Изобретение относитс к измерител ной технике и может быть использовано при создании цифровых измерительных приборов. Известны интегрирующие аналогоцифровые преобразователи (АЦП), имею щие замкнутую структуру, характеризующиес высокой точностью и помехо устойчивостью. Принцип действи таких преобразователей основан на методе преобразовани со сравнением, причем дл повышени помехоустойчивости входна величина интегрируетс за фиксированный интервал времени , равный циклу преобразовани (Тц Результат интегрировани в частном цикле преобразуетс во временной интервал Т путем сравнени с развертывающей функцией. Преобразовани интервала времени Tjf в цифровой код выполн етс цифровым измерителем временного интервала. Высока точность преобразовани обеспечиваетс , введением импульсной отрицательной обратной св зи (ИОС), котора реализуетс путем формирова Пи импульсов обратной св зи с воль секундной площадью, пропорциональной интервалам времени Т. В установившемс режиме среднее значение входного напр жени и напр жени обратной св зи равны. Тем самым обеспечиваетс высока точность, определ ема в конечном итоге точностью задани вольт-секундной площади импульсов обратной св зи, котора при использрвании широтно-импульсной модул ции может быть реализована с высокой точностью. Высока помехоустойчивость, как указывалось выше, достигаетс за счет интегрировани входного напр жени за цикл преобразовани Тц. При выполнении услови кратности цик ла преобразовани Т ц периоду помехи Т, т.е,,„ где m -1, 2, .. . ; Т„ - номинальное значение периода помехи, происходит полное подавление помехи 1, Недостатком подобных интегрирующих аналого-цифровых преобразователей вл етс то, что отклонение периода помехи от номинального (среднего ) значени приводит к резкому уменьшению помехоустойчивости, так как не выполн етс условие кратности цикла преобразовани периоду помехи Если Tflt (1±е) Тп,, где - относительное отклонение пе риода помехи от номинального значени , то помехоустойчивость равна p(e)--2oege Как видно из формулы отклонение в 1Уо(С0,01) снижает помехоустойчи вость до 40 дБ. Как указывалось вьлше, интегрирующие аналого-цифровые преобразователи с замкнутой структурой характеризуютс высокой статической точностью,. однако им свойственна динамическа погрешность, обусловленна интегрированием входной величины за цикл преобразовани . Эта погрешность может быть оценена по формуле :,. ..U licTuy ЙЭ- 24 24 где if - частота входного сигнала; 21М(;Тц- относительна частота вход- . ного сигнала. Как видно из формулы, динамическа погрешность убывает по мере умень шени Тц и fg , но минимальное значение Тц определ етс периодом помехи т, поэтому заданную динамическую погрешность можно получить только путем уменьшени верхней частоты входного сигнала t . Так, например , при ij. 1/6 Тц динамическа погрешность f, с 41. Наличие динамической погрешности значительно сужает область применени подобных АЦП. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс аналого-цифровой преобразователь, содержащий двухвходовый интегратор, первый вход которого соединен с входным зажимом устройства, а второй - с выходом ключа, вход которого подключен к выходу источника образцового напр жени , а управл ющий вход ключа и вход цифрового измерител интервалов времени подключены к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу аналоговой чейки пам ти, а второй вход - к выходу генератора линейно-измен ющегос напр жени , причем управл ющие входы аналоговой чейки пам ти и генератора линейно-измен ющегос напр жени подключены к выходу генератора тактовых импульсов 2 , Присущие интегрирующим АЦП методическа динамическа погрешность и снижение помехоустойчивости при неравенстве периода помехи циклу преобразовани свойственно и устройству-прототипу , что вл етс его недостатками . I Цель изобретени - повышение точности и помехоустойчивости., Поставленна цель достигаетс тем, что в аналого-цифровой преобразователь , содержащее двухвходовый интегратор, первый вход которого . сбедйнен с входным зажимом устройства , а второй - с выходом ключа, вход которого подключен к выходу источника образцового напр жени , а управл ющий вход ключа и вход цифрового измерител интервалов времени подключены к выходу компаратора, пер вый вход которого подключен к выходку аналоговой чейки пам ти, а второй вход к выходу генератора линейно-измен ющегос напр жени , причем управл ющие входы аналоговой чейки пам ти и генератора линейно-измен ющегос напр жени подключены к выходу генератора тактовых импульсов, введен трехвходовый интегратор, выход которого подключен к входу анало говой чейки пам ти, первый вход соединен с выходом двухвходового интегратора , а второй и третий входы соединены.