SU1367155A1 - Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области вычислительной, информационно-измерительной и телеметрической техни- / ки, а более конкретно, - к аналого- дискретным преобразовател м сигналов. В устройство, содержащее компаратор 1, регистр 13 последовательного приближени , цифроаналоговый преобразователь 8, индикатор 9 окончани  переходного процесса, формирователь 10 импульсов, первый 12 и второй 16 элементы И, с целью повьшени  технологической надежности введены два делител  2 и 4 напр жени , конденсатор 5, генератор 6, элемент ИЛИ 14, счетчик 17 импульсов и элемент НЕ 18. 2 ил.

Description

СлЭ

СП

сд

фив1

Изобретение относитс  к вычислительной , информационно-измерительной и телеметрической технике, а конкретно к аналого-дискретным преобразовател м сигналов.

Целью изобретени   вл етс  повьше- ние быстродействи  и надежности.

На фиг.1 представлена функциональна  схема преобразовател ; на фиг.2 - Q весу младшего разр да преобразовател . Посто нна  составл юща  U отдел етс  конденсатором 5. В ходе преобразовани  производитс  формирование тактовых импульсов при помощи

|г индикатора окончани  переходных процессов 9 и формировател  10 импульсов . В начале текущего такта преобразовани  начинаютс  переходные процессы в ПКН 8, причем первый такт

20 инициируетс  извне сигналом Пуск. . Во врем  переходного процесса модуль производной и отличен от нул .

По завершении переходного процесса модуль скорости изменени  UK ста25 новитс  равным нулю, что регистрируетс  индикатором 9, который при этом разрешает работу формировател  10 импульсов. Таким образом, очередной тактовый импульс формируетс  после

30 завершени  переходных процессов текущего такта, т.е. длительность текущего такта -равна реальным задержкам в элементах преобразовател , следовательно , обеспечиваетс  максимальна 

Vjc производительность в каждом такТе преобразовани . Тактовые импульсы поступают с выхода 1 и через элемент И 12 на вход регистра 13, чем вызывает инициацию следующего такта

40 преобразовани .

временна  диаграмма его работы.

Преобразователь содержит компаратор 1, делитель 2 напр жени , входную шину 3, делитель 4 напр жени , разделительный элемент 5, выполненный на конденсаторе, генератор 6,выход 7 цифроаналогового преобразовател  8, индикатор 9 окончани  переходного процесса, формирователь 10 импульсов с выходной шиной 11, пер- вьй элемент И 12, регистр 13 последовательного приближени , элемент ИЛИ 14, выходную шину 15, второй элемент И 16, счетчик 17 импульсов, элемент НЕ 18, шину 19 Пуск, шину 20 Исправно/готово.

Преобразователь работает следую- образом.

Сигнал Пуск, поступающий по шине 19, устанавливает регистр. 13 и счетчик 17 в исходное состо ние, а задний фронт сигнала инициирует запуск регистра 13. Регистр 13 осуществл ет выработку сигналов в соответствии с алгоритмом поразр дного уравновешивани , который заключаетс  в установке текущего разр да, формировани  соответствующего этому раз р ду компенсирующего напр жени  11, при noMomji ПКН 8 и сравнении компенсирующего напр жени  U с измер емым Ux если Uj

текущего разр да регистра 13 и установка следующего разр да с меньшим весом; если , то производитс  установка следующего разр да без сброса текущего. Сравнение Uy. и Ux осуществл етс  токовым способом на резисторах делител  2, при этом пол рность Uj противоположна пол рности Uy, что достигаетс  соответствую™ щей запиткой ПКН 8. На первый вход компаратора 1 поступает напр жение модул ции и,. Напр жение модул ции и.м формируетс  генератором 6, форма колебаний которого может быть произвольной, не симметричной относительно среднего значени  сигнала,

на компараторе 1, причем, Ux, то производитс  сброс

45

50

55

В процессе преобразовани  производитс  контроль равновеси  при помощи компаратора 1, элемента И 16 и счетчика 17. В случае равновеси  на выходе компаратора 1 присутствует сери  импульсов, следующих с частотой генератора 6, которые проход т через элемент И 16 на счетный вход счетчика 17. Модуль счета счетчика 17 выбираетс  больше двух дл  того, чтобы схема контрол  не реагировала на переходы компенсирующего напр жени  через уровень измер емого напр жени : число таких переходов в течение каждого такта при отсутствии равновеси  не может превышать двух. 8 начале каждого такта счетчик 17 обнул етс  тактовым импульсом, посту

