SU433634A1 - Преобразователь напряжения в цифровой код - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к цифровой электроизмерительной технике и может быть использовано в преобразовател х напр жени  в цифровой код.

Известен аналого-цифровой преобразователь с автоматическим квантованием измер емого напр жени  U во времени с одновременным квантованием по амплитуде таким образом, чтобы погрешность восстановлени  ее не превышала заданной величины с определенной веро тностью.

Особенность этого преобразовател  состоит в том, что к устройству управлени  преобразовател  апалог-код, построенного по принципу поразр дного уравновешивани  измер емого напр жени  U р дом образцовых напр жений Uo, подключают счетчик, реверсивный счетчик и логическое устройство, служаш ,ее дл  подсоединени  к выходу цифро-аналогового преобразовател  или ко входу сравниваюш .его устройства дополнительных образцовых напр жений обоих знаков .

В результате измерени  напр жени  f/x, определени  приращени  его за врем  Г (интервал квантовани ) и сравнени  этого прираш ,ени  с абсолютным значением |At/o| в устройстве используетс  автокоррел ционна  функци  измер емого напр жени  f/x дл  определени  интервала квантовани  Т.

Интервал квантовани  Т после каждого сравнени  приращени  сигнала t/x с абсолютным значением измен етс  только на посто нную величину, равную единице дискретности АГ интервала Т, независимо от скорости изменени  входного сигнала, из-за чего увеличиваетс  врем  адаптации (переходный процесс) и растет погрешность измерени . В предельном случае минимальный интервал

квантовани  определ етс  временем измерени  методом поразр дного уравновешивани  /п.чм и тем самым ограничиваетс  верхн   гранична  частота спектра входного сигнала. Целью изобретени   вл етс  ускорение переходного процесса, увеличение точности измерени  при поиске рационального временного интервала квантовани  дл  сигналов, представл ющих случайные нестационарные процессы , и уменьшение динамической погрешности устройства.

Дл  этого в преобразователь введены онерационный усилитель, суммирующее устройство , устройство мажоритарной выборки, устройство неревода кода и компараторы погрешностей восстановлени  входного сигнала, первые входы которых подключены ко входу всего устройства, вторые входы - к выходам суммирующего устройства, а выходы - ко входам устройства мажоритарной выборки,

выходы последнего через устройство перевода

кода соединены со входами сумматора интервала квантовани , одни входы суммирующего устройства через операционный усилитель подключены к выходу цифро-аналогового преобразовател , а другие входы - к выходу источника дополнительных образцовых напр жений , регистр цифро-аналогового преобразовател  выполнен в виде сумматора, входы части разр дов которого подключены к соответствующим выходам устройства перевода кода, а выход компаратора максимального уровн  погрещности восстановлени  входного сигнала соединен с одним из входов устройства управлени .

Таким образом, благодар  вновь введенным узлам и св з м в устройстве осуществл етс  адаптивное временное квантование сигналов, представл ющих собой нестационарные эргодические процессы, за счет изменени  единицы дискретности АГ в зависимости от локального изменени  спектра (или коррел ционной функции) входного сигнала при сохранении заданной погрешности восстановлени  приращени  At/0 и, кроме того, расшир етс  спектр измер емых сигналов за счет уменьшени  времени преобразовани  его мгновенных значений .

На чертеже приведена функциональна  блок-схема преобразовател .

Преобразователь напр жени  в цифровой код содержит сравнивающее устройство 1, цифро-аналоговый преобразователь 2, суиматор-регистр пам ти 3, работающий как регистр пам ти, устройство управлени  4, сумматор 5 интервала квантовани , счетчик 6, логическое устройство 7, источник дополнительных образцовых напр жений 8, оцерационный усилитель 9, суммирующее устройство 10, компараторы 11, устройство мажоритарной выборки 12, устройство перевода кода 13.

Преобразователь работает следующим образом .

