SU1481887A1 - Analog-to-digital converter - Google Patents
Analog-to-digital converter Download PDFInfo
- Publication number
- SU1481887A1 SU1481887A1 SU874207761A SU4207761A SU1481887A1 SU 1481887 A1 SU1481887 A1 SU 1481887A1 SU 874207761 A SU874207761 A SU 874207761A SU 4207761 A SU4207761 A SU 4207761A SU 1481887 A1 SU1481887 A1 SU 1481887A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- input
- output
- comparator
- counter
- voltage
- Prior art date
Links
Landscapes
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерени , а также в системах числового программного управлени . Цель изобретени - повышение точности преобразовани . Дл этого в преобразователь, содержащий компаратор 5 элемент И 6, измерительный счетчик 7, счетчик 8, нульдетектор 16, генератор 21 пилообразного напр жени , источник 15 напр жени , блок 18 коррекции, генератор 9 тактовых импульсов, введены коммутатор 1, конденсатор 2, блок 3 ключей, интегратор 4, стабилизатор 17 напр жени , гистерезисный компаратор 14, дешифратор 13, цифроаналоговый преобразователь 20, источник 11 напр жени , адресный счетчик 12, реверсивный счетчик 19, компаратор 10. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.The invention relates to measurement technology and can be used in automatic measurement systems, as well as in computer numerical control systems. The purpose of the invention is to improve the accuracy of the conversion. To do this, a converter containing a comparator 5 element I 6, a measuring counter 7, a counter 8, a null detector 16, a saw-tooth generator 21, a voltage source 15, a correction block 18, a clock generator 9, a switch 1, a capacitor 2, a block 3 keys, integrator 4, voltage regulator 17, hysteresis comparator 14, decoder 13, digital-to-analog converter 20, voltage source 11, address counter 12, reversible counter 19, comparator 10. 2 Cp f-ly, 6 ill.
Description
33
ооoo
00 00 00 00
фиг.1figure 1
1one
Изобретение относитс к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического измерени , а также в системах числового программного управлени .The invention relates to measurement technology and can be used in automatic measurement systems, as well as in computer numerical control systems.
Цель изобретени - повышение точности преобразовани .The purpose of the invention is to improve the accuracy of the conversion.
На фиг. 1 приведена функциональна схема преобразовател j на фиг.2 лринципиальна схема генератора пилообразного напр жени ; на фиг. 3 - принципиальна схема гистерезисного компаратора; на фиг. 4 - принципиальна схема стабилизатора напр жени ; на фиг. 5 - принципиальна схема блока коррекции на фиг. 6 - временные диаграммы работы преобра зовател .FIG. 1 shows a functional diagram of the converter j in FIG. 2; a basic diagram of a sawtooth voltage generator; in fig. 3 is a schematic diagram of a hysteresis comparator; in fig. 4 is a schematic diagram of a voltage regulator; in fig. 5 is a schematic diagram of the correction block in FIG. 6 - time diagrams of the converter operation.
Преобразователь (фиг. 1) содержит коммутатор 1, конденсатор 2, блок 3 ключей, интегратор 4, компаратор 5, элемент И 6, измерительный счетчик 7, счетчик 8, генератор 9 тактовых импульсов, компаратор 10, источник П напр жени , адресный счетчик 12, дешифратор 13, гисте- резисный компаратор 14, источник 15 напр жени , нуль-детектор 16, стабилизатор 17 напр жени , блок 18 коррекции, реверсивный, счетчик 19 цифроаналоговый преобразователь 20, генератор 21 пилообразного напр жени .The converter (Fig. 1) contains a switch 1, a capacitor 2, a block of 3 keys, an integrator 4, a comparator 5, an element 6, a measuring counter 7, a counter 8, a generator 9 of clock pulses, a comparator 10, a voltage source P, an address counter 12 decoder 13, hysteresis comparator 14, voltage source 15, null detector 16, voltage stabilizer 17, correction unit 18, reversible, counter 19 digital-to-analog converter 20, sawtooth voltage generator 21.
Генератор пилообразного напр жени (фиг. 2) содержит операционные усилители 22 и 23, конденсатор 24, резисторы 25-28.The sawtooth generator (Fig. 2) contains operational amplifiers 22 and 23, a capacitor 24, resistors 25-28.
Гистерезисньй компаратор (фиг. 3 содержит операционный усилитель 29, резисторы 30-33, стабилитрон 34 D-триггер 35.Hysteresis comparator (Fig. 3 contains an operational amplifier 29, resistors 30-33, Zener diode 34 D-flip-flop 35.
Стабилизатор напр жени (фиг. 4) содержит двухсторонний стабилизатор 36, резисторы 37 и 38.The voltage regulator (Fig. 4) contains a two-way stabilizer 36, resistors 37 and 38.
Блок коррекции(фиг. 5) содержит D-триггер 39| элементы ИННЕ 40 и 41 инвертор 42.The correction block (Fig. 5) contains a D-flip-flop 39 | elements inne 40 and 41 inverter 42.
На временных диаграммах (фиг.6) обозначено: UA(t) - график линейно измен ющегос опорного (эталонного) напр жени U л треугольной формы и посто нной крутизны, которое формируетс на пр мом выходе генератора 21; tUftm положительное и отрицательное амп/штудные значени напр жени UA; Uу - неизвестное измер емое напр жение, снимаемое с выхода интегратора 4 , U э - эталонное The time diagrams (Fig. 6) denote: UA (t) is the graph of the linearly varying reference (reference) voltage UL of a triangular shape and constant slope, which is formed at the direct output of the generator 21; tUftm positive and negative amp / unit voltage values UA; Uy - unknown measured voltage, taken from the output of integrator 4, U e - reference
1481887214818872
пр жение, формируемое источником 11 Тц - длительность цикла измерени , котора равн етс длительности периода напр жени , t0 - начало такта измерени , которое соответствует моменту формировани заднего фронтаthe voltage generated by the source 11 Tz is the duration of the measurement cycle, which is equal to the duration of the voltage period, t0 is the beginning of the measurement cycle, which corresponds to the moment of formation of the falling edge
импульса повторного включени а.reclosing pulse a.