м

определ етс  быстродей- 1 из соотношени 

станем компаратора

.

t m

где , - врем  задержки компаратора Требуема  амплитуда U устанавливаетс  делителем 4 напр жени  и должна составл ть величину, равную

5

0

5

В процессе преобразовани  производитс  контроль равновеси  при помощи компаратора 1, элемента И 16 и счетчика 17. В случае равновеси  на выходе компаратора 1 присутствует сери  импульсов, следующих с частотой генератора 6, которые проход т через элемент И 16 на счетный вход счетчика 17. Модуль счета счетчика 17 выбираетс  больше двух дл  того, чтобы схема контрол  не реагировала на переходы компенсирующего напр жени  через уровень измер емого напр жени : число таких переходов в течение каждого такта при отсутствии равновеси  не может превышать двух. 8 начале каждого такта счетчик 17 обнул етс  тактовым импульсом, посту 1367

пающим от формировател  10 и проход щим через элемент ИЛИ 14, чтобы не происходило накопление переходных импульсов в течение нескольких тактов . Врем  задержки выбираетс  из соотношени 

1

, м

10

.

25

30

где т - модуль счета;

f; - частота U/,

дл  того, чтобы обеспечить требуемое врем  контрол  дл  обнаружени  наличи  серии импульсов на выходе компаратора I в случае равновеси  преобра- зовател ,В неуравновешенном состо нии число импульсов на счетном входе счетчика 17 меньше модул  счета, поэтому его выход имеет значение О. При20

этом на выходе инвертора 18 присутствует уровень 1, который разрешает прохождение тактовых импульсов через элемент И 12 и контрольных импульсов через элемент И 16.

В состо нии равновеси  компаратор 1 формирует серию импульсов, котора , проход  через элемент И 16, подсчитываетс  счетчиком 17. При количестве импульсов в серии, равном модулю счета счетчика 17, его выход устанавливаетс  в состо ние 1, при этом формируетс  сигнал Исправно/готово на шине 20. Одновременно выход инвертора 18 приобретает значение О, при 35 этом запрещаетс  прохождение тактовых импульсов через элемент И 12,что приводит-к останову преобразовател , а также запрещаетс  передача импульсов от компаратора 1 через элемент И 16, что (|иксирует состо ние счетчика 17 в положение Исправно/готово,

Останов .преобразовател  происхо- дит через минимально необходимое дл  уравновешивани  число тактов преобра- 45 зовани , поэтому быстродействие такого преобразовател  имеет оптимальное значение, так как содержит минимум тактов, длительность которых равна реальным задержкам элементов схемы. 50

В процессе преобразовани  осуществл етс  непрерывный самоконтроль преобразовател . При этом отказы регистра 13, ПКН 8, индикатора 9,- формировател  10, элемента И 12 при- 55 вод т к прекращению формировани  очередного тактового импульса, и следовательно , не успевает сформироватьс  сигнал Исправно/готово. Отказы ге-

0

5

0

0

5

5 0

5

155

нератора 6, конденсатора 5, делител  4, компаратора 1, резисторов делител  2, элемента И 16, элемента 1-1ЛИ 14, счетчика 17 привод т либо к невозможности уравновешивани  и отсутствию импульсов на выходе компаратора I, либо к необнаружению серии импульсов у выхода компаратора 1 в случае равновеси , что также приводит к отсутствию сигнала Исправно/ готово. Отказы элемента ИЛИ 14 и счетчика 17, выражающиес  в наличии сигнала Исправно/rofово, обнаруживаютс  внешними элементами контрол , так как сигнал Пуск должен об зательно сопровождатьс  установкой сигнала Исправно/готово в состо ние 1. Анализ схемы показывает, что при наличии отказов в преобразователе уравновешивание либо вообще невозможно , либо возможно, но при этом погрешность преобразовани  не превышает веса младшего разр да преобразовател . Схема контрол  при этом адекватно отражает техническое состо ние преобразовател . Таким образом обеспечиваетс  достоверность преобразовани - .

