала может достигать преобразовани  компараторов первой ступени. Цель иг1Обретени  - уменьшение ди- . намической погрешности.. Дл  достижени  поставленной цели в параллельно-последовательный преобразователь напр жени  в код введены генераторы пилообразного и ступенчатого измен ющегос  напр жений/ два элемента сравнени , регистр, вычитающее устройство, тригггер с включенным параллел ьно его входам элементом задержки и фиксирующие триггеры, управл ющие входы которых подключены к первому входу триггера и входу генератора ступенчато измен ющегос  напр жени , выход которого непосредственно и через вычитающее устрой ,ство соединен с первыми входами первого и второго элементов сравнени  соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора пилообразного напр жени , при .этом выход первого элемента сравнени  соединен непосредственно с входами опроса компараторов первой ступени и через триггер - с входом записи регистра, первый и второй входал которого соединены с выходами шифраторов первой и второй ступени соответственно , а выход второго элемента сравнени  -: с входами опроса компараторов второй ступени, причем выходы устройства вьщелени  старшей единицы соединены с управл ющими входами ключей и входами шифратора первой ступени через фиксирующие триг геры. Компараторы имеют дополнитель 1ЫЙ вход спроса, компаратор измен ет свое состо ние, только при наличии импульса на входе опроса. Таким образом, можно зафиксировать состо ние компаратора, т.е. произвести сравнение входного сигнала с эталонными напр жени ми, в определенный момент времени. Генератор пилообразного напр жени , элементы сравнени  и генератор ступенчатоизмен ющегос  напр жени  образуют систему автосдвига, синхроимпульсов, обеспечивающую стробоскопический режим работы пре образовател . Введением элемента задержки, регистра, фиксирующих триггеров обеспечиваетс  распределение синхроимпульсов, при котором определение старших и младиих разр дов происходит в разных периодах входного сигнала, с определенной задержкой относительно начала периода. Положительный эффекте, таким образом, достигаетс  тем, что старшие и младшие разр ды кода оцредел ютс  в одной эквивалентной точке входного сигнала, и динамическа  погрешность определ етс  только апертурным временем компаратора . о( . т.е. исключаетс  составл ющие Тьк поскольку процессы ,шифрации и установлени  переходных jipoueccoB протекают в течение перио fla входного сигнала. « На фиг. 1 изображена функциональ ;на  схема предлагаемого преобразовател , на фиг.2 - временные диагра мы, по сн ющие его работу. Преобразователь содержит компара торы 1 первой ступени, источник 2 эталонных уровней, ключи 3, резисто ры 4, устройство 5 выделени  старше единицы, суммирующий усилитель 6, инвертирующий усилитель .7, последо|ва гельный делитель 8 напр жени , ко параторы 9 второй ступени, шифратор 10 первой ступени, шифратор 11 второй ступени, дополнительный эта . лонный источник 12,генератор 13 пиЛ образного напр жени , элементы 14 и ,15 сравнени , генератор 16 ступенчатоизмен ющегос  напр жени , вы читающее устройство 17, триггер 18 элемент 19 задержки/ регистр 20, фи сирующие триггеры 21. . На вход измер емого сигнала Uy поступает периодический сигнал (фиг.2 ) на вход генератора 13 пиШообразного напр жени  подаетс  последовательность синхроимпульсов (фиг.2 б) сопровождающих измер емы . сигнал. При поступлении очередного синхроимпульса генератор 13 пилообразного напр жени  вырабатывает пилообразные импульсы (фиг.2 BJ , кот рые сравниваютс  элементом 14 с напр жением , снимаемым с выходом генератора 16 (Ц на фиг.25)и элементом 15с напр жением, снимаемым с в хода вычитающего устройства 17 (U2 на фиг„2 S) . В моменты равенст , ва напр жений на входах элементОв--1 :и 15 последние формируют на своих выходахимпульсы (фиг.2 г с выход . элемента 15 и фиг.2 Э - с выхода . элемента 14 ). Изменение выходного напр жени  .генератора 16 ступенчато измен кицегос  Напр женик Ц (фиг.2 5) проис-. ходит скачком на величину л при поступлении на вход генератора 16 им- пульса (фиг.2 е , представл ющего собой импульс (фиг.2д/ , задержанны наврем tjp,- элементом 19 задержки. С каждьтм периодом измер емого сигнала задержка импульсов (фиг. ;сительно синхроимпульсов (фиг.2& увеличиваетс  на врем  ai ,.определ вмое величиной приращени  4U напр же- . ни  и и крутизной s пилообразного напр хсени  с выхода генератора 13 пилообразного напр жени . С помощью вычитающего устройства 17 из -напр жени  Uxj вычитаетс  посто нна  величина л и I, и напр жение с выхода вычитающего устройства 17 равно О, ( (фиг. Благодар  наличию вычитающего устройства импульсы (фиг.21, ;с выхода элемента 15 посто нно опережают импульсы (фиг.2д)на врем , равное -at . Импульсы (фиг.2д поступают на входы опроса компараторов 1, тем самым фиксиру  единичный код старших раэр дов , соответствующий мгновенному значению напр жени  измер емого сигнала в момент- времени 2 точка Б на измер емом сигнале,(фиг.2а)на вы- ходах компараторов . По номеру старшего сработавшего компаратора устрой-, ство 5 выделени  старшей единицы формирует код с единицей в одной позиции , соответствующей старшему сработавшему компаратору. Этот код поступает на входы фиксирующих триггеров 21, выполненных по схеме триггера-защелки . На управл ющие входы , триггеров 21 поступает импульс (фиг.2е)с выхода элемента 19 задержки . При поступлении импульса (фиг.2 на выходах триггеров 21 фиксируетс  код, сформированный устройством 5 выделени  старшей единицы. Этот код подаетс  на шифратор 10 первой ступени , который формирует код старших разр дов, и на управл ющие входы ключей 3; при этом ключ, соответствующий старшему сработавшему-компаратору , отключает соответствующий выход эталонного источника 2 от резистора 4 и подключает его к входам усилителей 6 и 7. Номинальное напр жение дополнительного эталонного источника 12 равно величине кванта первой ступени ( . На выходе инвертирующего усилител  7 напр жение по модулю равно -f , где 1 - номер старшего сработавшего компаратора. Аналогично, на выходе суммирующего усилител  6 модуль напр жени  равен (i+ i) , на Входах делител  8 напр жени  будут присутствовать два напр жени : одно равно ближайшему меньшему, чем и)( напр жению эталонного источника 2, другое - ближайшему большему . Разность между соседними эталонными уровн ми, подаваемыми с выходов делител  8 на входы компараторов 9 равна величине кванта второй ступени. Импульсы (фиг. поступающим с выхода элемента 15 на входы опроса компараторов 9, фиксируетс  состо ние компараторов 9/ единичный код с их выходов, соответствующий мгновенному значению напр жени  измер емого сигнала в точке Б (момент времени tj фиг. 2 а), подаетс  на шифратор 11 второй ступени , который формирует код младших разр дов. Импульсом Б (фиг.2, сформированном из импульсов (фиг.2 д и 2ejc помощью триггера 18, полученный код, соответствующий мгновенному значению сигнала в точке Б, заноситс  в выходной ре- гистр 20. Далее преобразование мгноЁенных значений периодического сигнала (фиг. 2а происходит аналогично: в момент времени t. определ етс  код старших разр дов значени  сигнала в точке В, в момент времени tr- формируетс  код младших разр дов, соответствующий значению сигнала в точг ке В (фиг.2с|| полученные коды занос тс  в регистр 20 импульсом В (фиг.2Ж, образу  новое значение кода выборки сигнала. Смена кодов, соответствующих значени м выборок, происходит по импульсам (фиг,2ж|с частотой следовани  измер емого сигнала .

