SU1674373A2 - Аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электроизмерительной и вычислительной технике. Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  напр жени  посто нного тока низкого уровн  и увеличение быстродействи . Аналого-цифровой преобразователь отличаетс  тем, что в него введены устройство задержки, включенное между первым выходом формировател  временных интервалов и управл ющим входом первого ключа, два резистора и шестой ключ, первый информационный вход которого соединен с выходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора соединен с общей шиной и вторым информационным входом формировател  временных интервалов, при этом точка соединени  двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора. Дополнительно введенные элементы и св зи позвол ют увеличить устойчивость цепи коррекции нул  за счет перевода компаратора в линейный режим на врем  коррекции, что устран ет самовозбуждение вблизи нулевого уровн , и уменьшить выбросы на накопительном конденсаторе цепи коррекции за счет задержки времени его коммутации. Устранение самовозбуждени  увеличивает точность, а уменьшение выбросов увеличивает быстродействие. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной и вычислительной технике и может быть использовано дл  преобразовани  напр жени  посто нного тока низкого уровн  в цифровой код с последующей индикацией в цифровой форме или вводом кода в вычислительную машину.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности преобразовани  напр жени  посто нного тока низкого уровн  и увеличение быстродействи  устройства.

На фиг. 1 представлена структурна  схема предлагаемого АЦП; на фиг. 2 - схема компаратора.

АЦП содержит ключи 1 и 2, усилитель 3, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 4, интегратор на операционном усилителе 5 (ОУ) и накопительном элементе, выполненном на конденсаторе 6, ключи 7 и 8, компаратор 9, источник 10 образцового напр жени  (ИОН), токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 11, цепь коррекции дрейфа нул , состо щую из накопительного элемента, выполненного на конденсаторе 12, и ключа 13, генератор 14 тактовых импульсов (ГТИ), формирователь импульсов 15, элемент И 16, счетчик 17. формирователь 18 временных интервалов, инвертор 19. элемент ИЛИ 20,

О

VI

со VJ

CJ

ю

ключ 21. последовательно соединенные резисторы 22 и 23 и устройство 24 задержки. Компаратор 9 включает инвертор 25 и дифференциальный усилитель 26.

АЦП работает следующим образом. В исходном состо нии ключ 1 закрыт, ключи 2, 7, 8 и 13 открыты, ключ 21 находитс  в верхнем положении, при этом компаратор 9 находитс  в линейном режиме, так как он включен по схеме неинвертирующего усилител  с резисторами 22 и 23 в цепи ООС. За счет действи  ИОН 10 и резисторов 4 и 11 на входе ОУ 5 образуетс  отрицательное смещение, которое, благодар  действию обратной св зи через ключ 13, запоминаетс  на конденсаторе 12.

С приходом импульса запуска формирователь 18 производит сброс счетчика 17 и измен ет состо ние своих выходов на противоположное . При этом ключ 1 открываетс , ключи 2, 8 и 13 закрываютс , ключ 21 переходит в нижнее положение, дополнительный вход компаратора 9 соедин етс  с общей шиной через параллельно включенные резисторы 22 и 23 и компаратор 9 переходит в режим нуль-органа (сравнение выходного напр жени  интегратора с нулевым потенциалом общей шины). Преобразуемое напр жение, усиленное усилителем 3, поступает через резистор 4 и ключ 7 на вход интегратора, измен   его выходное напр жение . Скорость изменени  напр жени  на выходе усилител  5 зависит от значени  и пол рности преобразуемого напр жени . Отрицательное смещение на входе ОУ 5 должно выбиратьс  более отрицательным, чем максимальное усиленное усилителем 3 отрицательное преобразуемое напр жение . В этом случае при преобразовании максимального отрицательного напр жени  скорость изменени  напр жени  на выходе интегратора будет минимальной, а при преобразовании максимального положительного напр жени  - максимальной. Нулевому преобразуемому напр жению соответствует скорость изменени  выход- ного напр жени , строго определ ема  выходным напр жением ИОН и соотношением резисторов 4 и 11. Длительность первого такта (выбираетс  из соображений обеспечени  максимального подавлени  помех) определ етс  длительностью импульса на втором выходе формировател  18. По окончании первого такта ключи 1 и 7 закрываютс , а ключи 2 и 8 открываютс . Ключ 13 остаетс  закрытым, ключ 21 находитс  в нижнем положении. При этом на вход ОУ 5 через резистор 11 поступает отрицательное (относительно напр жени  смещени  на конденсаторе 12)

напр жение ИОН 10. Направление изменени  напр жени  на выходе ОУ 5 измен етс  на обратное, причем скорость изменени  напр жени  остаетс  посто нной и определ етс , кроме значени  напр жени  ИОН 10, соотношением резисторов 4 и 11 и значением сопротивлени  резистора 11. По достижении выходным напр жением на ОУ 5 исходного уровн  срабатывает компаратор

0 9 и второй такт заканчиваетс . По сигналу компаратора 9 формирователь 18 временных интервалов измен ет состо ние и переводит схему в исходное состо ние - закрываетс  ключ 1, открываютс  ключи 2,

5 7 и 8, ключ 21 переходит в верхнее состо ние , при этом компаратор 9 переводитс  в линейный режим, затем через врем  задержки , определ емое устройством 24, открываетс  ключ 13 и на конденсаторе 12

0 происходит запоминание напр жени  смещени .