с соответствующими входе№4И двухвходового интегратора. На фиг. 1 представлена структурна схема преобразовател ; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу. Аналого-цифровой преобраэова тель содержит источник 1 образцового напр жени , ключ 2, двухвходовый интегратор 3, аналоговую чейку 4 пам ти, компаратор 5, цифровой измеритель 6 интервалов времени, генератор 7 тактовых импульсов, генератор 8 линейно-измен ющегос напр жени , твехвходовый интегратор 9. Вход двухвходового интегратора 3 соединен с входньл зажимом устройст ва, а другой с выходом ключа 2, вход которого подключен к выходу источника 1 образцового напр жени , а управл ющий вход ключа 2 и вход цифрового измерител б интервалов времени подключены к выходу компаратора 5, первый вход которого подключен к выходу аналоговой чейки 4 пам ти а BTOpo.i вход к выходу генератора 8 линейно-измен ющегос напр жени . Причем управл ющие входы аналоговой чейки 4 пам ти и генератора 8 линей но-измен ющегос напр жени подключены к выходу генератора тактовых импульсов. Вькод трехвходового инте гратора 9 подключен к входу аналого вой чейки 4 пам ти, один из входов соединен с выходом двухвходового интегратора 3, а два других входа соединены с соответствующими входам двухвходового интегратора 3. Рассмотри;- работу АЦП при скачко образном входном воздействии и нуле вых начальных услови х на интеграторах . На фиг. 2 представлены соответст вующие временные диаграммы работы АЦ В течение первого цикла работы напр жение на выходе интегратора 3 на растает линейно и в конце цикла при мет значение «/f Uu.WThe invention relates to a measuring technique and can be used to create digital measuring instruments. Integrated analog-to-digital converters (ADCs), which have a closed structure, are characterized by high accuracy and noise stability, are known. The principle of operation of such converters is based on the method of conversion with comparison, and to improve noise immunity, the input value is integrated over a fixed time interval equal to the conversion cycle (Tz The result of integration in the private cycle is converted into time interval T by comparison with the sweep function. Conversion of time interval Tjf into digital The code is executed by a digital time interval meter. High accuracy of the conversion is ensured by introducing a pulsed negative flax feedback (IOS), which is realized by generating PI feedback pulses with a second of a second space proportional to time intervals T. In the steady state, the average value of the input voltage and feedback voltage are equal. ultimately, the accuracy of setting the volt-second square of feedback pulses, which can be implemented with high accuracy when using pulse-width modulation. High noise immunity, as mentioned above, is achieved by integrating the input voltage over the TC converting cycle. When the condition is fulfilled, the multiplicity of the transformation cycle T c is the period of interference T, i.e., „where m -1, 2, .. ; Tl is the nominal value of the interference period, complete suppression of the interference 1 occurs. A disadvantage of such integrated analog-digital converters is that the deviation of the interference period from the nominal (average) value leads to a sharp decrease in noise immunity, since the condition of the multiplicity of the conversion cycle is not satisfied interference period If Tflt (1 ± e) Tn ,, where is the relative deviation of the interference period from the nominal value, then the noise immunity is p (e) - 2oege. As can be seen from the formula, the deviation in 1Uo (C0.01) reduces the interference stability up to 40 dB. As mentioned above, the integrated analog-to-digital converters with a closed structure are characterized by high static accuracy. however, they have a dynamic error due to the integration of the input quantity over the conversion cycle. This error can be estimated by the formula:,. ..U licTuy YE- 24 24 where if is the frequency of the input signal; 21M (; TC is the relative frequency of the input signal. As can be seen from the formula, the dynamic error decreases as the TC and fg decrease, but the minimum value of TC is determined by the period of interference t, therefore the specified dynamic error can be obtained only by reducing the upper frequency input signal t. So, for example, at ij. 1/6 TC, the dynamic error f, p 41. The presence of dynamic error significantly narrows the field of application of such ADCs. a generator containing a two-input integrator, the first input of which is connected to the input terminal of the device, and the second - with the output of the key, the input of which is connected to the output of the source of the reference voltage, and the control input of the key and the input of the digital time interval meter are connected to the output of the comparator, the first input which is connected to the output of the analog cell of memory, and the second