SU1748253A1 - Аналого-цифровой преобразователь - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к преобразовател м напр жени  в цифровой код с промежуточным преобразованием напр жени  в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контрол  и испытаний изделий и управлени  технологическими процессами Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи . АЦП содержит преобразователь напр жени  в частоту импульсов, переключатель , четыре счетчика, два триггера, четыре одновибратора. два формировател  импульсов, элементы И и ИЛИ, генератор и распределитель импульсов. Новым  вл етс  введение преобразовател  напр жени  в ток, двух переключателей, ключа, конденсатора и резистора, благодар  которым совмещаетс  во времени преобразование входного сигнала в код и коррекций результата преобразовани , поэтому не требуетс  дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерени  входного сигнала и тем самым повышаетс  быстродействие преобразовател . 2 ил. (Л С

Description

Изобретение относитс  к импульсной технике, в частности к аналого-цифровым преобразовател м (АЦП) с промежуточным преобразованием напр жени  в частоту импульсов .

Известны АЦП, в которых промежуточное преобразование выполн етс  с помощью преобразовател  напр жени  в частЬтоу ПНЧ, использующего компенсацию зар да интегрирующего конденсатора. В них ПНЧ содержит интегратор, который выполнен на операционном усилителе с конденсатором в обратной св зи и с входными резисторами дл  преобразовани  преобразуемого Ux и встроенного эталонного напр жений. Из последнего формируетс 

эталонный зар д q, который компенсируетс  до нул  зар дом от тока UX/R. Частота повторени  этих операций пропорциональна Ux: Fx Ux/qR. a фиксированный интервал времени Т0 с помощью Fx получаетс  результат преобразовани 

2

00

ю

СП СО

Fx Ux

TQ

qR

Среди этих АЦП повышенными точностью и быстродействием обладают преобразователи , в которых изменение q и R не вли ет на X благодар  выполн емой коррекции с минимальными дополнительными затратами времени по сравнению с То.

Например, выполн етс  цифрова  коррекци  результата преобразовани , дл  этого измер етс  период to частоты Fo при преобразовании ПНЧ опорного напр жени  Uo. Полученна  величина to используетс  дл  коррекции результата X.

Более высокие характеристики имеет АЦП, в котором, как и в преобразователе, в котором выполн етс  цифрова  коррекци  X, кроме того, выполн етс  дополнительна  коррекци  X с меньшим квантом и устран ютс  дополнительные погрешности при выполнении временного квантовани .

Облада  повышенной точностью и незначительными дополнительными затратами по сравнению с Т0, этот АЦП имеет преимущество при использовании благодар  простоте его синхронизации и началу преобразовани  без временных задержек по импульсу пуска его в работу.

АЦП содержит преобразователь напр жени  в частоту импульсов, первый вход которого соединен с общей шиной, выход - с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого, второго и третьего элементов И, а второй вход - с выходом первого переключател , первый и второй информационные входы которого  вл ютс  соответственно первой и второй входными информационными шинами, а вход управлени  подключен к 1 -выходу первого триггера. (Г-выход которого соединен с Первыми входами четвертого и п того элементов И, а 0 -вход - с выходом переполнени  первого счетчика,счетный вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход пер&ого старшего разр да - к второму входу п того элемента И, третий вход ко тброго соединен с 0 -выходом второго триггера, а выход соединен с первым старшим разр дом второго счетчика, с входами управлени  вычитанием второго и третьего счетчиков, входы установки в исхо дное состо ние которых объединены, входы млад- . ших разр дов второго счетчика соединены с выходами шестых элементов И, а его выход переполнени  соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом третьего счетчика , бторой вход соединен с выходом седьмого элемента И и объединен с входом распределител  импульсов, выходы разр дов которого соединены с первыми входами шестых элементов И, а также регистр, вход записи которого соединен с выходом первого формировател  импульсов и объединен с входом второго формировател  импульсов, четвертый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый одновибратор, вход которого  вл етс  шиной Пуск, а Г-выход соединен с входами установки в исходное состо ние первого и второго триггеров, 0 -вход последнего из которых соединен с выходом

второго элемента И, второй одновибратор, 0 -выход которого соединен с первым входом дев того элемента И, второй вход которого подсоединен к Г-выходу второго триггера, а выход  вл етс  шиной Тотовность , третий одновибратор. вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход- с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый одновибратор, дес тый элемент И, третий и четвертый элементы