СWITH
Т,T,
00
этого момента отсчитываютс врем i)r и врем Тэ-, ай - логический сигнал повторного включени , который формируетс на выходе компаратора 10. При этом задний фронт импульса ал формируетс в момент t0 на нарастающем участке графика UA(t), когда U Л - ИТЭ , а - логический сигнал смены знака напр жени 11Л, который формируетс на выходе нуль-детектора 1 6 . При переходе напр жени of this moment, time i) r and time Tee-, ah are the logical reclosing signal, which is formed at the output of the comparator 10. In this case, the trailing edge of the pulse al is formed at time t0 in the rising part of the plot UA (t) when UL is ITE and a is a logical signal for changing the sign of voltage 11L, which is formed at the output of the null detector 1 6. When going over voltage
0 ид через нуль сигнал ази мен ет свое значение; а у- логический сигнал наличи информации в счетчике 7, который формируетс на выходе компаратора 5. Сигнал ах измен ет свое значе5 ние в момент t равенства напр жений Ux и U A . С этого момента информаци в счетчике 7 не измен етс 1, t х- момент равенства напр жений Ux и 11Д, который идентифицируетс по заднему0 id through signal zero changes its value; and the logical signal of the availability of information in the counter 7, which is formed at the output of the comparator 5. The signal ax changes its value at the moment t of the equality of the voltages Ux and U A. From this point on, the information in the counter 7 does not change 1, t x is the moment of equality of the voltages Ux and 11D, which is identified by the back
0 Фронту сигнала ах. В этот момент заv0 signal front ah. At this moment
Т - хT - x
канчиваетс отсчет времени Т временный эквивалент неизвестного напр жени Ux : ТхThe time T is calculated. The temporary equivalent of the unknown voltage Ux: Tx
t v t v
UonUon
знакопеременное стабилизированное по амплитуде опорное напр жение, формируемое на опорном выходе компаратора 1 4. Знак напр жени U0n мен етс синхронно со знаком производной dUA/dtj b0fl- логический сигнал, мен ющийс синхронно с напр жением U п„ . Сигнал b „„ формируетс на иноч .-«.. оп формационном выходе компаратора 14-, t,,- начало цикла измерени (начало развертки линейного напр жени л котора начинаетс со значени ) t мс.м середина цикла измерени . Б этот момент напр жение U Л принимает свое максимальное значение +Ualternating amplitude-stabilized reference voltage formed at reference output of comparator 1 4. Voltage sign U0n varies synchronously with the sign of the derivative dUA / dtj b0fl-logical signal that changes synchronously with voltage U p. The signal "b" is formed at the inoch. - "... op formational output of the comparator 14-, t ,, is the beginning of the measurement cycle (the beginning of the sweep of the line voltage that starts with the value) t msm the middle of the measurement cycle. This moment the voltage U L takes its maximum value + U
Ъ,.,- логический сигналB,., - logical signal
стробировани (разрешени работы) дешифратора 1 3 и компаратора 5. Сигнал Ьстформируетс на стробирующем выходе компаратора 14$ с - логический сигнал окончани отсчета эталонного времени Т}, который формируетс на первом выходе счетчика 8j t ,- момент окончани отсчета эталонного времени Тэ, который идентифицируетс передним фронтом сигнала с9. В этотThe gating (operation resolution) of the decoder 1 3 and comparator 5. The signal b is generated at the gate output of the comparator $ 14 s - the logical signal of the reference time reference T}, which is formed at the first output of the counter 8j t, is the instant of the reference time reference Te, which is identified front edge of c9 signal. In that
момент в блоке 18 провер етс вие равенства нулю напр жени the moment in block 18 checks whether the voltage is equal to zero
тэ эталонное врем .te reference time
Тэ Te
сс - логический сигнал сброса интегратора 4, который формируетс на третьем выходе счетчика 8} с gK- логический сигнал включени блока 3, который формируетс на четвертом выходе счетчика 8. Сигнал с распредел ет cc is the logical reset signal of the integrator 4, which is generated at the third output of the counter 8}; the gK-logical turn-on signal of the block 3, which is formed at the fourth output of the counter 8. The signal c is distributed
длительность тора 2} dtorus duration 2} d
fk такта разр да конденсасчетные импульсы, постуfk tact discharge condensation impulses, post
пающие в течение времени Tv на входdrinkers for the time tv to the input
АBUT
счетчика 7, формируютс на выходе элемента И 6j TJa- длительность тока зар да конденсатора 2, равна длительности высокого уровн сигнала bCTj T paj- длительность такта разр да конденсатора 2, равна длительности высокого уровн сигнала с , the counter 7, are formed at the output of the element AND 6j TJa- the duration of the charging current of the capacitor 2, is equal to the duration of the high level of the signal bCTj T paj- the duration of the discharge cycle of the capacitor 2 is equal to the duration of the high level of the signal c,
Преобразователь работает следующи образом.The converter works as follows.
Измер емые п входных , напр жений U1, U2,...,U „ поступают в многоканальный АЦП (фиг. 1) по двухпроводным лини м св зи на информационные входы коммутатора 1, который имеет п пар информационных входов и одну пару выходов.Measured n input, voltages U1, U2, ..., Un enter the multichannel ADC (Fig. 1) via two-wire communication lines to the information inputs of switch 1, which has n pairs of information inputs and one pair of outputs.
Коммутатор 1 и дешифратор 13 образуют вместе схему аналогового мультиплексора , который обеспечивает выбор только одного из п входных каналов , блокиру при этом коммутацию всех остальных (п-1) каналов. Выбор требуемой группы ключей коммутатора 1 осуществл етс дешифратором 13 по коду N4 адреса 1-го канала , который циклически, с посто нным периодом, равным Т., формируетс в счетчике 12 и подаетс на информационные входы дешифратора 13.The switch 1 and the decoder 13 together form an analog multiplexer circuit that provides the choice of only one of the n input channels, while blocking the switching of all other (n-1) channels. The selection of the required key group of the switch 1 is performed by the decoder 13 according to the N4 code of the 1st channel address, which cyclically, with a constant period equal to T., is generated in the counter 12 and is fed to the information inputs of the decoder 13.