input - to the output of the generator of a linearly varying voltage, and the control inputs of the analogue cell of the memory and the generator of a linearly varying voltage They are connected to the output of the clock 2 pulse generator. The methodical dynamic error and noise immunity inherent in an integrating ADC and noise immunity decrease with the inequality of the interference period for the conversion cycle are also characteristic of the prototype device, which is its drawbacks. I The purpose of the invention is to improve the accuracy and noise immunity. The goal is achieved by having an analog-to-digital converter containing a two-input integrator, the first input of which is. The second is connected to the input terminal of the device, and the second to the output of the key, the input of which is connected to the output source of the reference voltage, and the control input of the key and the input of the digital time interval meter are connected to the output of the comparator, the first input of which is connected to the output of the analog memory cell and the second input to the output of the generator of linearly varying voltage, with the control inputs of the analog memory cell and the generator of linearly varying voltage connected to the output of the clock generator, a three-input The first integrator, the output of which is connected to the input of the analog memory cell, is the first input connected to the output of the two-input integrator, and the second and third inputs are connected to the corresponding input No. 4 and two-input integrator. FIG. 1 shows a converter block diagram; in fig. 2 - time diagrams that show his work. The analog-to-digital converter contains a source of model voltage 1, a switch 2, a two-input integrator 3, an analog memory cell 4, a comparator 5, a digital meter 6 time intervals, a generator of 7 clock pulses, a generator of linear-varying voltage, a two-input integrator 9. The input of the two-input integrator 3 is connected to the input terminal of the device, and the other to the output of switch 2, the input of which is connected to the output of source 1 of the reference voltage, and the control input of switch 2 and the input of the digital time meter b and connected to the output of the comparator 5, the first input of which is connected to the output of the analog cell 4 of the memory and the BTOpo.i input to the output of the generator 8 of a linearly varying voltage. Moreover, the control inputs of the analog cell 4 of the memory and the generator 8 of the linearly varying voltage are connected to the output of the clock generator. The code of the three-input integrator 9 is connected to the input of the analog cell 4 of the memory, one of the inputs is connected to the output of the two-input integrator 3, and the other two inputs are connected to the corresponding inputs of the two-input integrator 3. Consider; - the operation of the ADC with a stepwise input action and zero outputs initial conditions on integrators. FIG. Table 2 shows the corresponding time diagrams of the AC operation. During the first cycle of operation, the voltage at the output of the integrator 3 does not grow linearly and at the end of the cycle, when the value of the value is / f Uu.W
где С, - посто нна времени интегратора 3.where C, is a constant of integrator time 3.
I I
65 где f - весовой коэффициент Напр жение на выходе интегратора 9 в первом цикле преобразовани будет измен тьс под действием входного напр жени 1 и выходного напр жени интегратора 3 и.Тц и,Тц D,t ид 7 2,t, г, где 17 посто нна времени интегра тора 9; 06 - весовой коэффициент. Примем 2 - Тц (1ц Uu, 1 {0,5+«)U,. Напр жение Uu D записываетс в конце цикла преобразовани в аналоговую чейку 4 пг1м ти. Одновременно с моментом записи осуществл етс запуск генератора 8 линейно измен ющегос напр жени , которое посредством компаратора 5 сравниваетс с напр жением, хран щимс в чейке 4. линейно-измен ющеес напр жение увеличиваетс в течение Первой половины цикла от нул до напр жени UQ и уменьшаетс от Ug ДО нул во второй половине, благодар этому на вход цифрового измерител 6 интервалов времени в начале и конце цикла поступают равные интервалы времени , пропорциональные напр жению с выхода чейки 4 пам ти. Совокупность аналоговой чейки 4 пам ти, компаратора 5, генератора 7 тактовых импульсов , генератора 8 линейно измен ющегос напр жени осуществл ет преобразование в интервал времени IY. мгновенных значений напр жений интегратора 9, относ щихс к фиксированным моментам, отсто щим друг от друга на интервал времени Тц, т.