Формирование отсчета счетчиком 17 происходит следующим образом.

Нулевому преобразуемому напр же5 нию на входе соответствует строго заданна  напр жением смещени  скорость изменени  напр жени  на выходе интегратора как в первом, так и во втором такте, т.е. момент срабатывани  компаратора 9 в этом случае

0 заранее известен. Именно в этот момент и измен етс  на противоположное состо ние формирователь 18 временных интервалов. Формирователь 15 импульсов реализует по отношению к импульсам ГТИ 14 функцию

5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, т.е. пропускает эти импульсы, если на выходе компаратора 9 и выходе формировател  18 сигналы не совпадают . При отрицательном преобразуемом напр жении компаратор 9 срабатывает

0 раньше изменени  состо ни  выхода формировател  18. При уменьшении значени  отрицательного преобразуемого напр жени  момент срабатывани  компаратора 9 приближаетс  к моменту изменени  состо 5 ни  выхода формировател  18, что вызывает уменьшение количества импульсов, поступающих на счетчик 17. При равенстве преобразуемого напр жени  нулю моменты сравнени  совпадают и на счетчик импуль0 сы не поступают. При преобразовании поло- жительного напр жени  момент срабатывани  компаратора 9 запаздывает по отношению к моменту изменени  состо ни  выхода формировател  18, что вызыва5 ет заполнение счетчика 17 соответствующим количеством импульсов. Анализиру  последовательность срабатывани  компаратора 9 и выхода формировател  18, можно определить пол рность преобразуемого напр жени .

Перевод компаратора 9 в линейный режим при помощи ключа 21 и резисторов 22 и 23 на врем  коррекции нул  повышает устойчивость цепи коррекции нул  и устран ет самовозбуждение, что исключает по- грешность, обусловленную колебани ми напр жени  вблизи нулевого уровн , запоминани  напр жени  нул  на накопительном конденсаторе 12, что и приводит к повышению точности отработки нул ,

Задержка коммутации накопительного конденсатора 12 за счет устройства 24 позвол ет уменьшить выбросы на нем. Уменьшение выбросов происходит вследствие того, что компаратор 9 вначале переводитс  в линейный режим, при этом происходит уменьшение значени  его выходного напр жени  ОТ Увых - 1)нас Unur ДО Квых К ивых5 . где К - коэффициент передачи компаратора в линейном режиме; Унас - вы- ходное напр жение насыщенного компаратора; 11пит - напр жение питани  компаратора; иВЫх5 выходное напр жение усилител -интегратора 5, а затем уменьшенное выходное напр жение компаратора 9 коммутируетс  на конденсатор 12. Уменьшение амплитуды выбросов уменьшает длительность переходных процессов в цепи коррекции нул , что дает возможность сократить врем  коррекции нул  преобразо- вате л,  . увеличива  его быстродействие.

Врем  задержки устройства 24 выбирают исход  из времени срабатывани  ключа

21 и времени выхода компаратора 9 из

0

5 0 0

5

насыщени .

Claims (2)

1.Аналого-цифровой преобразователь по авт.св. М 1411974, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности преобразовани  напр жени  посто нного тока низкого уровн  и увеличени  быстродействи , в него введены устройство задержки, включенное между первым выходом формировател  временных интервалов и управл ющим входом первого ключа, два токоограничивающих элемента, выполненных на резисторах, шестой ключ, первый информационный вход которого соединен с выходом компаратора, выход через два последовательно соединенных резистора  вл етс  общей шиной и соединен с его вторым информационным входом, а управл ющий вход соединен с первым выходом формировател  временных интервалов, при этом точка соединени  двух последовательно включенных резисторов соединена с дополнительным входом компаратора.

2.Преобразователь по п. 1. о т л и ч а ю- щ и и с   тем, что компаратор выполнен на инверторе и дифференциальном усилителе, при этом входом компаратора  вл етс  вход инвертора, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилител , выход которого  вл етс  выходом компаратора, дополнительным входом которого  вл етс  инвертирующий вход дифференциального усилител .

Фиг 1