Принцип временного делени каналов ВДК, использованный при построении предлагаемого АЦП, позвол ет поочередно коммутировать п измерительных каналов в течение цикла дискретизации каждого канала, равного Т д. При этом за каждым i-каналом закрепл етс свой адрес N и соответствующий ему свой временной интервал, равный Тц, где Т ц Т3/п.The time division principle of VDK channels used in building the proposed ADC allows alternately switching n measuring channels during the sampling cycle of each channel equal to T g. Each i-channel is assigned its address N and its corresponding time interval equal to TC, where T C T3 / p.
1one
Счетчик 12 измен ет ние, и соответственно,Counter 12 changes ation, and accordingly,
свое состо - измен в тits state - change in t
СВОЙ ВЫХОДНОЙ КОД N u С ПОСТОЯННОЙITS OUTPUT CODE N u WITH CONSTANT
частотой, равной частоте f ц I /Tu поступлени на счетный вход импульсного логического сигнала ас(фиг.6).a frequency equal to the frequency f c I / Tu of the pulse logic signal ac being supplied to the counting input (Fig. 6).
gg
5five
00
5 050
5five
00
5five
Измерение 1-го входного напр жени U. начинаетс с его коммутации в начале (i-l)-ro цикла измерени на входы конденсатора 2. Длительность такта Т зар да конденсатора 2 определ етс логическим сигналом Ъст (фиг. 6), который подаетс на стро- бирующий (разрешающий) вход дешифратора 2 .The measurement of the 1st input voltage U. begins with its switching at the beginning (il) -ro of the measurement cycle to the inputs of the capacitor 2. The duration of the tact T of the charge of the capacitor 2 is determined by the logical signal bst (Fig. 6), which is fed to Enclosing (enabling) the input of the decoder 2.
Логический сигнал Ьстблокирует или разрешает подачу сигналов управлени на управл ющие входы коммутатора 1 . Благодар этому, коммутатор 1 может находитьс в двух состо ни х: в выключенном, когда закрыты все группы ключей, и в включенном состо нии, когда открыта i- группа ключей и измер емое напр жение подаетс на обкладки конденсатора 2. Включенному состо нию коммутатора 1 соответствует высокий уровень сигнала Ьст, а выключенному - низкий.The logical signal b blocks or enables the supply of control signals to the control inputs of switch 1. Due to this, the switch 1 can be in two states: in the off state, when all key groups are closed, and in the on state, when the i group of keys is open and the measured voltage is applied to the capacitor 2 plates. high level of the signal corresponds to bc, and off to a low level.
Конденсатор 2, осуществл гальваническое разделение входных цепей от выходных, обеспечивает значительное подавление синфазных помех.The capacitor 2, carried out the galvanic separation of the input circuits from the output, provides a significant suppression of common mode noise.
Дл получени высокого быстродействи АЦП требуетс выбирать кон- денсатрр 2 небольшой емкости. Однако, непосредственное измерение напр жени на конденсаторе малой емкости не обеспечивает высокой точности АЦП, так как из-за конечного значени входного сопротивлени измерительной цепи будет происходить разр д конденсатора 2 во врем выполнени операции аналого-цифрового преобразовани .To obtain a high speed ADC, you need to select a small capacitance condensate 2. However, direct measurement of the voltage on a small capacitor does not provide a high accuracy of the ADC, since due to the final value of the input resistance of the measuring circuit, the discharge of capacitor 2 will occur during the operation of the analog-to-digital conversion.
Поэтому конденсатор 2 используе- етс в устройстве в качестве промежуточного запоминающего устройства (ЗУ), информаци из которого после окончани такта зар да передаетс через блок 3 в интегратор 4,Therefore, the capacitor 2 is used in the device as an intermediate storage device (RAM), from which, after the end of the charging cycle, is transmitted through block 3 to the integrator 4,
Блок 3 содержит два параллельно включенных аналоговых ключа, которые включаютс во второй половине каждого цикла измерени высоким уровUnit 3 contains two parallel-connected analog switches that are turned on in the second half of each high level measurement cycle.
нем логического сигнала сhim a logical signal with
Б к B to
СигналSignal
сб) определ ет длительность такта разр да конденсатора 2.SAT) determines the duration of the discharge time of the capacitor 2.
Длительность такта разр да значительно превышает посто нную времени цепи разр да конденсатора 2, что обеспечивает полное гашение напр жени U; (запомненного в i-м цикле измерени ) к началу следующего (i+П-го цикла измерени . Поэтому вThe duration of the discharge cycle significantly exceeds the time constant of the discharge circuit of capacitor 2, which ensures complete suppression of the voltage U; (memorized in the i-th measurement cycle) to the beginning of the next (i + P-th measurement cycle. Therefore, in
устройстве исключен режим работы ключей коммутатора 1 с двойным амплитудным значением приложенного напр жени , равным 2U,m. Такой режим возможен в устройстве без гашени зар да конденсатора 2, когда к началу (i+l)ro цикла измерени конденсатор 2 хранит амплитудное значение напр жени U- 1-го цикла из1 mthe device eliminated the mode of operation of the switches of switch 1 with a double amplitude value of the applied voltage equal to 2U, m. Such a mode is possible in the device without quenching the charge of the capacitor 2, when at the beginning (i + l) ro of the measurement cycle the capacitor 2 stores the amplitude value of the voltage of the U-1st cycle from 1 m
мерени , равное и противоположное по знаку амплитудному значению коммутируемого напр жени U ti+1) m measure, equal and opposite in sign to the amplitude value of the switched voltage U ti + 1) m
Дл обеспечени высокой точности передачи информации из конденсатора 2 в интегратор 4 разр д конденсатора 2 выполн етс за калиброванное врем через прецизионный входной резистор, вход щий в состав интегратора 4. Этим обеспечиваетс высока стабильность коэффициента передачи цепи разр да конденсатора 2.To ensure high accuracy of information transfer from the capacitor 2 to the integrator 4, the discharge of the capacitor 2 is performed for a calibrated time through the precision input resistor included in the integrator 4. This ensures the high stability of the transmission ratio of the discharge of the capacitor 2.