е. тг 1 T W---7Т7Г-. где tt - номер цикла. Во втором цикле преобразовани на соответствующие входы интеграторов 3 и 9 поступает опорное напр жение U(j источника 1 опорного напр жени на врем Т в начале и в конце цикла. Эта операци осуществл етс посредством ключа 2. Напр жени на выходах интеграторов 3 и 9 к концу второго цикла работы без учета обратной св зи будут равны Uu, t2l 2Ux, Uuj t2l-2(ot+l)Ux. Поскольку во втором цикле действует напр жение обратной св зи, то -ZUoT.CO UuJ-zh- u,ТДО„ .2Т.СО iU 2 2U4i1Ux- U,Uu , 2i Uxai«c) UUj C2i U,(-0,5(3+l,5oi-e p-H,75) Если прин ть p«l,5, TO Uuj ( и не зависит от oL , в следухзщих циклах работы напр жеиие , записываемое 1 чейку 4, будет также равно DX /поскольку сре нее значение напр жений по входам к дого интегратора за каждый последу щий цикл преобразований будет равно нулю. Таким образом, переходный процесс завершитс за два цикла. В отличие от устройства-прототип предлагаемое устройство осуществл е двухкратное интегрирование входного напр жени , поэтому его передаточна функци будет иметь вид .-рТц ( Л (О 1Чт - ---1 Соответствующий модуль получаем путем подстановки . 51пО;5Тци ( 1±е) т„ Если т, . i-c/ то значение коэф фициента помехоустойчивости равно P()-20egfrM| j o.-40eg MOEg(l-(iV4Tr Как видно из формулы отклонение в 1% (0,01) прнтг ив(« 1/- снижает помехоустойчивость до 71 дБ, Значение 0 выбрано из услови получени минимальной динамической погрешности ., b - i-lV-faK -(4-.VH«) при }f3sO,ooi ,00152 при ic1/бТц (Я 1) дл устройствапрототипа динамическа погрешность равна 4%, а дл предлагаемого устройства - 0,1%. Предлагаемый АЦП еет более высокую помехоусточивость, благодар уменьшению вли ни отклонени периода помехи от номинального значени Тц при фикс1фованном значении Тц на значение коэффициеита помехоустойчивости .65 where f is the weighting factor The voltage at the output of the integrator 9 in the first conversion cycle will change under the action of the input voltage 1 and the output voltage of the integrator 3 i.Tc i, Tc D, t id 7 2, t, g, where 17 the time constant of the integrator 9; 06 is a weighting factor. Take 2 - TC (1 Uu, 1 {0.5 + «) U ,. The voltage Uu D is recorded at the end of a conversion cycle in an analog cell of 4 pgm. Simultaneously with the recording moment, the generator of the linearly varying voltage is started, which is compared by means of the comparator 5 with the voltage stored in the cell 4. The linearly varying voltage increases during the first half of the cycle from zero to the voltage UQ and decreases from Ug to zero in the second half, due to this, equal intervals of time, proportional to the voltage from the output of the memory cell 4, arrive at the input of the digital meter 6 time intervals at the beginning and end of the cycle. The combination of the analog memory cell 4, the comparator 5, the generator of 7 clock pulses, the generator 8 of the linearly varying voltage converts into the time interval IY. the instantaneous values of the voltage of the integrator 9, related to the fixed moments, spaced apart from each other by the time interval TC, i.e. tg 1 T W --- 7T7G-. where tt is the cycle number. In the second conversion cycle, the corresponding inputs of the integrators 3 and 9 receive the reference voltage U (j of the source 1 of the reference voltage at time T at the beginning and end of the cycle. This operation is performed by means of the switch 2. The voltage at the outputs of the integrators 3 and 9 k the end of the second cycle of operation, without taking into account the feedback, will be equal to Uu, t2l 2Ux, Uuj t2l-2 (ot + l) Ux. Since the feedback cycle operates in the second cycle, then -ZUoT.CO UuJ-zh- u, TRL „.2Т.СО iU 2 2U4i1Ux- U, Uu, 2i Uxai“ c) UUj C2i U, (- 0.5 (3 + l, 5oi-e pH, 75) If you accept p “l, 5, TO Uuj (and does not depend on oL, in the following work cycles on The same, recorded 1 cell 4, will also be equal to DX / since the average voltage value at the inputs to each integrator for each subsequent conversion cycle will be equal to zero. Thus, the transition process will be completed in two cycles. The proposed device carried out two-time integration of the input voltage, therefore its transfer function will be.-pTc (L (O 1 Ch - --- 1) The corresponding module is obtained by substitution. 51po; 5Tzi (1 ± e) t "If t,. i-c / the value of the noise immunity coefficient is P () - 20egfrM | j o.-40eg MOEg (l- (iV4Tr As can be seen from the formula, the deviation is 1% (0.01) per ptg (“1 / - reduces noise immunity to 71 dB, the value 0 is selected from the condition of obtaining the minimum dynamic error., b i-lV-faK - (4-.VH «) with} f3sO, ooi, 00152 with ic1 / bTz (I 1) for the prototype device, the dynamic error is 4%, and for the proposed device - 0.1%. The proposed ADC has more high noise immunity, due to the reduction of the influence of the deviation of the interference period from the nominal value of Tz with a fixed value of Tg on the value of the noise immunity coefficient.