Элемент задержки необходим дц  того, чтобы предотвратить изменение старших и младших разр дов кода в момент записи в регистр 20.

Таким образом, в предлагаемом преобразователе реализован стробоскопический режим работы. При этом в течение периода измер емого сигнала формируетс  один полный цифровой

код, соответствующий мгновенному зна чению сигнала, сигнал квантуетс  с эквиваленгньдм периодом квантовани  ,. равным it .

Благодар  синхронизации компарато ров 1 и 9 старших и младших разр дов старшие и младшие разр ды выходного кода определ ютс  в одной точке измер еморо сигнала, и динамическа  погрешность .преобразрвани  Определ етс  только апертурной погрешностью компараторов, обычно имеющую малую величину.

. При скорости нарастани  входного сигнала В/мкс динамическа  погрешность предлагаемого устройства 4д1,нг мВ, динамическа  погрешность прототипа

VH t 42(о..),

Т.е. в сравнении с прототипом имеетс  выигрыш в точности преобра;зова ни  в 160 раз.

Процессы переключени  Ключей и установлени  выходного напр жени  Суммирующего и инвертирующего усилителей протекают в течение време- ; ни между импульсами опроса(.2д} ;И не оказывает вли ни  на динамическую погрешность ..преобразовани  Г Это дает иозможность дополнительно снизить общую погрешность преобразовани  путем применени  менее быстродействующих, зато более точных усилителей и ключей.

в г

Фиг2

Claims (1)

1. ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

   В КОД по авт.св. № 513.490, о т л и- . ч а ю щ и й с я тем, что,с целью уменьшения динамической погрешности , введены генераторы пилообразного и ступенчатого изменяющегося напряжений, два элемента сравнения, регистр, вычитающее устройство, триггер с включенным параллельно его вхо дай элементом задержки и фиксирующие триггеры, управляющие входы которых подключены к первому входу триггера и входу генератора сту пенчато изменяющегося.Напряжения, вы;ход которого непосредственно и че5рез вычитающее устройство соединен , с первыми входами первого и второго элементов сравнения соответственно, вторые входы которых подключены к выходу генератора пилообразного напряжения, при этом выход первого элемента сравнения соединен непосредственно с входами опроса компараторов первой ступени и через триггер -. с входом записи регистра , первый и второй входы которого . соединены с выходами шифраторов первой и второй ступени соответственно, а выход второго элемента сравнения - с входами опроса компараторов второй ступени, причем выходы устройства выделения старшей единицы соединены с управляющими входами ключей и входами шифрато:ра первой ступени через фиксирую.щие тоиггесы. ' .

   >