Интегратор 4 реализуетс по типовой схеме на основе операционного усилител с конденсатором в цепи отрицательной обратной св зи и с использованием режима гашени зар да (разр да собственного конденсатора) , который выполн етс в середине каждого цикла измерени при наличии логического сигнала с оПрименение последовательной обработки информации двух блоков ЗУ (конденсатора 2 и интегратора 4) приводит к увеличению затрат времени на обслуживание каждого канала.The integrator 4 is implemented according to a typical circuit based on an operational amplifier with a capacitor in the negative feedback circuit and using a blanking mode (discharge of its own capacitor), which is performed in the middle of each measurement cycle in the presence of a logical signal with the use of sequential information processing blocks of memory (capacitor 2 and integrator 4) leads to an increase in time spent on servicing each channel.
Чтобы скомпенсировать эти временные потери, в устройстве осуществл етс параллельна обработка информации двух соседних каналов в течение времени 1J2. В результате этого длительность цикла измерени , равна времени Тц, которое в системе с ВДК отводитс на обслуживание одного канала, сохран етс неизменной, хот реальные затраты времени на канал составл ют величину ЗТц/2.In order to compensate for these time losses, the device performs parallel processing of information from two adjacent channels during time 1J2. As a result, the duration of the measurement cycle, equal to the time Tc, which in the system with VDK is allocated to service one channel, remains unchanged, although the actual time spent on the channel is ZTc / 2.
Параллельна обработка информации соседних каналов выполн етс в первой половине каждого цикла измерени , когда вместе с коммутацией 1-го канала осуществл етс измерение напр жени (i-l)-ro канала.Parallel processing of information of adjacent channels is performed in the first half of each measurement cycle, when, together with the switching of the 1st channel, the voltage measurement of the (i-l) -ro channel is measured.
В основу работы А1Щ положен известный способ однократного интегрировани , использующий промежуточное преобразование неизвестного напр жени U x в пропорциональный ему временной интервал, который измер етс The work of A1SC is based on a known one-time integration method using an intermediate transformation of an unknown voltage U x into a proportional time interval, which is measured
с помощью тактовых импульсов образцовой частоты foПринцип работы АЦП однократного интегрировани заключаетс в следующем .Using clock pulses of an exemplary frequency, the principle of operation of a single integration ADC is as follows.
Неизвестное напр жение Ux сравниваетс с линейно нарастающим опорным (эталонным) напр жением U л посто нQ ной крутизны. Операци сравнени двух напр жений, реализуетс с помощью компаратора 5, выполн етс от момента 1:„(фиг,6) начала такта измерени до момента t x равенства сравнивае5 мых напр жений.The unknown voltage Ux is compared with the linearly increasing reference (reference) voltage U l of constant cone. The operation of comparing two voltages, implemented with the help of comparator 5, is performed from the moment 1: "(Fig. 6) the start of the measurement cycle to the instant t x equality of the compared voltages.
С этого же момента t0 импульсы образцовой частоты f0 начинают накапливатьс в счетчике 7. В момент t x равенства, напр жений J и ил сраQ батывает компаратор 5 и счет импульсов в счетчике прекращаетс . При этом значение кода, зафиксированное в счетчике 7, пропорционально неизвестному напр жению.From the same moment t0, the pulses of the exemplary frequency f0 begin to accumulate in the counter 7. At the moment t x of equality, the voltage J and the slider Q, the comparator 5 is stopped and the counting of the pulses in the counter ceases. At the same time, the value of the code recorded in the meter 7 is proportional to the unknown voltage.
5 Интегратор 4 выполн ет в АЦП роль источника неизвестного напр жени Uу, которое равно измер емому . Операци сравнени двух напр жений выполн етс на нарастающем5 In the ADC, the integrator 4 acts as a source of unknown voltage Uy, which is equal to the measured one. The operation of comparing two voltages is performed on an increasing
0 участке графика линейного напр жени ид с помощью компаратора 5, который управл етс высоким уровнем логического сигнала Ь tT.0 is a plot of the linear voltage id with the help of a comparator 5, which is controlled by a high level of the logical signal b tT.
В моментt равенства сравниваемых напр жений Ux и UA компаратор 5 фор мирует нулевой уровень логического сигнала Ux, который подаетс на один из двух входов элемента 6, блокиру прохождение тактовых импульQ сов эталонной частоты Ј0, на счетный вход счетчика 7, который формирует код N 5 пропорциональный неизвестному напр жению Ux.At the moment of equality of the compared voltages Ux and UA, the comparator 5 forms the zero level of the logic signal Ux, which is fed to one of the two inputs of element 6, blocking the passage of clock pulses of the reference frequency Ј0, to the counting input of the counter 7, which forms the N 5 proportional code unknown voltage Ux.
Логический сигнал Ux вл етс The logical signal Ux is
5 признаком наличи информации в АЦП. Его задний фронт, формируемый компаратором 5 в момент tx, инициирует действи системы, в которой примен етс АЦП, направленные на чтение5 sign of the availability of information in the ADC. Its trailing edge, formed by the comparator 5 at time tx, triggers the action of the system, in which the ADC is applied, aimed at reading
- измерительной информации из счетчика 7 вместе с адресом канала, который хранитс в счетчике 12.- the measurement information from the counter 7 together with the channel address, which is stored in the counter 12.
Эта операци должна выполн тьс системой до момента формировани им пульса повторного включени d... ко5 „°This operation must be performed by the system until the re-activation pulse is generated d ... co5 "°
торый осуществл ет начальную установку АЦП.The second one performs the initial setup of the ADC.