ИЛИ, при этом выход последнего подсоединен к входам установки исходного состо ни  первого и четвертого Счетчиков, первый вход - к выходу второго формировател , второй вход - к выходу дес того элемента И,

первый вход которого через четвертый одновибратор соединен с вторым входом и объединен с выходом первого одновибрато- ра, с 1 -входом третьего триггера и с третьим входом первого элемента ИЛИ, выход

которого соединен с входом первого формировател  импульсов, а четвертый вход - с входом второго одновибратора, с первым входом седьмого элемента И, с вторым входом четвертого элемента И и с 1 -выходом

третьего триггера, (Г-выход которого подсоединен к первому и второму входам соответственно одиннадцатого и второго элементов И, 0 -вход - к 1 -входу второго триггера и к выходу третьего элемента ИЛИ,

входы которого соединены с выходами третьего и четвертого элементов И, третий вход первого из них соединен с первым входом последнего и с вторыми входами седьмого и одиннадцатого элементов И. третий

вход последнего подсоединен к 0 -выходу второго триггера, а выход - к входуустанов- ки исходного состо ни  третьего счетчика, выходы разр дов которого и старшие разр ды второго счетчика служат выходными шинами , второй вход третьего элемента И соединен с выходом переполнени  первого счетчика, выходы младших разр дов которого и выходы разр дов четвертого счетчика подсоединены к входам разр дов регистра, а

счетный вход - к ёторому входу первого элемента И и к входу умножител  импульсов, выход которого соединен с первым входом восьмого элемента И, второй вход которого через п тый одновибратор соединен с еыходом ПНЧ, выходы разр дов регистра подсоединены к вторым входам шестых элементов И, а вход генератора импульсов соединен с выходом второго элемента И.

В этом АЦП, когда не выполн етс  преобразование Ux, ПНЧ преобразует опорное

U0 напр жение Do в частоту Fq период

которой tq преобразуетс  с помощью частоты f генератора импульсов в код . Из него выдел етс  величина n tqf-n0,

LeJLR.

Uc

-П0.

котора  сучетйм tq - равна п

и0

Величина п используетсч дл  коррек- ц и результата преобразовани  в процессе

Ux

подсчета импульсов NI ПНЧ fx -Ј- в теq R

чение времени измерени  n0/f, .Fx.

С каждым импульсом NI величинах увеличиваетс  на n/По, т.е.

X-N,(.+-i.)-T.F,(1+Jr).

где А - квант АЦП.

No

6 АЦП выполн етс  также дополнитель- на  коррекцИ  зар дов, которые участвуют в формировании NI от напр жени  Uo в течение времени т.н от последнего импульса Fq до начала Т0 (зар д qH) и t до первого импульса Fq после Т0 (зар д qK). Зар ды qH и qK меньше q, но они внос т дополнительные погрешности в X. Коррекци  этих погрешностей осуществл етс  с помощью преобразовани  1н и и в коды пч и пк, которые вычитаютс  из X и тем самым устран ют вли ние ojs и qK. Величина кванта при пол- учении Пн и Пк меныиекванта при формировании NI, это обеспечивает уменьшение кванта работы АЦП и повышает его точность .

Но этот АЦП имеет недостаток, состо щий в том, что перед тем как начать новое преобразование необходимы дополнительные затраты времени на измерение tq, tK и tH. Наибольшие величины последних двух равны tq, поэтому эти временные затраты могут достигать 3tq, что снижает быстродействие АЦП и приводит к потери информации о величине Ux в этом интервале времени при непрерывном преобразовании входного сигнала. Поэтому стоит задача уменьшени  или полного исключени  этих дополнительных затрат без изменени  точностных характеристик АЦП.

