SU1091333A1

SU1091333A1 - Device for pulse-position converting of d.c. voltage to number

Info

Publication number: SU1091333A1
Application number: SU823452010A
Authority: SU
Inventors: Александр Самуилович Баран; Андрей Константинович Баринов; Борис Саулович Голубь; Александр Иванович Кузнецов; Лев Родионович Хайтин
Original assignee: Baran Aleksandr S; Barinov Andrej K; Golub Boris S; Kuznetsov Aleksandr; Khajtin Lev R
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1984-05-07

Abstract

УСТРОЙСТВО ВРЕМЯ-ИМПУЛЬСНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ В КОД, содержащее источник эталонного напр жени , интегратор, выполненный в виде операционного усилител , резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, втора диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилител интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора , а выход - с входом преобразовател интервала времени в код и первым входом блока управлени второй вход которого соединен с выходом преобразовател интервала времени в код, выходы соединены с входами управлени KJmчeй, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, отличающеес тем, что, с целью расширени функциональных возможностей , в него введен дополнительный резистор, первый вьюод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом компаратора, второй вывод - с общей щиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора , а к неинвертирующему входу операционного усилител интегратора подключена щина источника эталонного напр жени .APPARATUS TIME PULSE CONVERSION DC to CODE, comprising: a source reference voltage, the integrator configured as an operational amplifier, a resistor and the integrating capacitor included in the first diagonal connected in a bridge circuit of keys, the second diagonal of which is connected between the output and the inverting input of operational amplifier integrator, comparator, the first input of which is connected to the first plate of the integrating capacitor, and the output - to the input of the time interval converter In the code and the first input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the time interval converter in the code, the outputs are connected to the control inputs of the KJm, and the first output of the integrator resistor is connected to the transformed signal bus, characterized in that An additional resistor is added to it, the first view of which is connected to the second plate of the integrating capacitor and the second input of the comparator, the second output is with a common length, while the second output of the integration resistor The torus is connected to the first plate of the integrating capacitor, and the source of the reference voltage is connected to the non-inverting input of the operational amplifier of the integrator.