Под действием сигнала «пуск преобразователь измер ет входной сигнал t/x методом поразр дного уравновешивани  в момент времени t. В измерении участвуют сравнивающее устройство 1, цифро-аналоговый преобразователь 2, сумматор-регистр пам ти 3, работающий как регистр пам ти, устройство управлени  4. На триггерах сумматора-регистра пам ти 3 в коде запоминаетс  значение измер емого сигнала в момент времени t, т. е. t/x(0 Uo(t), где /о - напр жение на выходе цифро-аналогового преобразовател  2.

После окончани  измерени  входного сигнала f/x с окончанием последнего такта в цикле измерени  I/x от устройства управлени  4 на сумматор 5 интервала квантовани  поступает сигнал перезаписи его кода в счетчик 6.

На счетчик 6 от устройства управлени  4 поступают тактовые импульсы, и он формирует интервал квантовани  Т. Импульс окончани  интервала Т в момент времени t-i-T подаетс  от счетчика 6 в устройство управлени  4. От

этого сигнала при помощи сравнивающего устройства 1, цифро-аналогового преобразовател  2, устройства управлени  4 и логического устройства 7 определ етс  знак приращени  входного сигнала U. Дл  этого сравниваютс  напр жени 

U() fJo(f) U(t + T)

и в зависимости от результата сравнени  преобразователь работает следующим образом , а) в случае, если

u,(t)u,(t):u,(t+T),

то сигналом от сравнивающего устройства 1 в устройстве управлени  4, логическом устройстве 7 и в источнике дополнительных образцовых напр жений 8 производ тс  соответствующие переключени , в результате которых на следующем такте, т. е. в момент времени -j-T-f-A (А - врем  длительности одного такта преобразовател ) к напр жению f/o прибавл ютс  напр жени  погрешностей , А(/2, ..., Af/n.

Напр жение UQ образуетс  на выходе операционного усилител  9. Величина напр жени  At/1 задаетс  оператором. Значени  напр жений погрешностей At// (, 3, ..., п) определ ютс  через погрещности At/i согласно равенству .

К выходному напр жению f/o цифро-аналогового преобразовател  2 прибавл етс  напр жение источника дополнительных образцовых напр жений 8, равное заданной погрешности восстановлени  At/o.

Напр жение At/o задаетс , например, равным 2At/i, причем масштаб его может измен тьс . При таком задании погрешности восстановлени  входного сигнала всегда погрешность дискретности измерени  сигнала t/x будет меньше погрешности восстановлени . Напр жение Uo и напр жени  погрешностей At/, At/2, ..., At/n прикладываютс  к суммирующему устройству 10, которое может быть выполнено, например, на резисторах.

На выходах суммирующего устройства 10 образуютс  суммы напр жений , t/o+iAt/2, ..., t/o+At/n, которые подаютс  на входы компараторов 11 погрещностей восстановлени  входного сигнала, количество которых равно числу сумм напр жений t/o-f At/j, где , 2, 3, ..., п.

Напр жение t/o+At/o определ ет условие роста интервала квантовани  Т в случае, когда приращение текущего значени  измер емого сигнала t/x не превышает суммы напр жений (t/o+A(7o).

Это определ етс  сравнивающим устройством 1. На этом же такте, на котором «опрашиваютс , компараторы 11 ошибок восстановлени  входного сигнала, нроисходит сравнение текущего значени  входного сигнала t/x ( со значением сумм напр жений