Целью изобретени   вл етс  повышение быстродействи  АЦП

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

Поставленна  цель достигаетс  тем. что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напр жени  в частоту импульсов, первый вход которого соединен с общей шиной, выход - с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого , второго и третьего элементов И, а второй вход - с выходом первого переключател  первый и второй информационные входы которого  вл ютс  соответственно первой и второй входными информационными шинами , а вход управлени  подключен к -выходу первого триггера, 0 -выход которого соединен с первыми входами четвертого и п того элементов И, а 0 -вход - с выходом переполнени  первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход первого старшего разр да - к второму входу п того элемента И, третий вход которого соединен с 0 -выходом второго триггера а выход соединен с первым старшим разр дом второго счетчика, с входами управлени  вычитанием второго и третьего счетчиков входы установки в исходное состо ние которых объединены, входы младших разр дов второго счетчика соединены с выходами шестых элементов И, а его выход переполнени  соединен с первым входов второго элементов ИЛИ, выход которого соединен со Счетным входом третьего счетчика, второй вход соединен с выходом седьмого эле- мента И и объединен с входом распределител  импульсов, выходы разр дов которого соединены с первыми входами шестых элементов И, а также регистр, вход записи которого соединен с выходом первого формировател  импульсов и объединен с входом второго формировател  импульсов, четвертый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом восьмого элемента И, первый одновибратор, вход которого  вл етс  шиной Пуск, а 1 -выход соединен с входами установки в исходное состо ние первого и второго триггеров, 0 -вход последнего из которых соединен с выходом второго элемента И, второй одновибратор, 0 -выход которого соединен с первым входом дев того элемента И, второй вход которого подсоединен к 1 -выходу второго триггера, а выход  вл етс  шиной Готовность , третий одновибратор, вход которого соединен с выходом первого элемента И, а выход- с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый одновибратор, дес тый элемент И, третий и четвертый элементы ИЛИ, в него введены преобразователь напр жени  в ток, второй и третий переключатели , ключ, накопительный элемент, выполненный на конденсаторе, и токоограничивающий элемент на резисторе, включенный между третьим входом преобразовател  напр жени  в частоту импульсов и первым информационным входом второго переключател , второй вход которого соединен с выходами ключа и преобразовател  напр жени  в ток, первый и второй входы которого соединены соответственно с первой входной информационной и общей шинами , последн   из которых подсоединена к первому информационному входу третьего переключател , второй информационный вход которого объединен с второй входной информационной шиной и информационным входом ключа, выходы первого и второго переключателей соединены через конденсатор, а их входы управлени  объединены и соединены с выходом дес того элемента И. первый вход которого подсоединен кТ-выходу первого триггера и к первому входу третьего элемента ИЛИ,,а второй вход - к 0 -выходу первого одно- вибратора и к второму входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом управлени  ключа, 1 -выход первого одно вибратрра соединен с входом второго одновибратора и с входом устахов- ки в исходное состо ние первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к первому входу восьмого элемента И, второй вход которого объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, с вторым входом второго элемента И и соединен с 1 -выходом второго триггера, 1 -вход которого объединен с входом установки в исходное состо ние четвертого счетчика, с входом синхронизации генератора импульсов и подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подсоединены соответственно к выходу третьего одновибратбра и к 0 -выходу первого триггера, 1 -вход которого объединен с 0 -входом второго триггера и с вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к первому входу седьмого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход п того элемента И через четвертый одновибратор соединен с входом синхронизации распределител  импульсов , второй вход первого элемента И объединен с 0 -входом первого триггера, 0 -выход второго триггера подсоединен к входу первого формировател  Импульсов, выход второго формировател  импульсов соединен с входом установки исходного состо ни  второго счетчика, выходы старших разр дов которого и выходы разр дов третьего счетчика соединены соответственно с входами младших и старших разр дов регистра, выходы разр дов которого  вл ютс  выходной шиной, а вторые входы шестых элементов И соединены с выходами

разр дов четвертого счетчика.

Поставленна  цель достигаетс  благодар  тому, что дополнительные затраты времени tq, T.H и tic, имеющие место в прототипе, исключаютс , а необходимые дл  коррекции результата преобразовани  замеры в эти интервалы совмещаютс  с временем Т0 измерени  входного сигнала. При этом информаци  о его величине в течение этих интервалов времени не4тер етс  и формируетс  соответствующий зар д, который учитываетс  при получении окончательного результата преобразовани .

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого АЦП; на фиг. 2 - временна  диаграмма его работы.

АЦП содержит входные информационные шины 1 и 2 преобразуемого Ux и опорного U0 напр жений, шины 3 Пуск и 4 Готовность, выходную шину 5, преобразователь 6 напр жени  в частоту импульсов, с первого по третий переключатели 7-9, у которых при наличии сигнала на управл ющем входе первый вход соединен с выходом и при его отсутствии второй вход соединен

с выходом, ключ 10, у которого вход соединен с выходом при отсутствии сигнала на выходе управлени , преобразователь 11 напр жени  в ток, конденсатор 12, резистор 13, с первого по четвертый счетчики 14-17,

регистр 18, первый и второй триггеры 19 и 20, с первого по третий одновибраторы 21- 23, четвертый одновибратор 24, первый и второй формирователи импульсов 25, 26. с первого по п тый элементы И 27-31, группу

32 шестых элементов VI, с седьмого по дес тый элементы И 33-36, с первого по четвертый элементы ИЛИ 37-40, распределитель 41 и генератор 42 импульсов.