Description

1 Изобретение относитс к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в устройствах преобразовани напр жени в код. Известно устройство врем -импуль ного преобразовани посто нного напр жени в код, содержащее интегратор , вьтолненный в виде управл емого источника тока с двум парами Ключей коммутации интегрирующего конденсатора, соединенных в мостову схему, одна диагональ которой первой своей вершиной подключена к выходу управл емого источника тока, второй вершиной к источнику питающего напр жени , а в другую диагональ включен интегрирующий конденсатор , соединенный с входом компаратрра , выход которого подключен к входу преобразовател интервала вре мени в код и к первому входу блока управлени , а выход преобразовател интервала времени в код подключен к второму входу блока управлени , в ходы которого соединены с входами управлени ключей коммутации интегрирующего конденсатора и входных ключей, через которые вход интегратора соединен с источником эталонно го напр жени и источником измер ем го напр жени j Однако в устройстве погрешность от смещени нул интегратора остает с весьма значительной практически во всем диапазоне измер емых напр жений , что приводит к снижению точности . Кроме того, преобразователь способен измер ть напр жение только одной пол рности, а именно того же знака, что и эталонное напр жение, что сужает его функциональные возможности . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство врем -импульсного преобразовани посто нного напр жени в код, содержащее источник эталонного напр жени , интегратор, выполненньш в виде операционного усилител , резистора и интегрирующего конденсато ра, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей втора диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входо операционного усилител интегратора компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а выход - с 3 входом преобразовател интервала вре мени в код и первым входом блока управлени , второй вход которого соединен с выходом преобразовател интервала времени в код, а выходы соединены с входами управлени ключей, а первый вьшод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала 2j . Устройство позвол ет исключить погрешность от смещени нул интег ратора , однако измер ет напр жение только одной пол рности, что сужает функциональные возможности устройства . - Цель изобретени - расширение функциональных возможностерь Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство врем -импульсного преобразовани посто нного напр жени в код, содержащее источник эталонного напр жени , интегратор,, выполненный в виде операционного усилител , резистора и интегрирующего конденсатора, включенного в первую диагональ соединенных в мостовую схему ключей, втора диагональ которой включена между выходом и инвертирующим входом операционного усилител интегратора, компаратор, первый вход которого соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора , а выход - с входом преобразовател интервала времени в код и первым входом блока управлени . Второй вход которого соединен с выходом преобразовател интервала времени в код, а выходы соединены с входами управлени ключей, а первый вывод резистора интегратора соединен с шиной преобразуемого сигнала, введен дополнительный резистор, первый вывод которого соединен с второй обкладкой интегрирующего конденсатора и вторым входом компаратора, второй вьшод - с общей шиной, при этом второй вывод резистора интегратора соединен с первой обкладкой интегрирующего конденсатора, а к неинвертирующему входу операционного усилител интегратора подключена шина источника эталонного напр жени . На фиг. 1 представлена схема устройства врем -импульсного преобразовател напр жени в код; на фиг.2 временные диаграммы, по сн ющие работу врем -импульсного преобразовател . 3 Устройство содержит шину 1 ис.точника эталонного напр жени , инте ратор 2, компаратор 3, преобразователь 4 интервала времени в код, блок 5 управлени . Интегратор состоит из операционного усилител 6, интегрирующего конденсатора 7, первой пары 8 и второй пары 9 ключей коммутации интегрирующего конденсатора и резисторов 10 и 11. Шина 1 подключена к неинвертирую щему входу усилител 6, в мостовой схеме из пар 8 и 9 ключей в первую диагональ включен интегрирующий кон денсатор 7, втора диагональ подклю чена к инвертирующему входу и выходу усилител 6, управл ющие входы ключей подключены к выходу блока 5, входы которого соответственно соединены с выходами компаратора 3 ипр образовател 4. Выход компаратора 3 соединен с входом преобразовател 4 Входы компаратора 3 подключены к об кладкам конденсатора 7 и через резисторы 10 и 11 соответственно к ши нам преобразуемого напр жени и общей . Преобразователь работает следующ образом. Пусть и Uv 0. По сигналу Пуск замыкаетс пер ва пара ключей 8 коммутации интегрирующего конденсатора 7 и начинаетс процесс интегрировани . Так как к неинвертирующему входу операционного усилител 6 подключен ис- точник эталонного напр жени то напр жение на его инвертирующем входе равно и„ Е,, + и, где и.. - напр жение смещени нул ом операционного усилител ; величина эталонного напр жени . Ток IP , протекаюЕЩй через резне тор 10, равный току зар жающему кон денсатор 7, равен bu -Ux ЕЭТ +UCM -Ux In 1. где R - величина сопротивлени резисторов 10 и II. Б момент пересечени напр жением на интегрирующем конденсаторе 7 нулевого уровн компаратор 3 опрокиды ваетс и начинаетс отсчет фиксированного промежутка времени Т пр образователем интервала времени в код 4. 34 В конце такта интегрировани , дл щегос промежуток времени Тд, напр жение на интегрирующем конденсаторе 7 составл ет IT сл T, Цх т ел - F 5Гс ° где С - емкость интегрирующего конденсатора 7; и. - напр жение на интегрирующем конденсаторе 7 в конце первого такта интегрировани . В момент времени Тд блок 5 управлени по сигналу от преобразовател 4 временных интервалов в код размыкает пару ключей 8 и замыкает пару ключей 9. С этого момента начинаетс второй такт интегрировани и отсчет интервала времени Т,. Во втором такте ток IR,через резистор 1 1 , равный току If-. , разр жающему интегрирующий конденсатор 7, пропорционален эталонному напр жению Е; . т т ЕЭТ+ЦСМ «2 % Отсчет интервала времени Т, продолжаетс до момента, когда напр жение на интегрирующем конденсаторе 7 станет равным нулю и компаратор 3 вернетс в исходное состо ние . С7 с, - if- ll 0 ЕЗ +ЦСМ-ЦЛ RCоRC ( E CM-Ux)Tp (E,, т: (-ЁЛг 0 где Uc2 напр жение на интегрирующем конденсаторе 7 в конце второго такта интегрировани ; Tj - длительность второго такта при измер емом напр жении При и О TX (1 - Е и TO Ьд -|-и, где Т - длительность второго такл та интегрировани при измер емом напр жении U 0. Интервалы времени Т и Т преобразуютс преобразователем 4 интервала времени в код соответственно TX - TO-NX TO- NO. Случаю Ux О соответствует Т;( : Т .