SU799133A1

SU799133A1 - Analogue-digital converter

Info

Publication number: SU799133A1
Application number: SU772494599A
Authority: SU
Inventors: Фарагат Ахметович Шаймарданов; Олег Евгеньевич Рассказов; Юрий Петрович Орлов; Владимир Петрович Школин; Валерий Владимирович Озеров
Original assignee: Уфимский авиационный институт им.Орджоникидзе
Priority date: 1977-06-08
Filing date: 1977-06-08
Publication date: 1981-01-23

Description

Изобретение относится к преобразованию аналоговой информации в цифровой коц и может быть использовано в измерительных приборах и устройствах ввода, связывающих цифровую машину с датчиками объекта управлениямThe invention relates to the conversion of analog information into a digital coc and can be used in measuring devices and input devices that connect a digital machine with sensors of the control object

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, аналоговые ключи, интегратор, блок управления, генератор импульсов, счетчик и элемент И [1J .Known analog-to-digital Converter containing a reference voltage source, analog switches, integrator, control unit, pulse generator, counter and element And [1J.

Недостатком такого преобразователя является большое время цикла преобразования.The disadvantage of this converter is the large conversion cycle time.

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является аналого-цифровой преобразователь, содержащий источник опорного напряжения, аналоговые ключи, интегратор, выполненный в вице операционного усилителя с емкостной обратной связью, компаратор, пороговое устройство, задающее порог на выходе интегратора, блок управления с устройством формирования (54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ g η 1 .The closest in technical essence to this invention is an analog-to-digital Converter containing a reference voltage source, analog switches, an integrator, made in the vice operational amplifier with capacitive feedback, a comparator, a threshold device that sets a threshold at the output of the integrator, a control unit with a forming device (54) ANALOG-DIGITAL CONVERTER g η 1.

ФВЗД W —··· периода интегрирования измеряемого сигнала и генератором импульсов, пере счетную схему, блок формирования периода интегрирования опорного напряжения, 'счетчик и элемент И [2} .FVZD W - ··· of the period of integration of the measured signal and the pulse generator, counting circuit, block forming the period of integration of the reference voltage, 'counter and element And [2}.

Недостатком этого преобразователя является низкое быстродействие преобразования.The disadvantage of this converter is the low conversion speed.

Цель изобретения - повышение быстродействия преобразования.The purpose of the invention is improving the speed of conversion.

Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, соцер жащий источник опорного напряжения, аналоговые ключи, интегратор, выполненный в виде операционного усилителя с емкостной обратной связью, компаратор, пороговое устройство, задающее порог на выходе интегратора, блок управления с устройством формирования периода интегрирования измеряемого сигнала и генератором импульсов, блок формирования периода интегрирования опорного напряжения, счетчик и элемент И, введены элементы ИЛИ и И, причем один входThis goal is achieved by the fact that an analog-to-digital converter containing a reference voltage source, analog keys, an integrator made in the form of an operational amplifier with capacitive feedback, a comparator, a threshold device that sets a threshold at the output of the integrator, a control unit with a period forming device integration of the measured signal and the pulse generator, the unit for forming the integration period of the reference voltage, the counter and the element And, introduced the elements OR and AND, with one input

7Е одного элемента И соединен с выходов генератора импульсов, другой вход с вьехойом порогового устройства, а выход элемента И подключен к одному входу блока формирования периода интегрирования опорного напряжения, входы остальных элементов И соединены с определенными разрядными выходами счетчика, а выходы - с входами элемента ИЛИ,, выход которого подключен к другому входу блока формирования периода интегрирования опорного напряжения.7E of one AND element is connected to the outputs of the pulse generator, another input is connected to the input of the threshold device, and the output of the And element is connected to one input of the unit for forming the reference voltage integration period, the inputs of the remaining And elements are connected to certain discharge outputs of the counter, and the outputs to the inputs of the OR element ,, the output of which is connected to another input of the unit for forming the period of integration of the reference voltage.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема аналого-цифрового преобразователя^ на фиг. 2 - временная диаграмма, поясняющая принцип действия аналого-цифрового преобразователя.In FIG. 1 is a structural electrical diagram of an analog-to-digital converter ^ in FIG. 2 is a timing chart explaining the operation of an analog-to-digital converter.