На фиг. 2 обозначены: 43 и 44 - импульсы на Г- и 0 -выходах соответственно од- новибраторов 21 и 22; 45 и 46 - сигналы на 1 -выходах триггеров 19 и 20; 47 - временные интервалы работы элемента И 31; 48 импульс переполнени  счетчика 14; 49 - зар д на конденсаторе 12; 50 - импульсы на выходе ПНЧ 6; 51-53 - импульсы на выходе элементов И 33, 29 и 28; 54 - временные интервалы работы распределител  41; 55 импульсы формировател  25; 56 - сигнал ответа шины 4.

В АЦП шина 1 соединена с выходом преобразовател  11 и с первым входом переключател  7, шина 2-е вторыми входами последнего и переключател  9 и информационнлм входом ключа 10, шина 3-е входом одновибратора 21, шина 4 - с выходом элемента И 35, тина 5 - с выходами разр дов регистра 18, входы разр дов которого подсоединены к выходам разр дов счетчика 16 и старших разр дов счетчика 15, входы установки исходного состо ни  этих сметчиков соединены с выходом формировател  26, их входы управлени  вычитанием соединены с выходом элемента И 31 и с входом первого старшего разр да счетчика. 15, входы младших разр дов которого гюдсоеДй- нены к выходам элементов И 32, а выход переполнени  - к первому входу элемента ИЛИ 38, выход которогй Соединен со счетным входом счетчика 16, а второй вход -с выходом элемента И 33 и с входом распределител  41 .выходы которого подсоединены к первым входам элементов И 32, а вход синхронизации через одновйбратор 24 - к выходу первого старшего разр да счетчика 14 и к второму входу элемента И 31, первый и третий входы которого соединены с вых6да(мй триггеров 19 и 20, которые o6te- динены соответственно с первым и вторым входами элементов И 30 и ИЛИ 40 и с входом формировател  25, выход которого соединен с входом формировател  26 и входом записи регистра 18, вторые входы элементов И 32 соединены с выходами разр дов счётчика 17, вход установки исходного состо ни  которого подсоединен к входу генератора 42, к 1 -входу триггера 20 и к выхбйУ элемента И 29 а счетный вход - к вЫходУ элемента И 34, первый вход крторого соединен с выходом генератора 42 и со счетным входом счетчика 14, а второй вход - С, третьим входом элемента ИЛИ 37, с вторйми входами элементов И 28 и 35 и с 1 -выходом триггера 20, 0 -вход крторого подсоединен к выходу элемента И 28, к второму входу элемента ИЛИ 39 и к 1 -входу триггера 19, 1 -выхрд которого соединен с первыми входами элементов И 36 и ИЛИ 39 и с входом управлени  переключател  7, .0 -вход

-с выходом переполнени  счетчика14 и с вторым входом элемента И 27, входы установки исходного сойтой нй  триггеров 19 и 20 сйёдйнейы с одноимён н:ым входом счетчика 14, с входом одновибратора 22 и с 1 -выходом одновибратора 21, 0 -выход которого подсоединен к вторым входам элементов И 30 и 36, выходы которых соединены с входами управлени  соответственно ключа 10 и переключателей 8 и 9, выходы последних соединены через конденсатор 12, второй вход первого - с выходами преобразовател  11 и ключа 10. а первые Входы

-соответственно через резистор 13 с третьим и с первым входами ПНЧ 6, последний из

которых соединен с общей шиной и с вторым входом преобразовател  11. выход переключател  7 соединён с вторым входом ПНЧ 6, выход которого подсоединен к первым входам элементов И 27, 28 и 29;и ИЛИ 37, второй вход которого соединён через одновйбратор 23 с выходом элемента И 2.7. и с первым входом элемента ИЛИ 40, а выход- с вторым входом элемента И 33, первый вход которого подсоединён к выходу элемента ИЛИ 39, выход элемента ИЛИ 40 соединён с вторым входом элемента И 29, а выход одновибратора 22 подсоединен к первому входу элемента И 35

АЦП работает следующим образом.