и коду N приписьшаетс знак +. Случаю О соответствует Ti Тд коду NX приписьшаетс знак -. Таким образом с учетом знака 1 The invention relates to a digital electrical measuring technique and can be used in voltage-to-code conversion devices. A device is known for a time-to-pulse conversion of a DC voltage into a code containing an integrator implemented as a controlled current source with two pairs of switching keys of an integrating capacitor connected to a bridge, one diagonal of which is connected to the output of the controlled current source by its first peak , the second vertex to the supply voltage source, and the other diagonal includes an integrating capacitor connected to the input of the comparator, the output of which is connected to the input of the converter time shaft to the code and to the first input of the control unit, and the output of the time interval converter to the code is connected to the second input of the control unit, to which inputs are connected to the control inputs of the switching key of the integrating capacitor and input keys through which the integrator input is connected to the source of the reference voltage and source of measured voltage j. However, in the device, the error from the zero offset of the integrator remains very significant for almost the entire range of measured voltages, which leads to yy accuracy. In addition, the converter is capable of measuring the voltage of only one polarity, namely the same sign as the reference voltage, which limits its functionality. The closest in technical essence to the present invention is a device for time-pulse conversion of a constant voltage into a code containing a source of a reference voltage, an integrator, made in the form of an operational amplifier, a resistor and an integrating capacitor, included in the first diagonal of keys connected in a bridge circuit the second diagonal of which is connected between the output and the inverting input of the operational amplifier of the integrator is a comparator, the first input of which is connected to the first plate of the integrating circuit sensor, and the output - with the 3rd input of the time interval converter to the code and the first input of the control unit, the second input of which is connected to the output of the time interval converter to the code, and the outputs are connected to the control inputs of the keys, and the first end of the integrator resistor is connected to the bus of the converted signal 2j. The device eliminates the error of the zero offset of the integrator, however, it measures the voltage of only one polarity, which limits the functionality of the device. - The purpose of the invention is the expansion of functional capabilities. The goal is achieved by the fact that in the device a time-voltage conversion of a constant voltage into a code containing a source of reference voltage, an integrator, made in the form of an operational amplifier, resistor and integrating capacitor included in the first diagonal the keys connected to the bridge circuit, the second diagonal of which is connected between the output and the inverting input of the operational amplifier of the integrator, a comparator, the first input of which is connected a first plate of the integrating capacitor, and an output - to the input transducer to the code interval and the first input of the control unit. The second input is connected to the output of the time interval converter in the code, and the outputs are connected to the key control inputs, and the first output of the integrator resistor is connected to the signal bus, an additional resistor is inserted, the first output of which is connected to the second plate of the integrating capacitor and the second input of the comparator, the second Vyshod - with a common bus, while the second output of the integrator resistor is connected to the first plate of the integrating capacitor, and to the non-inverting input of the operational amplifier is integrated torus connected bus voltage reference source. FIG. 1 is a schematic diagram of a time-pulse voltage-to-code converter; 2, timing diagrams explaining the operation of a time-pulse converter. 3 The device comprises a bus 1 of a reference voltage source, an integrator 2, a comparator 3, a time interval into code converter 4, a control unit 5. The integrator consists of an operational amplifier 6, an integrating capacitor 7, a first pair 8 and a second pair 9 of switching keys of the integrating capacitor and resistors 10 and 11. Bus 1 is connected to a non-inverting input of amplifier 6, in a bridge circuit from pairs 8 and 9 of the keys to the first diagonal the integrating capacitor 7 is turned on, the second diagonal is connected to the inverting input and output of amplifier 6, the control inputs of the keys are connected to the output of block 5, whose inputs are respectively connected to the outputs of comparator 3 of the generator 4. Parameter 3 is connected to the input of converter 4. The inputs of comparator 3 are connected to the capacitor boards 7 and through resistors 10 and 11, respectively, to the voltage of the voltage being converted and the common one. The converter works as follows. Let and Uv 0. The Start signal closes the first pair of switching keys 8 of the integrating capacitor 7 and the integration process begins. Since the source of the reference voltage is connected to the noninverting input of the operational amplifier 6, the voltage at its inverting input is also equal to "Е ,, + and, where and .. is the bias voltage of the operational amplifier zero; reference voltage value. The current IP flowing through the reactor 10, which is equal to the current charging capacitor 7, is equal to bu -Ux ЕЭТ + UCM -Ux In 1. where R is the resistance value of resistors 10 and II. At the time of the voltage crossing at the integrating capacitor 7 of the zero level, the comparator 3 tilts and the counting of the fixed time interval T with the time interval generator into the code 4 begins. 34 At the end of the integration clock, for the time interval Td, the voltage at the integrating capacitor 7 is IT sl T, Tsx t el - F 5ГС ° where С is the capacitance of the integrating capacitor 7; and. - the voltage across the integrating capacitor 7 at the end of the first integration cycle. At time Td, the control unit 5, by a signal from the 4-slot converter, opens the key pair 8 and closes the key pair 9. From this moment, the second integration cycle starts and the time interval T, begins. In the second cycle, the current IR, through the resistor 1 1, is equal to the current If-. discharging the integrating capacitor 7 is proportional to the reference voltage E; . t t EET + CMS "2%. The countdown of the time interval T continues until the voltage on the integrating capacitor 7 becomes zero and the comparator 3 returns to its original state. C7 s, - if-ll 0 ЕЗ + ЦСМ-ЦЛ RC -RC (E CM-Ux) Tp (E ,, t: (-YLg 0 where Uc2 is the voltage on the integrating capacitor 7 at the end of the second integration cycle; Tj is the duration of the second cycle at measured voltage At and О TX (1 - Е and TO Bd - | - and where T is the duration of the second integration time at the measured voltage U 0. The time intervals T and T are converted by the converter 4 time intervals into the code, respectively TX - TO-NX TO- NO. The case Ux О corresponds to T; (: T. and the N code is inscribed +). The case O corresponds to Ti Td NX code is written down sign. Thus, with that sign