Аналого-цифровой преобразователь (фиг. 1) содержит интегратор 1, построен —₂₀ный на основе операционного усилителя с емкостной обратной связью, аналоговые ключи 2 и 3 для подключения на вход интегратора источника опорного напряжения 4 и измеряемого сигнала 5, компа— ₂₅ратор 6, пороговое устройство’ 7, задающее пороговое напряжение 8 на выходе интегратора, блок 9 управления с устройством 10 формирования периода интегрирования измеряемого сигнала и генератором 11 импульсов, блок 12 формирования периода интегрирования опорного напряжения, счетчик 13, с выхода которого снимается код 14 результата преобразования, элементы 15 И, производящие дешифрацию выбранных особым образом разрядных выходов счетчика, элемент 16 ИЛИ, элемент. 17 И, по сигналу которого осуществляется подключение опорного напряжения на вход : интегратора , элемент 18 И на входе счетчика, вход преобразователя 19, выход 20.Analog-to-digital converter (. Figure 1) comprises an integrator 1, built - ny ₂₀ based on an operational amplifier with capacitive feedback analog switches 2 and 3 for connection to the input of the reference voltage 4 and the measured signal power of the integrator 5, 6 kompa- ₂₅ Rhatore , a threshold device '7, which sets a threshold voltage 8 at the output of the integrator, a control unit 9 with a device 10 for generating a period for integrating the measured signal and a pulse generator 11, a unit 12 for generating a period for integrating the reference voltage, a counter 13, from the output of which the conversion result code 14, the And elements 15, which decrypt the counter outputs selected in a special way, the element 16 OR, the element, are decoded. 17 And, according to the signal of which the reference voltage is connected to the input of: an integrator, element 18 And at the counter input, converter input 19, output 20.

✓✓

На фиг. 2 изо^ажены напряжение 21 на выходе ие интегратора, старт-импульс 22, импульсы 23 с выхода генератора ⁴⁵импульсов, период 24. интегрирования измеряемогоо сигнала, период 25 интегрирования опорного напряжения, импульсы 26, прошедшие на счетчик, стоп-импульс 27. ⁵⁰ In FIG. 2 shows voltage 21 at the output of the integrator, start pulse 22, pulses 23 from the output of the generator ⁴⁵ pulses, period 24. integration of the measured signal, period 25 of integration of the reference voltage, pulses 26 transmitted to the counter, stop pulse 27. ⁵⁰

Работа аналого-цифрового преобразователя происходит следующим образом.The work of the analog-to-digital Converter is as follows.

При поступлении на вход 19 стартимпульса 22 сбрасывается в ноль счетчик 13 и приводится в действие блок 9 управления. Импульсы 23 с выхода генератора 11 импульсов поступают на устройство 10 формирования периода интегри9133 4 рования измеряемого сигнала, выходной сигнал которого поступает на управляющий вход аналогового ключа 3, в результате чего измеряемый сигнал 5 через 5 аналоговый ключ 3 подключается на входинтегратора 1. Происходит интегрирование измеряемого сигнала. Как только напряжение 21 на выходе интегратора достигнет порогового напряжения 8 по10 рогового устройства 7, последнее формирует выходной сигнал и первый же пришедший импульс с выхода генератора импульсов через элемент 17 И поступает на блок 12 формирования периода интегрирования опорного напряжения, выходной сигнал которого отпирает аналоговый ключ 2_tподключая ^Λ опорное напряжение источника опорного напряжения 4 на вход интегратора. Одновременно импульсы 23 через элемент 18 И поступают на : вход счетчика 13. Сигналы определенных разрядных выходов счетчика, выбранных в зависимости от порогового напряжения и опорного напряжения с тем, чтобы выходное напряжение интегратора никогда не было меньше напряжения порога компаратора 6, поступают на элементы 15 И, выходной сигнал которых через элемент 16 ИЛИ и блок (формирования периода интегрирования опорного напряжения закроет аналоговый ключ 2 и элемент 18 И, что прекратит поступление опорного напряжения на вход интегратора и импульсов 26 на счетчик.Upon receipt of the input 19 of the start pulse 22, the counter 13 is reset to zero and the control unit 9 is activated. The pulses 23 from the output of the generator 11 pulses are supplied to the device 10 for forming an integration period 9133 4 of the measured signal, the output signal of which is supplied to the control input of the analog switch 3, as a result of which the measured signal 5 is connected via 5 analog switch 3 to the input of the integrator 1. The measurement signal is integrated . As soon as the voltage 21 at the output of the integrator reaches the threshold voltage 8 of 10 of the horn device 7, the latter generates an output signal and the first incoming pulse from the output of the pulse generator through the element 17 And enters the block 12 of the formation of the integration period of the reference voltage, the output signal of which unlocks the analog switch 2 _t connecting ^{Λ the} reference voltage of the reference voltage source 4 to the integrator input. At the same time, the pulses 23 through the element 18 And arrive at: the input of the counter 13. The signals of the specific bit outputs of the counter, selected depending on the threshold voltage and the reference voltage so that the output voltage of the integrator was never less than the threshold voltage of the comparator 6, are fed to the elements 15 And whose output signal through the OR element 16 and the block (formation of the integration period of the reference voltage will close the analog switch 2 and the And element 18, which will stop the supply of the reference voltage to the input of the integrator and impu sov 26 at the counter.