По сигналу пуска шины 3 запускаетс  одновйбратор 21, он -выхода импульсом 43устанавливаете Исходноесосто ние О триггеры 19 и 20 и счетчик 14. С по -

мощью последнего и: импульсой частоты f генератора 42 формируетс  врем  Т0 измерени  входного налр жейи  Ux. В АЦП сохранены сротношени й параметрами

прототипа: T0 No/Fq, Fq - максимальна  частота ПНЧ 6 при преобразований опорного

напр жени  в результате компенсации эталонного зар даi q т бком Uo/R за врем 

tq 1/Fq;q tq; f Non0Fq: пр и N0 - ем . ;..:. . :, ., ; R . ..-..- v... -. .. - ..

кость старших и младших разр дов счетчика 15, емкость счетчика 16 равна N0, емкость

: .;т ,2 - 1.

счетчика 14 равна NO п и Тс

По

N, hpt,. где /f - временной квант АЦП.

В течение импульса 43 отсутствие сигнала с 0 -выхода одновибратора 21 запрещает работу Элементов И 30 и 36, на их выходах сигналы отсутствуют. Поэтому в ключе 10 вход и выход закорачиваютс  и к ним подключаетс  с помбщью переключателей 8 и 9 конденсатор 12, который, если имел зар д 49. разр жаетс . . - После Окончаний импульса 43 сигнал с выхода элемента И 30 разъедин ет вход и выход ключа 10 и конденсатор начинает зар жатьс  тохом Ux/R. сформированным преобразователем It...который, например, может быть выпблнен ri.виде эМиттерного повторител  или на основе операционного усилител  с токовым выходным элементом.

Со сн тием импульса 43 начинаетс  подсчет импульсов fa счетчике 14 до его переполнени  (импульс 48) по истечении времени То.

Отсутствие сигнала 45 на входе управлени  переключател  7 обеспечивает подачу напр жени  U0 на вход ПНЧ 6, который формирует импульсы 50. Первый из них проходит через элемент И 29, работа которого разрешена сигналом с 0 -выхода триггера

19, прошедшим .через элемент ИЛИ 40. Выходной импульс 52 элемента 29 устанавливает в исходное состо ние счетчик 17, синхронизирует начало очередного импульса f генератора 42 и устанавливает а 1 триггер 20, Его выходной сигнал 46 разрешает работу элементов И 28. 34 и 35, а сн тие сигнала с его (Г-выхода запускает формирователь 25, который запускает формирователь 26, устанавливающий исходное состо ние в счетчиках 15 и 16.

Сигнал 46 будет действовать до по влени  второго импульса 50, который проходит через элемент И 28 и устанавливает импульсом 53 в О триггер 20.

За врем  tq действи  сигнала 46 в ПНЧ 6 зар д q компенсируетс  до нул  током

Uo/R, т.е. q- tq. Длительность tq преоб- к

разуетс  в код пч с помощью счетчика 17 и импульсов генератора 42, которые проход т через элемент И 34 в течение tq на его вход. .

При номинальном значении q0 длительность ц будет -равна to. которой соответствует код N0n0 при преобразований с помощью импульсов f(). Изменение q приводит к величине nq-tof+n-Nono+n.

При дальнейшем преобразовании будет использована величина п, поэтому емкость счетчика 17 выбираетс  с учетом максимальной величины п, наличие старших разр дов, где находилась бы величина N0n0, не требуетс ;

За врем  сигнала 46 получены величины кода п и зар да q

q

Up . No n0 + rt

а за врем  после начала Т0. равного (tt+tq), в конденсаторе 12 накопилс  зар д

qc

Ux1 Я

(tl+tq).

По импульсу 53 сигнал 46 триггера 20 снимаетс  и устанавливаетс  сигнал 45 триггера 19. По нему с помощью переключател  7 к ПНЧ 6 подключаетс  напр жение Ох, ас помощью переключателей 8 и 9 конденсатор 12 включаетс  между общей шиной и резистором 13, который подключен к входу операционного усилител  ПНЧ 6. К этому входу подключены внутренние дл  ПНЧ интегрирующий конденсатор и входной резистор, с помощью которого Ux преобразуетс  в ток . Этот трк и ток fc от конденсатора 12 компенсируют эталонный зар д q ПНЧ 6, на выходе которого формируютс  х + Ic

импульсы 50 с частотой Fx

В течение времени действи  сигнала 45, который снимаетс  с окончанием То, ПНЧ б сформирует NX импульсов, т.е. NX зар дов q будет скомпенсировано зар дами от Ux и qc. Последний будет полностью передан в конденсатор ПНЧ 6 за врем  до полного разр - да конденсатора 12 через резистор 13. Параметры последних выбираютс  из услови  обеспечени  их посто нной времени, Значительно меньшей Т0. После разр да конденсатора 12 ПНЧ 6 будет преобразовы- вать в частоту ток 1Х. Поэтому можно записать уравнение:

Nxq--(T0-ti-tq) + qc--.To

20

или

NX

5

0

5

0

5

5

В АЦП выполн етс  опережающий подсчет импульсов NX счетчиком 16, т.е. сначала подсчитываетс  импульс 53, который проходит через элементы ИЛИ 39, И 33 и ИЛИ 38 на вход счетчика 16, а последний импульс в NX не подсчитываетс , как будет показано ниже.