Линейное напр жение и, формируемое генератором 21 , имеет симметричную треугольную форму. Длитель- . ность его периода прин та в устройстве за длительность Т, цикла измерени , а момент t Mlitl , когда линейное напр жение U принимает свое отрицательное амплитудное значение -UAm , прин т за начало цикла измерени .The linear voltage and, generated by the generator 21, has a symmetrical triangular shape. Longer- its period is taken in the device for the duration T, the measurement cycle, and the time t Mlitl, when the linear voltage U takes its negative amplitude value -UAm, is taken as the beginning of the measurement cycle.
Началом такта измерени вл етс момент tu, который соответствует заднему фронту импульса повторного включени а0, формируемого на выходе компаратора 10 в виде высокого уровн логического сигнала.The beginning of the measurement cycle is the time tu, which corresponds to the trailing edge of the reclosing pulse a0, generated at the output of the comparator 10 in the form of a high level logic signal.
Передний фронт импульса повторного включени ае формируетс в момент равенства напр жени -U э и -U/, на спадающем участке графика ), а задний фронт. - в момент t Q равенства напр жени - -U э и -ил на участке возрастани линейного напр жени UA.The leading edge of the reclosing impulse ae is formed at the moment of equality of the voltage -U e and -U /, on the falling part of the graph), and the trailing edge. - at time t Q, the voltage equals -Ue and -il in the portion of the increase in the linear voltage UA.
Импульс повторного включени а0 выполн ет в преобразователе две функции: во-первых, функцию начальной установки АЦП в конце цикла измерени , во врем которой производитс операци сброса счетчиков 7 и 8 в нуль и операци увеличени содержимого счетчика 12 на единицу, и, во-вторых , функцию идентификации (по заднему фронту импульса а„) момента te.The re-activation pulse a0 performs two functions in the converter: first, the function of the initial setting of the ADC at the end of the measurement cycle, during which a reset operation of counters 7 and 8 to zero and an operation of increasing the content of counter 12 by one, and secondly, , the identification function (on the falling edge of the pulse a „) of the moment te.
Точность идентификации начала такта измерени зависит от точности компаратора 10 и от стабильности источника 1 1 .The accuracy of identifying the start of the measurement cycle depends on the accuracy of the comparator 10 and on the stability of the source 1 1.
С момента t0 начинаетс измерение неизвестного напр жени Ux. Счетчик 7 считает тактовые импульсы d 0 эталонной частоты f 0 в течение времени Тх (t x - tQ) от момента t0 до момента t x срабатывани компаратора 5. Это врем пропорционально амплитуде неизвестного напр жени Ux. Его двоичный эквивалент код N „ хранитс с момента счетчике 7 .Величина Nx определ етс следующим выражением:From the time t0, the measurement of the unknown voltage Ux begins. Counter 7 counts the clock pulses d 0 of the reference frequency f 0 for the time Tx (t x - tQ) from the time t 0 to the time t x the comparator 5 trips. This time is proportional to the amplitude of the unknown voltage Ux. Its binary equivalent code N "is stored from the moment of the counter 7. The value of Nx is determined by the following expression:
Nx ТХ/Т0 KVX,Nx TX / T0 KVX,
Т х - врем , в течение которого происходит накопление импульсов d в счетчике 7$ Т0 - период следовани импульсов образцовой частоты fa; К - коэффициент пропорциональности .T x is the time during which the accumulation of pulses d occurs in the counter 7 $ T0 - the period of following pulses of the model frequency fa; K - coefficient of proportionality.
нхронизаци работы преобразовавнутри каждого цикла измерени synchronization work transform each measurement cycle
осуществл етс с помощью счетчика 8, который(выполн функции делител эталонной частоты f 0, обеспечивает формирование последовательности логических сигналов сэ, с „ и сcarried out using the counter 8, which (acting as a divider of the reference frequency f 0, ensures the formation of a sequence of logic signals se, c „and c
FK FK
Передний фронт импульса с 3 соответствует моменту tэ проверки услови равенства нулю линейного напр жени и„ на нарастающем участке графика U/v(t) . Импульс с э используетс дл формировани в блоке 18 корректирующего воздействи , обеспечивающего посто нство скорости нарастани линейного напр жени U л .The leading edge of the pulse with 3 corresponds to the instant t e of checking the condition of zero linear voltage and “on the growing part of the graph U / v (t). The impulse with e is used to form in the block 18 a corrective action ensuring the constant rate of increase of the linear voltage U l.
Импульс сброса с0, формируемый в конце такта измерени , переключает интегратор 4 в режим гашени зар да , а его инверси - импульс с0 инициирует формирование заднего фронта стробирующего импульса b ст, который вырабатываетс компаратором 14. Сигнал с Б включени ключей блока 3 формируетс после установки вThe reset pulse c0, generated at the end of the measurement cycle, switches integrator 4 into the quenching mode, and its inversion, pulse c0, initiates the formation of the trailing edge of the gating pulse, b st, which is generated by the comparator 14. The key B of the activation of keys of block 3 is formed after setting
нуль интегратора 4. Он подключает к двум входам интегратора 4 выводы конденсатора 2, обеспечива его полный разр д к моменту формировани импульса повторного включени ав.zero of the integrator 4. It connects to the two inputs of the integrator 4 the terminals of the capacitor 2, ensuring its full discharge by the time of the formation of the reclosing impulse av.
Компаратор 14 может находитьс в двух стабильных состо ни х: в состо нии 1 ив состо нии О . В этих состо ни х на его опорном выходе , который подключен к общей точкеComparator 14 can be in two stable states: in state 1 and in state O. In these states, at its reference output, which is connected to a common point
соединени резисторов 30 и 31 , формируютс соответственно два равных по модулю значени аналогового напр жени U,the connections of the resistors 30 and 31 form, respectively, two equal in magnitude values of the analog voltage U,
: +U пп и -U: + U PP and -U
оп оо u on Изменение состо ни компаратора 0 происходит в моменты t и t акс т.е. в начале и в середине каждого цикла измерени . Переключение компаратора 14 в момент tMMH используетс дл формировани на его строби- 5 РУющем выходе логического сигнала b ст . Этот сигнал формируетс с помощью D-триггера 35.op oo u on A change in the state of the comparator 0 occurs at instants t and t ax i.e. at the beginning and in the middle of each measurement cycle. The switching of the comparator 14 at the time tMMH is used to form at its strobe 5 Router the logical signal b st. This signal is generated by the D-flip-flop 35.
