SU1695503A1 - Аналого-цифровой преобразователь совмещенного интегрировани - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области импульсной техники, в частности к преобразовател м напр жени  в цифровой кед с интегрированием входного напр жени , и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контрол  и управлени  технологическими процессами . Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  преобразовател . АЦП содержит интегратор с входными ключами, компаратор, пороговый элемент, блок формировани  времени интегрировани  опорного напр жени , счетчик, блок управлени  и элемент И. Новым  вл етс  введение интегрирующего элемента, переключател , третьего ключа.источника тока , делител  напр жени , триггера и элемента И, благодар  которым в АЦП дополнительные затраты времени на получение оконча- тельного результата преобразовани  сведены к незначительной величине и тем самым достигнуто повышение быстродействи  АЦП. 2 з.п. ф-лы, 4 ил. сл

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к преобразовател м напр жений в цифровой код с интегрированием входного и опорного напр жений.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  преобразовател .

На фиг. 1, 2 и 3 приведены блок-схемы АЦП, блока формировани  времени интегрировани  опорного напр жени  и блока управлени  соответственно; на фиг. 4 - временна  диаграмма.

АЦП (фиг. 1) содержит шины опорного 1, входного 2 напр жений, пуска 3, готовности результата преобразовани  4, выходна  5 соответственно, интегрирующий элемент 6, например выполненный на конденсаторе, интегратор 7, например выполненный на

операционном усилителе с конденсатором в цепи обратной св зи, ключи 8, 9 и 10, Первые два из которых имеют резисторы R, каж- дый из них при наличии сигнала на управл ющем входе замкнут, при отсутствии сигнала разомкнут, компаратор 11 и пороговый элемент 12 с напр жением срабатывани  Un, блок 13 формировани  времени интегрировани  опорного напр - жени , счетчик 14, переключатель 15, у которого при отсутствии сигнала на управл ющем входе замкнуты первый вход и выход, а при наличии сигнала замкнут второй вход и выход, делитель 16 напр жени  и источник 17 тока с выходным током с, триггер 18, элементы ИЛИ 19 и И 20, блок 21 управлени .

Os

ю сл сл о

со

Блок 13 (фиг. 2) содержит триггер 22, ормирователь 23 импульса из отрица- тельного перепада, элемент 24 И, первый 25 и второй 26 элементы ИЛИ.

Блок 21 (фиг. 3) содержит счетчик 27, генератор 28 импульсов, имеющий вход управлени  при наличии сигнала на котором генератор включен к работу, триггер 29, инвертор 30, формирователь 31 импульсов из положительного перепада напр жени , элементы И 32 и ИЛИ 33.

На временной диаграмме фиг. 4 обозначены: 34 - импульс на шине пуска; 35 - импульс переполнени  счетчика 27; 36 - сигнал на единичном выходе триггера 29; 37 и 38 - импульс формировател  31 и временной интервал TOI его по влени  после нача- ла Тц 39 и 40 - напр жени  Un(t) и Uc(t) на выходе интегратора 7 и элемента 6; 41, 42 и 43 - временные интервалы Тц, Т21 и Ti2 в течение интегрировани  Uk (врем  совмещенного интегрировани  - T2i); 44 - временной интервал Т22 интегрировани  Uo после TI; 45 - напр жение Un порога срабатывани  элемента 12; 46 -сигнал на выходе компаратора 11; 47, 48 и 49 - сигналы на выходах элемента 12, триггеров 18 и 22; 50 - импульс формировател  23; 51 и 52 - сигналы на выходах элемента ИЛИ 33 и инвертора 30 (сигнал готовности результата преобразовани  на шине 4).

АЦП работает следующим образом.

Преобразование входного сигнала начинаетс  по импульсу 34, поступающему по шине 3 и устанавливающему О в счетчиках 14 и 27, в триггерах 18 и 22 (через элементы ИЛ И 19 и 26) и 1 в триггере 29. Его входной сигнал 36, во-первых , с помощью ключа 9

U

подает на вход интегратора 7 ток lx -Q- , а

к

во-вторых, проход  через элемент ИЛИ 33, включает генератор 28 и далее через инвертор 30 размыкает ключ 10 и разрешает работу интегратора 7.

Начинаетс  первый такт работы АЦП - интегрировани  ix, в результате которого на выходе интегратора 7 по вл етс  напр жение Un(t) и сигнал 46 на выходе компаратора 11. Напр жение 40 на выходе интегрирующего элемента 6 Uc(t) равно напр жению Ug делител  16, так как их выходы соединены с помощью переключател  15.

Величина I Ug i выбираетс  равной

(1-1)-и„(1-1).

и„,

rfleUm Uxm,q

0 , a Un - порог срабатыU

Напр жение Uc(t) на выходе элемента 6 будет в течение времени 38 TOI:

Toi (1- )Т1,гдеТ1 р . Ч о

Врем  Toi 38 формируетс  по коду старших разр дов счетчика 27 с помощью элемента И 32. При по влении сигнала на его выходе запускаетс  формирователь 31, а его импульс 37 устанавливает в 1 триггер 18.