С каждым импульсом Nx, который проходит на вход счетчика 16 от ПНЧ 6 через элементы ИЛИ 37 и И 33, работа которого разрешена сигналом 45, прошедшим через элемент ИЛИ 39, запускаетс  распределитель Импульсов 41. На его выходах последовательно во времени будут возникать импульсы, которые проход т через элементы И 32, имеющие на вторых входах сигналы Г с выходов разр дов сЧетчика 17, хран щего код п. Импульсы с выходов элементов И 32 поступают на счетные входы младших разр дов счетчика 15. За врем  работы распределител  (интервалы времени 54) благодар  этим импульсам в счетчике 15 выполн етс  поразр дное суммирование кода л с хран щимс  в нем кодом, г v Счетчики 15 и 16 объединены через элемент ИЛИ 38. поэтому в этом объединенном счетчике 15 и 16, если вес младшего разр да равен единице, то вес младшего разр да 0 счётчика 16 будет равен N0n0, т.е. величине, равной емкости счётчика 15. С учетом этого при суммировании Nx и л в объединенном счетчике 15-1 б будет образовыватьс  величина ; .;:У;-.. /..: - ;..:. , . :. . . ::

NcrNxNono+Nxho.

С окончанием Т0 импульс 48 установит в О триггер 19, сигнал 45 снимаетс  и переключатели 7,8 и 9 осуществл ют подключение напр жени  U0 к ПНЧ б и конденсатора 12 между шиной 2 и выходом

преобразовател  11. В ПНЧ 6 с этого момента компенсирующий ток 1Х изменен на 10

-, а конденсатор 12 начинает зар жатьU0

СЯ ТОКОМ Ux/R.

Если последний из Nx импульсов не совпал с окончанием Т0, то в ПНЧ б выполнена частична  компенсаци  зар да q током х до окончани  То с образованием зар да qK, a затем эта компенсаци  заканчиваетс  током 10. но уже в следующем такте формиро- вани  То. Дл  учета величина дк длительность временного интервала tn между импульсами 48 и 50 (первым из них в l-такте То) преобразуетс  в код .fp с помощью частоты импульсов , снимаемой с выхода переполнени  первого старшего разр да счетчика 14. Использование дл  этих целей частоты f нецелесообразно , т.к. в этом случае получаема  разрешающа  способность намного будет больше достижимой точности измерени  tn.

Выделение временного интервала tn 47 осуществл етс  с помощью элемента И 31 по сигналам с 0 -выходов триггеров 19 и 20. Через элемент И 31 проход т импульсы fp на счетный вход первого старшего разр да счетчика 15 и на входы управлени  вычитанием счетчиков 15 и 16. За врем  tn число этих импульсов будет равно и они будут уменьшать код Nc в счетчике 15-16, вычита сь из него с весом М0

Импульс 50 ПНЧ 6, соответствующий второму или I импульсу 52, по которому закончилс  временной интервал tn 47. не проходит на счетчик 16, т.к элемент И 33 закрыт. Но он уже был учтен, когда счетчиком 16 был подсчитан первый импульс 52. Поэтому с окончанием tn и с учетом этого импульса в счетчике 15-16 будет получен код

NcHNx+lXNon0+n pNo.

Особый случай в работе АЦП происходит при совпадении последнего импульса NX с импульсом 48 окончани  Т0, когда не требуетс  выполнени  коррекции Q из-за отсутстви  этого зар да и подсчета этого импульса счетчиком 16 В АЦП это реализуетс  с помощью элемента И 27. одновибра- тора 23 и элемента ИЛИ 37. При совпадении этих импульсов выходной импульс с элемента И 27 передним фронтом запускает одно- вибратор 23, выходной сигнал которого в элементе ИЛИ 37 увеличивает длительность импульса 50, обеспечива  его окончание после сн ти  сигнала 45. Последний импульс NX пройдет через элемент И 29, т.к. сигнал с выхода одновибратора 23 прошел через элемент ИЛИ 40 и разрешил его работу, и установит в 1 триггер 20. Его сигнал 46

запретит прохождение (сн тие) сигнала с выхода элемента ИЛИ 37 и тем самым исключит подсчет последнего импульса Nx счетчиком 16. Временной интервал tu будет

отсутствовать, как показание на фиг 2 дл  второго такта Т0 и второго импульса 48, и сразу начинает формироватьс  временной интервал tq, в течение которого зар жаетс  конденсатор 12.