Преобразователь обладает высоким быстродействием вследствие сокраще- ни  количества тактов преобразовани  до минимально необходимого, а также увеличением достоверности преобразовани  вследствие охвата самоконтролем более высокого круга узлов преобразовател  и введением пр мого критери  исправности - наличи  равновеси  преобразовател .

Наличие глубокого самоконтрол  делает возможным использование преобразовател  в резервированных системах измерени  высокой надежности, причем схема встроенного контрол  позвол ет создавать резервированные системы с более высокой надежностью и с меньшими аппаратурными затратами , чем, например, мажоритарные системы . Наличие самоконтрол  увеличивает врем  готовности устройства даже в нерезервированных системах

В предлагаемом устройстве обеспечиваетс  самоконтроль, позвол ющий производить быструю и точную локализацию отказавшего устройства в составе издели . Кроме того, быстродействие предлагаемого устройства определ етс  реальными переходными проце с- сами И составл ет 12-15 мкс, тогда

как в базовом объекте врем .преобразовани  одного такта выбрано максимально возможным (40 МКС) и полный процесс преобразовани  длитс  450 МКС.

Кроме того, наличие самоконтрол  позвол ет повысить надежность базового объекта, в котором будет использован предлагаемый аналого-цифровой преобразователь. Нестационарный коэфг- фициент средней готовности объекта,  вл ющийс  одним из показателей безотказности и ремонтопригодности,при

ти Т 1,5 ремонта Tpg, обр аз ов ат елей

моконтрол 

гот

Т и- К/Т,

+ Трем/ 0,9876;

среднем времени эксплуатации ч,g. импульсов, элемент НЕ, вход которого среднем времени поиска неисправное- соединен с выходом счетчика импульч , среднем времени сов, вход сброса которого подключен 1 ч и при К 10 пре- к выходу элемента ШШ, первый вход составл ет: . которого объединен с тактовым входом

в случае использовани  АЦП без са- 2о регистра последовательного приближени  и соединен с выходом первого элемента И, первый вход которого подключен к выходу формировател  импульсов, а второй вход объединен с первым вхо- 25 дом второго элемента И, подключен к выходу элемента НЕ и  вл етс  шиной са- Исправно/готово, выход генератора через конденсатор соединен с первым входом первого делител  напр жени , 30 второй вход которой  вл етс  шиной

нулевого потенциала, а выход подклюг- 0,9950. чей к первому входу компаратора,второй вход которого соединен с выходом второго делител , первьй вход которого  вл етс  входной шиной, а второй вход соединен с вькодом цифроанало- гового преобразовател , счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу второго элемента И, второй вход . 4Q которого объединен с входом данных

2000 2000 + То7ТТ5+Т7

в случае использовани  АЦП с моконтролем

К.

Т Т

2000 2000 ТО

К Т

рем

X 1

I.

Claims (1)

1. Формула изобрете, ни 

   Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем, содержащий первый и второй элементы И, компаратор, выход которого соединен с входом данных регистр а последовательного приближени , информационные выходы которого соединены с соответствующими входами цифроанапогового преобразо35

   регистра последовательного приближени , вход запуска которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ и  вл етс  шиной Пуск.

   вател  и  вл ютс  соответствующими выходными информационными шинами,выход цифроанапогового преобразовател  через индикатор окончани  переходного процесса соединен с формирователем импульсов, отличающий- с   тем, что, с целью повьпиени  технологической надежности за счет увеличени  глубины, контрол , в него введены первый и второй делители напр жени , генератор импульсов, разделительный элемент, выполненный на конденсаторе элемент ИЛИ, счетчик

   нулевого потенциала, а выход подклюг- чей к первому входу компаратора,второй вход которого соединен с выходом второго делител , первьй вход которого  вл етс  входной шиной, а второй вход соединен с вькодом цифроанало- гового преобразовател , счетный вход счетчика импульсов подключен к выходу второго элемента И, второй вход . которого объединен с входом данных

   регистра последовательного приближени , вход запуска которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ и  вл етс  шиной Пуск.

   N

   %