SU1432773A1 - Аналого-цифровой преобразователь с компенсационным интегрированием - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике. Цель изобретени  - повышение быстродействи  при преобразовании малых аналоговых сигналов . В состав аналого-цифрового преобразовател  (АЦП) с компенсационным интегрированием вход т последова .тельно соединенные интегратор (И), компаратор (К) и цифровое счетное устройство (ЦСУ). Преобразование происходит за два такта. В первом такте И интегрирует ток с источника входного сигнала отрицательной пол рности. При этом его выходное напр жение возрастает . Во втором такте И интегрирует ток с источника опорного напр жени  положительной пол рности. При этом выходное напр жение И убывает, К определ ет момент его прохождени  нулевого уровн  и выдает сигнал на вход ЦСУ. В результате в ЦСУ оказываетс  записанным код, пропорционапь- ньш входном напр .Кению. Дл  повышени  чувствительности и точности работы К выполнен в виде последопате. и.ио соединенных первого и второго ционных усилителей (ОУ). Когда напр жение на выходе И меньше Нулевого уровн , на выходе первого ОУ формируетс  сигнал большой величшты отрицательной пол рности. Этот сигнал, поступа  на базу первого входного бипол рного п - р - п-транзистора дифференциального входного каскада второго ОУ, запирает его. При этом второй входной бипол рный транзистор этого каскада открываетс . Через его базу,  вл ющуюс  вторым входом компаратора , начинает протекать ток. В первом такте этот ток на входе И суь мируетс  с током с источника входного сигнала. Это приводит к повышению быстродействи  АЦП особенно при преобразовании малых входных сигналов за счет сокращени  времени перезар да конденсатора И от исходного уровн  до нулевого. Когда напр жение на выходе И превышает нулевой уровень, сигнал на выходе первого.-ОУ достигает высокого уровн  поло а тельной пол рности . При этом первый транзистор дифференциального каскада второго ОУ полностью открываетс , а второй за счет общей эмиттерной св зи запираетс . Ток на базе последнего падает до нул , т.е. отключаетс  от входа И, что исключает вли ние св зи между входом И и вторым входом К  а результат преобразовател . В результате повышаетс  быстродействие АЩ1 без увеличени  погрешности прео6ра.. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. (Л г .жша 4i ОС KS «ч «ч а :j:

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике,

Цель изобретени  - повышение быстродействи  при преобразовании малых входных напр жений,

На фиг.1 изображена структурна  схема АЦП; на фиг.2 - временные диаграммы выходных сигналов элементов преобразовател .

Преобразователь содержит источник I опорного напр жени , переключатель 2, токоограничивающий элемент (резистор ) 3, интегратор 4, компаратор 5, элемент И 6, импульсный генератор 7, счетчик 8. Интегратор 4 выполнен на операционном усилителе 9, накопительном элементе (конденсаторе) 10 и дио де 11, а компаратор - на операционном усилителе 12, двух резисторах 13 и 14 и операционном усилителе 15, состо щем из двух бипол рных п - р - п- транзисторов 16 и 17 генератора 18 тока, элемента 19 нагрузки, выходного усилител  20.

Преобразователь работает следующим образом.

При поступлении импульса (фиг.2, диаграмма 21) на клемму Запуск все разр ды счетчика 8 принимают нулевое значение. Сигнал с выхода старшего разр да счетчика 8, поступа  на уп- равл кщий вход переключател , подключает к входу интегратора 4 через резистор 3 входное напр жение отрицательной пол рности с клеммы Вход. Временна  диаграмма тока на входе интегратора обозначена позицией 22.

Напр жение на вькоде интегратора ;4 начинает увеличиватьс  от уровн  ограничени , равного падению напр жени  на диоде 11. При этом вследствие того, что выходное напр жение интегратора 4, поступающее через резистор 13 на неинвертирующий вход первого операционного усилител  12 компаратора 5, меньше нулевого потенциала на инвертирующем входе первого операционного усилител  12, выходной сигнал последнего (фиг.2, диаграмма 23) принимает максимальное значение отрицательной пол рности. Этот сигнал поступает через резистор 14 в базовую цепь первого бипол рного п - р - п- транзистора операционного усилител  15.

Неинвертирующий вход операционного усилител  9 подключен к шине нулевого потенциала, поэтому за счет ох

0

0

0 5

п

5

5

0

5

вата его через кондомю.атор И) отрицательной обратной св зью потенциал па его инвертирующем входе близок к нулевому. Этот потенциал поступа  на базу второго транзистора 17 операционного усилител  15, фop fиpyeт ток через переход база-эмиттер, генератор 18 тока к клемме отрицательного потенциала. Базовый ток I второго транзистора 17 (фиг.2, диаграмма 24) протекает от входа интегратора 4 к второму входу компаратора 5. Его направление совпадает с напранлением тока Ijj, протекающего через резистор 3. В результате ток на выходе интегратора 4 I,j, а следовательно, и ток зар да конденсатора (фиг.2, диаграмма 25) определ етс  выражением 1ц I g,x +1. Это сокращает мертвое врем  работы АЦП, т.е. врем  перезар да конденсатора 10 интегратора 4 от уровн  ограничени  до уровн  срабатывани  компаратора 5 при малых входных сигналах, и делает его конечным дл  нулевого входного напр жени .