Коррекци  результата преобразовани  на рМо не выполн етс , и преобразование заканчиваетс .

В сформированной в счетчике 15-16 величине Nd коду (Nx+1) соответствует в ПНЧ

6 компенсаци  зар да (Nx+1)q зар дом от Ux в течение Т0 и зар дом q«. Поэтому уравнение этой компенсации зар дов в ПНЧ 6 примет вид (Nx+1)q

Ux -г

-5- .To+q. откуда с учетом К

20 величины q получим:

хк. ,л/ Ux -.- . Uo . R f

(Nx+IKlTTo +ПГ 1 )uo(N0r,0+r.)

25 -oSrTe+t1l Nonl+n

Использу  величины (Nx+1). p и fp и подставив их в NC1. получим значение этого 30 кода в счетчике 15-16 Nci3; (4r-To+tii)-f-tiiN0-rf- -}.Nono

U0 No U0

Код NC1 представл ет собой результат преобразовани  Ux. но в нем младшие разр ды не несут информации о величине Ux, т.к. при коррекции дк они не участвовали в работе. Поэтому запись кода результата преобразовани  Хр в регистр 18 выполн ет- с  из всех разр дов счетчика 16 и только из старших разр дов счетчика 15. Если прин ть вес младшего разр да 18 равным единице , то величина Хр будет равна:

Хп -

Nci , Ux No Uo

Uc

NO П0

Ux

АР

где До .. ° - квант АЦП.

No По

Запись кода Хр в регистр 18 осуществл етс  импульсом 55 формировател  25 по сн тию сигнала с 0 -выхода триггера 20. Код Хр передаетс  по шинам 5, а о готовности информирует сигнал 56 по шине 4 с выхода элемента И 35, работа которого разрешаетс  сигналом 44 с 0 -выхода одно- вибратора 22. В первом такте Т0 после импульса 43 сигналы 44 и 56 отсутствуют, т.к. преобразование только начинаетс . Все

последующие за первым такты Т0 работы

АЦП выполн ютс  без промежутков между ними, которые требовались в прототипе дл  выполнени  коррекции результата преобразовани  и оценки времени tq с получением величины п..

Таким образом, потери времени до и после То, имеющие место в npOTOTHTie, в данном АЦП исключены и тем самым повышено его быстродействие. Этому способствует также свойство АЦП, состо щее в том, что его работа при внешнем запуске начинаетс  без задержек и независимо от операций и моментов времени в выполн емом такте его работы.

При реализации АЦП необходимо учитывать , что счетчики 14 и 17, триггеры 19 и 20, элементы И 27, 28, 29, 30, 34, 36 и Генератор 42 должны работать на высоких частотах и дл  исключени  временных задержек, которые могут привести к дополнительным ошибкам, их необходимо выполн ть на быстродействующих интегральных схемах, например, серии 100 или 500. Необходимость этого применени  зависит of количественных величин То. Fq, No и По. Так, если мс; кГц; , то мГц, что требует применени  интегральных схем этих серий.

Наличие в АЦП режима коррекции зар дов , меньших q, с квантами, по величине в по раз меньшими периода максимальной частоты Fq работы ПНЧ, позвол ет перераспределить величины Fq. N0 и п0, т.е. установить более низкую частоту Fq, снизив значение No, но увеличить п0, чтобы оставить без изменени  точность преобразовани . Это, в свою очередь, позвол ет уменьшить частоту f генератора.