D-триггер 35 взводитс по С-входу передним фронтом сигнала Ьоп в мо- мент t ММ)| , а сбрасываетс через калиброванное врем сигналом с 0.D-flip-flop 35 is cocked on the C-input by the leading edge of the bo signal at the time t MM) | and is reset after a calibrated time with signal 0.
Дл повышени стабильности частоты f u колебаний линейного напр жени r .UA треугольной формы используетс стабилизатор 1 7. Стабилизатор 1 7 осуществл ет преобразование напр жени , формируемого на выходе усилител 29, которое зависит от колебаний напр жени питани , в стабилизированное опорное напр жение Uon,In order to increase the stability of the linear voltage fluctuation frequency f u r .UA of a triangular shape, stabilizer 1 7 is used. Stabilizer 1 7 converts the voltage generated at the output of amplifier 29, which depends on the fluctuations of the supply voltage, into a stabilized reference voltage Uon,
Рассмотрим формирование линейног напр жени ил без учета воздействи напр жени UConsider the formation of a linear voltage sludge without taking into account the effects of voltage U
Предположим, что компаратор 14 находитс в состо нии 1 - момент смин Тогда на его опорном выходе формируетс напр жение +U „„. В этом случае на пр мом выходе генератора 21 формируетс возрастающее линейное напр жение, а на инверсном - убывающее. Когда значение линейного напр жени на аналоговом входе ком- паратора 14 превысит по модулю порог срабатывани , т.е. достигнет своего отрицательного амплитудного значени -UftTn, то он переключитс вSuppose that the comparator 14 is in the state 1 - the moment cmin. Then the voltage + U „„ is formed at its reference output. In this case, an increasing linear voltage is formed at the forward output of the generator 21, and a decreasing one at the inverse voltage. When the value of the linear voltage at the analog input of the comparator 14 exceeds the modulation threshold, i.e. reaches its negative amplitude value -UftTn, it will switch to
состо ние О - момент tO state - moment t
макс Max
При этом на линейном выходе компаратора 14 сформируетс отрицательное значение напр жени Ч10п. Тогда с пр мого выхода генератора 21 будет сниматьс убывающее линейное напр жение U , которое будет убывать до тех пор, пока модуль его величины не достигнет порога срабатывани , т.е. когда на опорном входе компаратора 14 входное напр жение до- стигнет величины +UAm,In this case, at the linear output of the comparator 14, a negative voltage value 1010p is formed. Then, from the direct output of the generator 21, a decreasing linear voltage U will be removed, which will decrease until its magnitude reaches the trigger threshold, i.e. when at the reference input of the comparator 14 the input voltage reaches + UAm,
В этот момент t М1ДН линейное напржение U. достигнет своего амплитуд- лAt this moment t М1ДН linear voltage U. will reach its amplitude
ного значени Улт5 компаратор 14 вновь перейдет в состо ние 1, a линейное напр жение UA снова начнет возрастать. Начнетс новый цикл измерени .The value of Ult5, the comparator 14, will again return to state 1, and the line voltage UA will begin to increase again. A new measurement cycle will begin.
Таким образом, на выходе генератора 21 генерируетс линейное напр жение UA симметричной треугольной формы с периодом Тц колебаний, равнThus, at the output of the generator 21, a linear voltage UA of a symmetrical triangular shape with a period of oscillation oscillations equal to
Т ц . 4 R° CUКг„T c. 4 R ° CUKg „
(О(ABOUT
де R оп - входное сопротивление ге- 45 нератора 21 по опорному входу, которое равн етс сумме сопротивлений резисторов 25 и 26;de R op is the input resistance of the generator 45 on the reference input, which is equal to the sum of the resistances of the resistors 25 and 26;
С u - емкость конденсатора 24 в Q цепи обратной св зи гене ратора 21;C u is the capacitor capacitance 24 in the Q feedback circuit of the generator 21;
К гк - коэффициент передачи компаратора 14. Он определ етс To rk - the transfer coefficient of the comparator 14. It is determined
из равенства Ufrom equality U
onon
кг,иkg and
Скорость изменени линейного на- .пр жени U п , которую можно оценить коэффициентом Копопорной крутизны (характеризует угол наклона ветвейThe rate of change of the linear stress U p, which can be estimated by the coefficient of the Copop steepness (characterizes the angle of inclination of the branches
с with
Q 5 Q 5
00
5 0 50
§ §
0 0
5 five
временной характеристики UA(t) генератора 21), определ етс выражениемthe time characteristic UA (t) of the generator 21), is determined by the expression
v du л , U лт-К гн Г9чv du l, U lt-K g G9ch
л оп н - т г )l op n - t g)
at 1 ц, к on С иat 1 c, to C and
где К Of| - коэффициент опорной крутизны при управлении генератора 21 по опорному входу.Where K Of | - the coefficient of the reference slope when controlling the generator 21 on the reference input.
Как видно из выражени (2), требуемый наклон ветвей временной характеристики UA(t) можно легко обеспечить за счет выбора определенных значений параметров R оп и Си, Однако благодар этой же параметрической зависимости, коэффициент Копможет мен тьс с течением времени из-за старени элементов и в функции от температуры.As can be seen from expression (2), the required slope of the branches of the time characteristic UA (t) can be easily achieved by choosing certain values of the parameters R op and C, However, due to the same parametric dependence, the coefficient Cop can change over time due to aging of the elements and as a function of temperature.
Дл стабилизации крутизны линейного напр жени 11Л в устройстве предусмотрено формирование с помощью ЦАП 20 корректирующего сигнала (тока коррекции), который получаетс из опорного напр жени U6k коррекции , снимаемого с выхода стабилизатора 17 . Напр жение U0k вл етс опорным напр жением ЦАП 20. Поэтому величины иопи UOK св заны линейной зависимостью и их знаки совпадают .To stabilize the slope of the linear voltage 11L, the device provides for the formation of a correction signal (correction current) using the DAC 20, which is obtained from the reference voltage U6k correction taken from the output of the stabilizer 17. The voltage U0k is the reference voltage of the DAC 20. Therefore, the magnitudes of the opi UOK are connected by a linear relationship and their signs are the same.