При достижении выходным напр жением интегратора 4 (фиг.2, диаграм1-1а 26) нулевого уровн  сигнал на выходе операционного усилител  12 компаратора 5 за счет большого коэффициента усилени  принимает максимальное значение положительной пол рности. Этот сигнал, поступа  через резистор 14 на инвертирующий вход операционного усилител  15, т.е. в базовз цепь первого бипол рного п - р - п-тран- зистора операционного усилител  15, вводит его в насьщение. При этом за счет отрицательной обратной св зи через общую эмиттерную цепь второй бипол рный п - р - п-транзистор запираетс . Входной ток этого транзистора, т.е. ток неинвертирующего входа операционного усилител  15, прекращает протекать, так как от входа интегратора отключаетс  ток с второго входа комТтаратора 5. При этом интегратор 4 начинает интегрировать только ток с источника входного сигнала.

Выходной усилитель 20 усиливает сигнал с элемента 19 нагрузки коллекторов транзисторов 16 и 17 операционного усилител  и за счет высокого коэффициента усилени  повьшает точность момента срабатывани  компаратора 5. Сформированньц на его выходе положительный сигнал поступает на один из входов элемента И 6 и снимает блокировку прохо лс-ии  импульсов с выхода импульсного генератора 7 на вход счетчика 8. Причем это происходит после момента отключени  тока второго входа компаратора 5 от входа интегратора 4, так как сигнал на выходе операционного усилител  15 измен етс  после изменени  сигнала на его входе. Поэтому цепь формировани  зар да конденсатора 10 от уровн  ограничени  выходного напр жени  интегратора 4 до уровн  срабатывани  компаратора 5 не вносит дополнительной погрешности и преобразование входного напр жени .

В момент, когда старший разр д счетчика 8 принимает единичное значение , его выходной сигнал, поступа  на управл юпдай вход переключател  2, отключает от вывода резистора 3 клемму Вход и подключает к нему выход источника 1 опорного напр жени  положительной пол рности.

При достижении выходным напр жением интегратора 4 вновь нулевого уровн  компаратор 5 срабатывает повторно Его выходной сигнал, поступа  на один их входов элемента И 6, блокирует прохождение импульсов с выхода импульсного генератора на счетный вход счетчика 8, в котором оказываетс  записанным число, пропорциональное входному напр жению.

В момент повторного срабатывани  компаратора 5 к входу интегратора 4 вновь подключаетс  ток с второго входа компаратора, что замедл ет перезар д конденсатора 10 интегратора 4 от уровн  срабатывани  до уровн  ограничени . В случае поступлени  импульса на клемму Запуск в момент, когда выходное напр жение интегратора не достигло уровн  ограничени , еще более сокращаетс  мертвое врем  работы АЦП - врем  перезар да конденсатора интегратора от исходного уров- , н  до уровн  срабатывани  компаратора 5, что также повьшает быстродействие преобразовани  АЦП.

Ф о ; N( у л а и 3 о о р е т г. ь i- ч

Claims (2)

1 . Дналого-цифрово преобразог а- тель с компенсационным интегрированием , содержаищй переключатель, первый ииформационпьш вход которого  вл етс  входной шиной, второй информационный вход соединен с выходом источника опорного напр х спи , а выход через токоограничивающий элемент соединен с входом интегратора, выход подключен к первому входу компарагора , выход которого соединен с первым входом элемента И, второй ъход котог рого подключен к выходу импульсного генератора, а выход соединен с первым входом счетчика, второй вход которого  вл етс  управл ющей пленой, а выход соединен с управл ющим вхо0 AOf-- переключател , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  при преобразовании малых входных сигналов, второй вход компаратора объединен с входом

5 интегратора.

2. Преобразователь по п.1, о т - личающийс  тем, что компаратор выполнен на двух резисторах и двух операционных усилител х, первый

Q из которых выполнен на двух бипол рных п - р - п-транзисторах, элементе нагрузки, генераторе тока, выходном усилителе, входы которого подключены к коллекторам бипол рных п - р - п- гранзисторов соответственно, база первого из которых через первый резистор подключена к вьгходу второго операционного усилител , инвертирующий вход которого через второй резисQ тор подключен к общей шине, а неинвертирующий вход  вл етс  первым входом компаратора, вторым входом которого  вл етс  база второго бипол рного п - р - п-транзистора, эмиттер

5 которого объединен с эмиттером первого бипол рного п - р - п-транзистора и через генератор тока подключен к шине питани  отрицательной пол рности , а коллекторы через элемент нагрузки соединены с шиной питани  положительной пол рности, выход выходного усилител   вл етс  выходом компаратора .

5

0

2

ЧЧч

-г ж75л 3

9и.1