Так, при уменьшении Fq до 10 кГц, что при сохранении мс приведет к установлению величин No 200 и По is 40, максимальна  частота генератора может быть снижена до 80 МГц. В этом случае при реализации АЦП упом нутые элементы мбгут быть выполнены на интегральных схемах с меньшим быстродействием, например,1 на схемах серии530 или 555, :-

Веб.это показывает, что при реализации в АПЦ будет сохранена точность прототипа, устранены его недостатки и будет повышено быстродействие за счет исключени  дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерени  входного напр жени .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напр жени  в частоту импульсов, первый вход которого соединен с общей шиной, выход - с первыми входами первого элемента ИЛИ и первого , второго и третьего элементов И, а второй вход - с выходом первого переключател , первый и второй информационные входы которого  вл ютс  соответственно первой и

   второй информационными шинами, а вход управлени  подключен к Г-выходу первого триггера, 0 -выход которого соединен с первыми входами четвертого и п того Элементов И, а 0 -вход с выходом переполне0 ни  первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, а выход первого старшего разр да - к второму входу п того элемента И, третий вход которого соединен с 0 -выхо5 дом второго триггера, а выход соединен с первым старшим разр дом второго счетчика , с входами управлени  вычитанием второго и третьего счетчиков, входы установки а исходное состо ние которых объединены.

   0 входы младших разр дов второго счётчика соеднены с выходами шестых элементов И, - а его выход переполнени  соединен с первым входом второго элемента ИЛИ, выход которого соединен со счетным входом

   5 третьего счетчика, второй вход соединен с выходом седьмого элемента И и объединен с входом распределител  импульсов, выходы разр дов которого соединены с первыми входами шестых элементов И, а также ре0 гистр, вход записи которого соединен с выходом первого формировател  импульсов и объединен с входом второго формировател 

   импульсов, четвертый счетчик, счетный вход которого соединен с выходом восьмого эле5 мента И, первый одновибратор, вход которого  вл етс  шиной Пуск, а 1 -выход соединен с входами установки в исходное состо ние первого и второго триггеров, Он- вход последнего из которых соединен с вы0 ходом второго элемента И, второй одновибратор, Н0 -выход которого соединен с первым входом дев того элемента И, второй вход которого подсоединен к Г-выходу второго триггера, а выход  вл етс  шй5 ной Готовность, третий однОбибратор, вход которого соединён с выходом первого элемента И, а выход с вторым входом первого элемента ИЛИ, четвертый одновибратор , дес тый элемент И, третий и четвер0 тый элементы ИЛИ, б т л и ч ею щ и и С   тем, что. с целью повышени  быстродействи , в негр введены преобразователь напр жени  в ток. второй и третий переключатели , ключ, накопительный элё5 мент, выполненный на конденсаторе, и токоограничивающий элемент на резисторе , включенный между третьим входом преобразовател  напр жени  в частоту импульсов и первым информационным входом второго переключател , второй вход которого соединен с выходами ключа и преобразовател  напр жени  в ток, первый и второй входы которого соединены соответственно с первой входной информационной и общей шинами, последн   из которых подсоединена к первому информационному входу третьего переключател , второй информационный вход которого объединен с второй входной информационной шиной и информационным зходон ключа, выходы первого и второго переключателей соединены через конденсатор , а их входы управлени  объединены и соединены с выходом дес того элемента И, первый вход которого подсоединен к Г- выходу первого триггера и к первому входу третьего элемента ИЛИ, а второй вход - к 0 -выходу первого одновибратора и второму входу четвертого элемента И, выход которого соединен с входом управлени  ключа, Г-выход первого одновибратора соединен с входом второго одновибратора и входом установки в исходное состо ние первого счетчика, счетный вход которого подсоединен к первому входу восьмого эле- мента И, второй вход которого объединен с третьим входом первого элемента ИЛИ, вторым входом второго элемента И и соединен с 1 -выходом второго триггера, 1 -вход которого объединен с входом установки в ис-

   ходное состо ние четвертого счетчика, с входом синхронизации генератора импульсов и подключен к выходу третьего элемента И, второй вход которого соединен с выходом четвертого элемента ИЛИ, первый и второй входы которого подсоединены соответственно к выходу третьего одновибратора и к 0 -выходу первого триггера, Г-вход которого объединен с 0 -входом второго триггера и вторым входом третьего элемента ИЛИ, выход которого подсоединен к первому входу седьмого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого элемента ИЛИ, второй вход п того элемента И через четвертый одновибратор соединен с входом синхронизации распределител  импульсов, второй вход первого элемента И объединен с 0 -входом первого триггера. 0 -выход второго триггера подсоединен к входу первого формировател  импульсов, выход второго формировател  импульсов соединен с входом установки исходного состо ни  второго счетчика, выходы старших разр дов которого и выходы разр дов третьего счетчика соединены соответственно с входами младших и старших разр дов регистра, выходы разр дов которого  вл ютс  выходной шиной, а вторые входы шестых элементов И соединены с выходами разр дов четвертого счетчика.

   j

   Pur 2