0 Сигнал 48 этого триггера с помощью переключател  15 подключает источник 17 тока к интегрирующему элементу 6, выходное напр жение Uc(t)40 начинает измен тьс  (при отрицательной величине Ug оно увеличива5II ( -Ь

UrtU Q)

етс  со скоростью V -, / - . Вели1/q -Ti

чина V обеспечиваетс  соответствующим выбором величины тока источника 17, ис0 пользующего U0 дл  поддержани  его стабильным , и конденсатора интегрирующего элемента 6.

Поэтому на выходе элемента 6 в течение TOI 38 поддерживаетс  напр жение Ug, a

5 затем оно будет Uc(t) - Ug(1 - Vt). Этим двум напр жени м соответствуют напр жени :

- Um(1

Ј) и Ucn(t)

Um(1 - Ј)

30

-(Ij) на пеРвом 8Х°де порогового

элемента 12, при которых он будет срабатывать . Так к окончанию Ti Ucn 0, а при TOI

оно равно - Um(1 - -) и при Ux Um в этот

момент произойдет срабатывание порогового элемента 12.

Дл  других значений Ux это произойдет позже через врем  Тц 41 по сигналу 47, который установит в О триггер 18 (через

элемент ИЛИ 19) и в 1 триггер 22 (через

элементы ИЛИ 25 и И 24), Первый из.них

отключаете помощью переключател  15ток

1С от интегрирующего элемента 6, и на его

выходе восстанавливаетс  напр жение 40,

равное-Ug.

Второй сигналом 49 подключает с помощью ключа 8 напр жение U0 к интегратору 7, и начинаетс  совмещенное интегрирование - (U0 - Ux) в течение Tai 42,

одновременно с которым разрешена работа элемента И 20, пропускающего импульсы f0 генератора 28 на счетный вход счетчика 14, где формируетс  код X результата преобразовани .

На фиг. 4 показано два случа  оконча-. ни  Tai до окончани  Ti и с его окончанием, которое формируетс  по импульсу 35 с по

вани  45 элемента 12, U0 - опорное напр жение .

мощью счетчика 27 и импульсов f0 генерато„„т- NO

pa 28, обеспечива  величину и q -т- .

В первом случае напр жение Uu(t) достигает нулевого уровн , сигнал 46 на выходе компаратора снимаетс  и запускает формирователь 23, устанавливающий в О триггер 22, который отключает U0 от интегратора 7.

Во втором случае совмещенное интегрирование Tai 42 заканчиваетс  с окончанием сигнала 36, так как импульс 35 устанавливает в О триггер 29, который отключает Ux от интегратора 7. Таким же образом закончитс  Ti2 43 в первом случае, и если на выходе компаратора 11 присутствует сигнал 46, то он разрешает прохождение импульса 35 через элемент 24 И, который вновь устанавливает в 1 триггер 22, а его сигнал 49 подключает U0 к интегратору, которое разинтегрирует 1)и до нул  за врем 

Т22 44,

В течение этого времени, как и в Т21 42, в счетчик 14 поступают импульсы fo, И в нем формируетс  окончательный результат преобразовани  X за врем  Та2, которое заканчиваетс  по сигналу 49 и импульсу 50, устанавливающему в О триггер 22. С окончанием Т22 сигнал 51 с выхода элемента ИЛИ 33 снимаетс , и генератор 28 выключаетс , а сигнал 52 с выхода инвертора 30 закорачивает вход и выход ключа 10, выключа  из работы интегратор 7, и информирует по шине 4 о готовности результата преобразовани .

Величина Хсформирована в счетчике 14 в результате преобразовани  интервалов времени Т21 и Т22 в код с помощью частоты

fo, Т.е. X + Т22) fo.

Из уравнени  преобразовани  можно определить величину +122):

KUxTn - K(U0 - UX)T21 + KUxTi2 KU0T22, где К - коэффициент интегратора 7, в котором учтена величина R преобразовани  Uo и Ux в ток ключами 8 и 9.

Откуда их(Тц + Т21 +112) UoCTai + Т22),

Uv

или UxTi U0(T21 +122). Поэтому X -rp TV

О

fo TriqNo тт1 No -т, где А-квант

UoUmL

АЦП.

Таким образом, в счетчике 14 получен точный результат преобразовани  Ux в X.

Врем  Т22 определ етс  величиной Uu(Ti), котора  зависит от времени Ti2, определ емого , в свою очередь, началом со- вмещенного интегрировани  при срабатывании порогового элемента 12.

ПОЭТОМУ УиСГО 12 KU0T22: Т12 - -Т1-СТ11 + Т21).