Это повторяется всякий раз, когда выходное напряжение интегратора достигает пороговое напряжение. В конце периода интегрирования измеряемого сигнала 24 выходной сигнал устройства формирования периода интегрирования измеряемого сигнала запирает ключ 3, чем гтрек> .ращается поступление измеряемого сигнала. на вход интегратора, и через блок формирования периода интегрирования опорного напряжения отпирает ключ 2, подключая на вход интегратора опорное напряжение. Если выходное напряжение интегратора не достигает порогового напряжения за период интегрирования измеряемого сигнала 24,~то йнтег^ рирование опорного напряжения начинается после его окончания. Интегрирование опорного напряжения заканчивается с появлением стоп-импульсов 27 на выходе 20 компаратора 6, который через блок формирования периода интегрирования опорного напряжения и аналоговый ключ 2 отключает опорное напряжение от входа интегратора и останавливает генераторThis is repeated whenever the integrator output voltage reaches a threshold voltage. At the end of the integration period of the measured signal 24, the output signal of the device for generating the integration period of the measured signal locks the key 3, than the key>. The flow of the measured signal is rotated. to the input of the integrator, and through the block for the formation of the period of integration of the reference voltage unlocks the key 2, connecting the reference voltage to the input of the integrator. If the output voltage of the integrator does not reach the threshold voltage for the period of integration of the measured signal 24, then the integration of the reference voltage begins after its completion. The integration of the reference voltage ends with the appearance of stop pulses 27 at the output 20 of the comparator 6, which, through the unit for generating the integration period of the reference voltage and the analog switch 2, disconnects the reference voltage from the input of the integrator and stops the generator

799133 6 импульсов. Импульсы 26 поступают на счетчик всякий раз, когда опорное напряжение подключается на вход интегратора в течение периода интегрирования опорного напряжения 25.799133 6 pulses. Pulses 26 arrive at the counter whenever the reference voltage is connected to the integrator input during the integration period of the reference voltage 25.

Данный аналого-цифровой преобразова тель позволяет сократить время цикла преобразования до величиныThis analog-to-digital converter reduces the conversion cycle time to a value

где - период интегрирования йзме- ряемого сигнала, (J_n - пороговое напряжение, (J_o -опорное напряжение, Т - постоянная времени интегриро вания.where is the integration period of the measured signal, (J _n is the threshold voltage, (J _{o is the} reference voltage, T is the integration time constant.

с устройством формирования периода интегрирования измеряемого сигнала и генератором импульсов, блок формирования периода интегрирования опорного напряжения, счетчик и элемент И, о т л и чаюши й с я тем, что, с целью повышения быстродействия преобразования, в него введены элементы ИЛИ и И, причем один вход одного элемента И соединен с выходом генератора импульсов, другой вход - с выходом порогового устройства, а выход элемента И подключен к одному входу блока формирования периода ин- ~ гегрирования опорного напряжения, вхо-.with a device for generating a period of integration of the measured signal and a pulse generator, a unit for generating a period for integrating the reference voltage, a counter and an I element, so that, in order to increase the conversion speed, OR or I elements are introduced into it, and one input of one AND element is connected to the output of the pulse generator, another input is connected to the output of the threshold device, and the output of the And element is connected to one input of the unit for generating the reference voltage integration period, in-.

ды остальных элементов И соединены с определенными разрядными выходами ..dy of the remaining elements And are connected to certain discharge outputs ..