UxUx

NX UCMNX UCM

Код N,,, пропорциональный измер емому напр жению U, считываетс с выхода преобразовател 4 интервала времени в код вместе со знаком. A code N ,, proportional to the measured voltage U, is read from the output of the converter 4 time intervals into the code together with the sign.

Рассмотрение работы устройства проведено в.предположении, что порог срабатьшани компаратора 3, обусловленный напр жением смещени его нулевого уровн , равен нулю. В случае отличи напр жени смещени нулевого уровн компаратора от нул оно.A review of the operation of the device was carried out on the premise that the threshold for operation of the comparator 3, due to the bias voltage of its zero level, is zero. In the case of a difference in the voltage of the zero level of the comparator from zero, it is.

так же как и в других устройствах двухтактного интегрировани , не вли ет на результат измерени , так как начало отсчета интервала времени Тд и конец отсчета интервала времени Tj происходит при пересечении напр жени на интегрирующем конденсаторе одного и того же уровн , соответствующего напр жению смещени нулю компаратора.as well as in other push-pull integration devices, does not affect the measurement result, since the reference point of the time interval Td and the end of reference of the time interval Tj occurs when the voltage across the integrating capacitor of the same level corresponding to the comparator zero bias is crossed .

Таким образом, по сравнению с известньми устройствами предлагаемый преобразователь позвол ет получить результат измерени , свободный от аддитивной погрешности смещени нул интегратора, и измер ть напр жени обеих пол рностей.Thus, in comparison with lime devices, the proposed converter allows to obtain a measurement result free from additive bias error of the integrator zero, and to measure the voltages of both polarities.

Claims

DEVICE FOR TIME-PULSE CONVERSION OF DC VOLTAGE TO A CODE containing a reference voltage source, an integrator made in the form of an operational amplifier, a resistor and an integrating capacitor included in the first diagonal of the keys connected to the bridge circuit, the second diagonal of which is connected between the output and the inverting input of the integrating inverter , a comparator, the first input of which is connected to the first lining of the integrating capacitor, and the output to the input of the time interval converter the code and the first input of the control unit _{} the} second input of which is connected to the output of the time interval converter into the code, the outputs are connected to the control inputs of the keys, and the first output of the integrator resistor is connected to the bus of the converted signal, characterized in that, in order to expand the functionality, an additional resistor is introduced, the first output of which is connected to the second lining of the integrating capacitor and the second input of the comparator, the second output to the common bus, while the second output of the integrator resistor is connected inen with the first lining of the integrating capacitor, and the bus of the reference voltage source is connected to the non-inverting input of the integrator's operational amplifier.

>