Из уравнений окончани  совмещенного интегрировани  KUxTii - K(U0 - UX)T21 и сра- батывани  порогового элемента 12: Un(Tn)Ucn(Tii-Toi), или Un(Tii)Um(11 /ч Тп - Toi - -} (1 - уq) можно получить с

учетом того, что KTi 1 и Toi Ti(1 - ), величины: Т 2 i -гг-гг- и

Uo -Ux

1

Тм T-i

Um(1-Ј)q

---- . Так как

Ux + Um(1 -l)q

0

5

0

5

5

0

Ti2 Tt - Tn(1 + ux ). то T22 Uo - Ux

UXUx x

-Uo T°-T1 оЖ

у Г 1 -( q Um ( q - 1 )Um , AM qUm-Ux; Ux + ( q - 1 ) Um J

Величина Т22 при Ux 0 и Ux Um равна нулю, и она имеет наибольшее значение Т22н при уровне UXH, который можно определить из уравнени  Т122 (Ux) 0. Дл  величины q 4, используемой как и в примере реализации известного преобразовател , величины UXH 0,625Um и Т22н 0.0031Т2.

По сравнению с известным преобразователем , в котором врем  Т22н 0,125Ti и оно соответствует входному сигналу

5 UXH 2 Um в предлагаемом АЦП дл  этого

Claims (3)

1. уровн  Ux T22 0,002Ti, а его наибольшее врем  Т22 0,0031Ti, затрачиваемое на получение окончательного результата преобразовани , уменьшаетс  более чем в 40 раз, что повышает быстродействие АЦП, Формула изобретени  1. Аналого-цифровой преобразователь совмещенного интегрировани , содержащий интегратор, вход которого соединен с выходами первого и второго ключей, информационные входы которых  вл ютс  соответственно шинами опорного и входного напр жений, выход интегратора подключен к первым входам порогового элемента и компаратора, второй вход последнего из которых  вл етс  общей шиной, счетчик, выходы которого  вл ютс  выходной шиной, вход установки нул  - шиной пуска, блок управлени  и блок формировани  времени интегрировани  опорного напр жени , выход которого соединен с управл ющим входом первого ключа и первым входом элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом блока управлени , а выход -- со счетным входом счетчика, первый вход блока управлени   вл етс  шиной пуска , второй выход соединен с управл ющим входом второго ключа, третий выход-с первым входом блока формировани  времени интегрировани  опорного напр жени , второй вход которого объединен со вторым входом блока управлени  и подключен к выходу компаратора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  преобразовател , в него введены интегрирующий элемент, делитель напр жени , источник тока, переключатель, триггер, элемент ИЛИ и третий ключ, информационный вход и выход которого подключены соответственно к входу и выходу интегратора, а управл ющий вход  вл етс  шиной готовности результата преобразовани  и подключен к четвертому выходу блока управлени , п тый выход которого соединен с единичным входом триггера , а первый вход обьединен с первым входом элемента ИЛИ и с третьим входом блока формировани  времени интегрировани  опорного напр жени , четвертый вход которого объединен с вторым входом элемента ИЛИ и подключен к выходу порогового элемента, второй вход которого соединен с выходами интегрирующего элемента и переключател , первый и второй информационные входы которого подключены соответственно к выходам делител  напр жени  и источника тока, входы которых  вл ютс  шиной опорного напр жени , а управл ющий вход переключател  подключен к пр мому выходу триггера, вход интег- рирующего элемента  вл етс  общей шиной.
2. 2. Преобразователь по п. отличающий с   тем, что блок формировани  времени интегрировани  опорного напр жени  выполнен на триггере, формирователе импульсов, элементе И, первом и втором элементах ИЛИ, причем выход триггера  вл етс  выходом блока, а единичный и нулевой входы соединены соответственно с выходами элемента И и первого элемента ИЛИ, первый вход которого  вл етс  третьим входом блока, а второй вход подключен к выходу формировател  импульсов, вход

   которого  вл етс  вторым входом блока и объединен с первым входом элемента И, второй вход которого подключен к выходу второго элемента ИЛИ, первый и второй входы которого  вл ютс  -соответственно

   первым и четвертым входами блока.
3. 3. Преобразователь по п. отличающийс  тем, что блок управлени  выполнен на счетчике, генераторе импульсов, триггере , формирователе импульсов, инверторе,

   элементах И и ИЛИ, причем первым входом блока  вл етс  единичный вход триггера и вход установки нул  счетчика, счетный вход которого подключен к выходу генератора импульсов,  вл ющегос  первым выходом

   блока, выход переполнени  счетчика подключен к нулевому входу триггера и  вл етс  третьим выходом блока, а выходы старших разр дов счетчика подключены к соответствующим входам элемента И, выход которого подключен к входу формировател  импульсов, выход которого  вл етс  п тым выходом блока,-четвертым выходом которого  вл етс  выход инвертора, вход которого объединен с управл ющим входом

   генератора импульсов и подключен к выходу элемента ИЛИ, первый и второй входы которого  вл ютс  соответственно вторыми входом и выходом блока, а пр мой выход триггера подключен к второму входу элемента ИЛИ.

   I

   ЬыходI

   Ш

   fPU2.i