Мен код N k коррекции, который управл ет коэффициентом передачи ЦАП 20, можно мен ть ток коррекции, который поступает из ЦАП 20 на вход коррекции генератора 21 , ускор или замедл скорость изменени линейного напр жени ПЛ.By changing the correction code Nk, which controls the transfer ratio of the DAC 20, you can change the correction current, which is fed from the DAC 20 to the correction input of the generator 21, accelerating or slowing down the rate of change of the linear voltage of the PL.
Вли ние корректирующего воздействи N«Ha крутизну формируемого линейного напр жени U n можно оценить с помощью коэффициента и К коррекции крутизны, равногоThe effect of the corrective action of N "Ha on the steepness of the linear voltage U n formed can be estimated using the coefficient and К of the correction of the slope equal to
U OKNKU OKNK
ЛК LC
RkcM 2RkcM 2
где Rb - сопротивление корректирующей цепи, состоит из суммы входных сопротивлений стабилизатора 17, ЦАП 20 и входного сопротивлени генератора 21 по входу коррекции; m - разр дность ЦАП 20.where Rb is the resistance of the correction circuit, consists of the sum of the input resistances of the stabilizer 17, the DAC 20 and the input resistance of the generator 21 at the correction input; m is the DAC resolution 20.
С учетом корректирующего сигнала требуемый посто нный наклон ветвей временной характеристики U rt(t) можно оценить с помощью эталонного коэффициента Кэ крутизны, который равн етс сумме коэффициентов К оп и dTaking into account the correction signal, the required constant slope of the branches of the time characteristic U rt (t) can be estimated using the reference steepness coefficient Ke, which is the sum of the coefficients K op and d
К з К оп + и К. const .K z K op + and K. const.
Задача коррекции крутизны заключаетс в поддержании при Коп Var неизменной величины Кэ за счет изменени величины /JK.The task of correcting the steepness is to maintain a constant Ke at the Cope var by changing the value of / JK.
Чтобы обеспечить симметрию при коррекции крутизны линейного напр жени U Л в обе стороны (в сторону увеличени и в сторону уменьшени коэффициента и К), желательно в кчестве рабочей точки ЦАП 20 выбрать начальный корректирующий код N в из середины шкалы корректирующего кодаTo ensure symmetry when correcting the linear voltage steepness U L in both directions (upwards and downwards and K), it is advisable to choose the initial correction code N from the middle of the correction code as the operating point of the DAC 20.
т.е. выполнить условиеthose. fulfill condition
„ ««-ч No 2„“ “-H No 2
Тогда начальна - установка требуемого коэффициента К 3, осуществл ема путем изменени сопротивлени Ronr должна производитьс при наличии на цифровых входах ЦАП 20 начального корректирующего кода N.Then the initial setting of the required coefficient K 3, carried out by changing the resistance, Ronr should be made if there is an initial correction code N on the digital inputs of the D / A converter 20
Требуемый эталонный наклон ветвей временной характеристики U (t) генератора 21 можно обеспечить путем прив зки одной из ее ветвей, например возрастающей, к двум выб-- ранным опорным точкам, через которые можно провести только одну пр мую, например эталонную, с требуемым наклоном , равным коэффициенту Кэ.The required reference slope of the branches of the time characteristic U (t) of the generator 21 can be achieved by assigning one of its branches, for example, increasing, to two selected reference points, through which only one straight line, for example, with the required slope, can be drawn. equal to the coefficient ke.
В устройстве нижн опорна точка графика U (t), соответствующа моменту t0, задаетс источником 1 1 , на выходе которого формируетс эталонное напр жение, равное -U.In the device, the lower reference point of the graph U (t), corresponding to the moment t0, is specified by the source 1 1, at the output of which a reference voltage equal to -U is formed.
Верхн опорна точка, соответствующа моменту t3, задаетс источником 15, в качестве которого используетс нулевое напр жение - напр жение сигнальной земли,The upper reference point corresponding to the time t3 is specified by the source 15, for which the zero voltage is used - the voltage of the signal ground,
Таким образом, нижн опорна точка эталонного графика линейного напр жени UA имеет координаты (-U5, t0), а верхн опорна точка - координаты (О, t3), При этом выполн етс равенствоThus, the lower reference point of the linear voltage reference graph UA has coordinates (-U5, t0), and the upper reference point contains coordinates (О, t3). In this case, the equality
,,
КTO
з1s1
(4)(four)
Сформировать корректирующее воздействие можно следующим образом: зафиксировать момент t0 равенства Напр жений -U j и -U А на возрастающем участке графика UA(t); с момента toA corrective action can be formed as follows: fix the moment t0 of the equality of the stresses -U j and -U And on the ascending segment of the graph UA (t); from the moment to
отсчитать эталонное врем Т э и зафиксировать момент t ; в момент t, проверить условие , причем если UA 0 (скорость изменени напр жени ил больше нормы), то уменьшить значение корректирующего кода Nk в счетчике 19 на квант, а если11Л 0, то увеличть значение кода N на кван Вариант ил 0 не анализируетс , так как проверку выполнени услови UA О обычно реализуют на компараторе , который имеет только два выходных состо ни :count the reference time T e and fix the time t; at time t, check the condition, moreover, if UA 0 (the rate of change of voltage is greater than normal), then decrease the value of the correction code Nk in the counter 19 by a quantum, and if 11L 0, then increase the value of the code N by kvan Variant 0 is not analyzed, since the conditional check UAO is usually implemented on a comparator that has only two output states:
Ч и О H and O
Поэтому при значении UTherefore, when the value is U
близкоJQ 15 closeJQ 15
3535
00
му к нулю, что соответствует установившемус режиму, система автоматического регулировани крутизны будет находитьс в автоколебательном ре20 жиме с амплитудой автоколебаний +1 дискрета.Mu to zero, which corresponds to the steady state, the system of automatic control of the slope will be in self-oscillating mode with an amplitude of self-oscillations of +1 discrete.