Claims

(54) ANALOG-DIFFERENTIAL CONVERTER p j of one element And connected to the output of a pulse generator, with a plow input to the output of the threshold device, and you of the element AND connected to one input of the unit for forming the period of integration of the reference voltage, the inputs of the remaining elements And connected to certain bits the outputs of the counter and the outputs are with the inputs of the OR element, the output of which is connected to another input of the formation unit of the period for integrating the reference voltage. FIG. 1 shows a structural electrical circuit of the analog-to-digital preamplifier in FIG. 2 is a timing diagram explaining the principle of the analog-to-digital conversion of bodies. The analog-to-digital converter (Fig. 1) contains an integrator 1 built on the basis of an operational amplifier with a capacitive feedback, analog switches 2 and 3 for connecting the source of the reference voltage 4 and the measured signal 5 to the input of the integrator Ratio 6, threshold device 7, which sets the threshold voltage 8 at the integrator output, control unit 9 with measured signal integrating device 1O and pulse generator 11, counter reference voltage integration unit 12, counter ode which is removed 14 result code conversion, and the elements of 15 by producing conductive deshi4ratsiyu GOVERNMENTAL specially selected bit dnk counter outputs, element 16 or element. 17 And, according to the signal of which the reference voltage is applied to the input: integrator, element 18 And at the counter input, converter 19 input, output 20. Phi 2 shows voltage 21 at the integrator output, start pulse, 22 pulses 23 from the output of the pulse generator, period 24 of integrating the measured signal, period 25 of integrating the reference voltage, pulses 26, crashing on the counter, stop pulse 27. The analog-to-digital converter will work as follows. Upon arrival at the input 19, the start pulse 22 is reset to zero, the counter 13 and the control unit 9 is activated. The pulses 23 from the output of the generator 11 pulses are fed to the device 10 to form the integration period 334 of the measured signal, the output signal of which is fed to the control input of the analog switch 3, resulting in the measured signal 5 through the analog switch 3 being connected to the input integrator I. measured signal. As soon as the voltage 21 at the output of the integrator reaches the threshold voltage 8 of the threshold device 7, the latter generates an output signal and the first incoming pulse from the output of the pulse generator through the element 17 And goes to the unit 12 for the formation of the reference voltage integration period, the output of which unlocks the analog key 2 connect the reference voltage of the source of the reference voltage 4 to the input of the integrator. At the same time, the pulses 23 through the element 18 And enter the input of the counter 13. The signals of the limited discharge outputs of the counter, selected depending on the threshold voltage and the reference voltage so that the output voltage of the integrator is never less than the voltage of the comparator threshold 6, arrive elements 15 AND, whose output signal through element 16 OR and the unit for forming the period of integration of the reference voltage will close the analog switch 2 and element 18 AND, which will stop the flow of the reference voltage to the integrator input and imp pulses 26 on the counter. This is repeated whenever the output voltage of the integrator reaches the threshold voltage. At the end of the integration period of the measured signal 24, the output signal of the formation of the integration period of the measured signal locks the key 3, than npeiP increases the input of the measured signal to the integrator input, and through the formation of the period of integration of the reference voltage unlocks the key 2 connected to the integrator input reference voltage. If the output voltage of the integrator does not reach the threshold voltage for the integration period of the measured signal 24, then the integration of the reference voltage begins after its completion. The integration of the reference voltage is terminated with the appearance of stop pulses 27 at the output 20 of the comparator 6, which, through the unit for the integration of the reference voltage and the analog switch 2, disconnects the reference voltage from the integrator input and stops the pulse generator 11. The pulses 26 arrive at the counter every time, when the reference voltage (the reduction is input to the integrator during the period of integrating the opornotch) voltage 25. This analog-to-digital processor allows you to shorten the conversion cycle time to VT, T is the integration period of of the signal being measured, U threshold voltage, (Jo is the reference voltage, X is a constant of integration time. Formula invention An analog-digital converter containing the source of the reference signal, analog switches, an integrator, you are not a capacitive feedback operational amplifier, a threshold device defining a threshold at the integrator output, a control unit with a period forming device, an integrated measured signal, and a pulse generator, a reference voltage integration time forming unit, a counter, and an I, o tl and h ay and with the fact that, in order to increase the conversion speed, the elements OR and AND are introduced into it, with one input of one element AND connected to the output of the pulse generator, the other input to the output of the threshold device, and stroke element and is connected to the input of block forming oshyumu period gegrirovani invariant reference voltage .napr that enter. The dy of the other elements And are connected to certain bit outputs. the counter, and the outputs - with the inputs of the OR element, the output of which is connected to another input of the unit forming the period of the integration of the reference voltage. Hctt 4HHKH of information received in the previous term in examination 1. UK Patent M 138S455, cl. d 4 H, 1975.

2. USSR author's certificate N9 3479 U, cl. N OZ K 13 / 2O, 1970 t prototype).

f f f

V 1

1

L.IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII1III

Illllilllll

Sh

Figg