0 + Ш,; ио + Л,; fJo + Ш„. Количество выходов суммирующего устройства 10 зависит от диапазона задаваемых погрешностей восстановлени  входного сигнала. В пределе сумма дискретных значений погрешностей может выбиратьс  равной пределу измерени  входного сигнала. В результате после срабатывани  только тех компараторов 11 погрешностей восстановлени  входного сигнала, на входах которых оказалось, что lf/,( + 7 + + Af/oih в устройство мажоритарной выборки 12 подаютс  кодовые сигналы, которые им фиксируютс , а интервал квантовани  Т при этом остаетс  неизменным. Подобные сравнени  осуществл ютс  т раз, каждое из которых следует через врем  Л Результаты т-кратного сравнени  текуш;его значени  измер емого сигнала / с погрешност ми восстановлени  фиксируютс  устройством мажоритарной выборки 12. т определ етс  из оптимального соотношени  между требуемыми значени ми помехоустойчивости и быстродействием устройства. После прохождени  т тактов, т. е. по истечении времени тМ, от устройства управлени  4 подаетс  сигнал на устройство перевода кода 13, по которому код усредненного значени  от сработавших комттараторов 11 погрещностей восстановлени  входного сигнала переводитс  в код с основанием, прин тым в сумматорах 5 и 3, и полученный переведенный код складываетс  с кодом сумматора 5 интервала квантовани  и сумматора 3, совмещенного с регистром пам ти, цифро-аналогового преобразовател  2. Таким образом, приращение текущего значени  входного сигнала f/x. и в результате этого на цифро-аналоговом преобразователе 2 фиксируетс  следующее измеренное значение UQ. При этом сокращаетс  общее врем  преобразовани . Кроме того, прибавление кода в сумматоре 5 интервала квантовани  уменьшает интервал квантовани  Г на врем  /САГ, которое соответствует изменению входного сигнала за предыдущий интервал квантовани  Т и за врем  мажоритарной выборки тА (Л - коэффициент , численно равный коду погрешности восстановлени , определ емый в устройстве мажоритарной выборки за указанный интервал времени Т-{-тМ, а АГ - минимально возможный интервал квантовани ). Однако после сигнала «пуск в сумматоре 5 интервала квантовани  было записано максимальное число, соответствующее минимальному врелтени квантовани  Гм-щ. Поэтому после первого измерени  всегда выполн етс  условие f/( + 7 + + Af/,, т. е. ни один из компараторов И и сравнивающее устройство 1 не срабатывают, и с логического устройства 7 на сумматор 5 интервала квантовани  будет подан сигнал на уменьшение кода на единицу, соответствуюгций увеличению интервала квантовани  Т на АГ. Далее устройство управлени  4 начинает определение следуюшего интервала квантовани  Т, исключа  преобразование сигнала U методом поразр дного уравновешивани . В случае, если на одном из последующих измерений изменени  текущего значени  входного сигнала U за врем  интервала квантовани , состо щего из отрезков времени Г+ (где 4А - врем , затрачиваемого на следующие операции: на определение знака приращени  текущего значени  входного сигнала L, на сравнение текущего значени  сигнала с заданной погрешностью Af. на определение приращени  в коде и на суммирование его с кодом напр жени  Ug. окажетс , что текущее значение сигнала U превышает уровень напр жени  t/o+At/,,, то с выхода компаратора/Сп группы компараторов 11 на устройство управлени  4 подаетс  сигнал, по которому производитс  поразр дное преобразование сигнала /7,;. Далее преобразователь снова оценивает только приращени  входного сигнала, -по которым образуютс  новые значени  напр жени  f/o и его кода, соответствующие результатам преобразовани  напр жени  t/x поразр дным уравновешиванием. Интервал квантовани  Г может возрастать даже в промежутках между временем начала и конца работы устройства мажоритарной выборки 12, т, е. на одном из тактов тЛ В случае, если U,{f)U(t + n логика работы устройства сохран етс , а некоторые особенности его работы заключаютс  в следующил. В момент врелтени /-f-T+Ai из напр жени  С/о на выходе операционного усилител  9 вычитаютс  напр жени  АС/ь Af/n и напр жение At/o вычитаетс  из напр жени  t/o- выходного напр жени  цифро-аналогового преобразовател  2. На выходе суммипующего устройства 10 образуютс  следующие суммы напр жений: ио Ш,- ио Ш,; ...ио- Ш„. При if/ Cz-f r + A/)i(7o-At/,) ни один из компараторов 11 и сравнивающее устройство 1 не срабатывают и сигналом от логического устройства 7, в формировании которого участвует устройство управлени  4, интервал квантовани  Г при помоп1и сумматора 5 интервала квантовани  увеличиваетс  на минимально ВОЗМОЖНУЮ величину АГ, а код напр жени  f7o на сумматоре 3 остаетс  без изменени . Далее начинаетс  определение интервала квантовани  Г с последующими операци ми определени  знака и величины приращени  сигнала t/x- Процесс увеличени  интервала квантовани  Г на величину АГ продолжаетс 