Формирование корректирующего кода N осуществл етс следующим образом. В момент t 0 запускаетс счетчик 8 иThe formation of the correction code N is as follows. At time t 0, counter 8 is started and
25 начинаетс отсчет времени .Тэ . В момент t3 счетчик 8 формирует передний фронт логического сигнала с, который поступает на С-вход D-триггера 39. На D-вход этого D-триггера 3925 begins the countdown. At time t3, the counter 8 forms the leading edge of the logical signal c, which is fed to the C input of a D-flip-flop 39. To the D input of this D-flip-flop 39
30 подаетс знаковый логический сигнал с выхода нуль-детектора 16.30, a sign logic signal is output from the output of the null detector 16.
Нуль-детектор 16, который представл ет собой компаратор, может находитьс в двух состо ни х: в состо нии 1, когда U Л 0, ив состо нии О, когда U Л 0.The null detector 16, which is a comparator, can be in two states: in state 1, when U L 0, and in state O, when U L 0.
Если в момент t на знаковый вход блока 18 поступает высокий уровень знакового логического сигнала, то D-триггер 39 переходит в состо ние 1. Если ил 0, то D-триггер 39 устанавливаетс в состо ние О.If, at time t, the sign input of block 18 receives a high level of a sign logic signal, then D-flip-flop 39 goes to state 1. If it is 0, then D-flip-flop 39 is set to state O.
Логический сигнал Ьоп, поступаю- 5 Щий в момент t максна счетный вход блока 18, производит опрос состо ний выходов D-триггера с помощью элементов 40 и 41 и формирует на одном из двух выходов блока 18 импульс Q коррекции, который своим задним фронтом (момент tMul)) измен ет на квант состо ние счетчика 19.The logic signal Lop, arriving at the moment t max of the counting input of block 18, polls the outputs of the D-flip-flop using elements 40 and 41 and generates a correction pulse Q at one of the two outputs of block 18 (the moment tMul)) changes the count of 19 to a quantum.
Операци коррекции крутизны линейного напр жени выполн етс в 5 каждом цикле измерени .The linear voltage slope correction operation is performed in 5 each measurement cycle.
В установившемс режиме импульсы коррекции приход т поочередно на суммирующий и вычитающий входы счетчика 19.In the steady state, the correction pulses arrive alternately at the summing and subtracting inputs of counter 19.
//
1414
Таким образом, по сравнению с известным , предлагаемый преобразовател обладает следующими преимуществами: обеспечивает повышение точности преобразовани за счет цифровой коррекции (с высокой разрешающей способностью ) крутизны линейно нарастающего опорного напр жени по двум эталонным напр жени м, обеспечивает по- давление синфазных шумов путем гальванического разделени входных цепей от измерительных с помощью конденсатора , позвол ет упростить техническую реализацию преобразовател за счет использовани принципа временного делени каналов, улучшает контролепригодность за счет уменьшени объема индивидуального оборудовани каждого измерительного канала.Thus, in comparison with the known, the proposed converter has the following advantages: it provides an increase in the accuracy of conversion due to digital correction (with high resolution) of the steepness of the linearly increasing reference voltage over two reference voltages, provides suppression of the common-mode noise by galvanic separation input circuits from the measuring circuit using a capacitor, allows to simplify the technical implementation of the converter by using the principle of ELENI channels improves the controllability by reducing the volume of the individual equipments of each measuring channel.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874207761A SU1481887A1 (en) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | Analog-to-digital converter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU874207761A SU1481887A1 (en) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | Analog-to-digital converter |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1481887A1 true SU1481887A1 (en) | 1989-05-23 |
Family
ID=21289931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU874207761A SU1481887A1 (en) | 1987-03-09 | 1987-03-09 | Analog-to-digital converter |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1481887A1 (en) |
-
1987
- 1987-03-09 SU SU874207761A patent/SU1481887A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Быхтиаров Г.Д. и др. Аналого- цифровые преобразователи,- М.: Советское радио, 1980, с. 163, рис. 7. Патент GB № 1573724, кл. Н 03 К 13/02, 1977. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
GB2195457A (en) | Measuring the ratio r/r of a resistance half-bridge | |
US3277395A (en) | Pluse width modulator | |
US4164733A (en) | Quantized feedback analog to digital converter with offset voltage compensation | |
EP0502368B1 (en) | Integrating analog-to-digital converter | |
US3750146A (en) | Capacitively coupled reference signal and associated circuitry particularly for analog to digital, digital to analog converters and the like | |
SU1481887A1 (en) | Analog-to-digital converter | |
CA1224879A (en) | Voltage-to-frequency and analog-to-digital converter circuit | |
US4633221A (en) | Dual slope analog-to-digital converter with automatic, short cycle range determination | |
US4661803A (en) | Analog/digital converter | |
EP0142703B1 (en) | A method for determining an unknown voltage and dual slope analog-to-digital converter | |
SU1501269A1 (en) | Electric signal coder | |
SU1151929A1 (en) | Centralized parameter checking device | |
SU1300506A1 (en) | Device for taking logarithm of signal ratio | |
SU836794A1 (en) | Analogue-digital converter | |
JPS62145929A (en) | Digital-analog converter | |
SU1107138A1 (en) | Function generator | |
SU762159A1 (en) | Multichannel voltage to code converter | |
SU1654657A1 (en) | Device for measurement errors correction | |
SU1105830A1 (en) | Device for measuring non-linearity of ramp voltage | |
SU1364999A1 (en) | Device for measuring parameters of sub x c sub x two-terminal networks incorporated in tri-pole closed electric circuit | |
SU1624351A1 (en) | Device for resistance checking and measurement | |
SU1338080A2 (en) | Device for regenerating telegrapf pulses | |
SU1552377A1 (en) | Current-frequency converter with pulse feedback | |
SU1290526A1 (en) | Integrating two-step analog-to-digital converter | |
SU1287288A1 (en) | Shift-to-digital converter |