до тех пор, пока пе сработает сравнивающее устройство 1. В этом случае интервал квантовани  будет уменьшатьс  скачком на величину КАТ.

При этом будет провер тьс  условие

( + Г + Д)|()

в течение т тактов сравнени . Значение кода компараторов в этом случае, как и ранее с устройства мажоритарной выборки 12, подаетс  через устройство перевода кода 13 в сумматор 5 интервала квантовани , где суммируетс  с ранее хранимым в нем кодом. С учетом знака код с устройства перевода кода 13 одновременно подаетс  в сумматор 3 цифроаналогового преобразовател  2 дл  формировани  нового значени  напр жени  UQ и его кода.

Выходной код измер емого сигнала 17х на каждом цикле измерени  считываетс  с параллельного выхода сумматора-регистра пам ти 3, выходной код интервала квантовави  считываетс  с параллельного выхода сумматора 5 интервала квантовани . Начало первого измерени  в преобразователе определ етс  временем прихода сигнала «пуск, а начала всех последующих измерений происход т после изменени  кода сумматора 5 интервала квантовани .

Итак, при первом измерении преобразователь измер ет входной сигнал методом поразр дного уравновещивани  и затем определ ет и корректирует интервал квантовани . В случае , если текущее значение входного сигнала не превыщает ббльщего значени  заданного уровн  на компараторах погрешностей восстановлени  11, то врем  измерени  сигналов поразр дным уравновешиванием исключаетс , а результат нового измерени  сигнала f/x образуетс  путем суммировани  величины изменени  сигнала с предыдущим измеренным значением, что позвол ет допустить ббльшую скорость изменени  сигнала U. При этом происходит установление и непрерывное поддержание оптимального интервала квантовани  входного случайного нестационарного сигнала.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1.Преобразователь напр жени  в цифровой код, содержащий сравнивающее устройство , соединенное с выходом цифро-аналогового преобразовател , устройство управлени , к выходу которого подключен сумматор интервала квантовани  и счетчик и через логическое устройство источник дополнительных образцовых напр жений, отличающийс  тем, что, с целью ускорени  переходного процесса и увеличени  точности измерени  при поиске рационального временного интервала квантовани  дл  сигналов, представл ющих случайные нестационарные процессы, в него введены операционный усилитель, суммирующее устройство, устройство мажоритарной выборки , устройство перевода кода и компараторы погрещностей восстановлени  входного сигнала, первые входы которых подключены к входу всего устройства, вторые входы - к

выходам суммирующего устройства, а выходы - к входам устройства мажоритарной выборки , выходы последнего через устройство перевода кода соединены с входами сумматора интервала квантовани , одни входы суммирующего устройства через операционный усилитель подключены к выходу цифро-аналогового преобразовател , а другие входы-к выходу источника дополнительных образцовых напр жений.

2.Преобразователь по п. 1, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  динамической погрешности устройства, в нем регистр цифро-ана.ггогового преобразовател  выполнен в виде сумматора, входы части разр дов которого подключены к соответствующим выходам устройства перевода кода, а выход компаратора максимального уровн  погрешности восстановлени  входного сигнала соединен с одним из входов устройства управлени .

Приоритет по п, 2: 10.02.72

и.

-|-aJ / рЦ