аналого-цифровой преобразователь
Классы МПК: | H03M1/60 с промежуточным преобразованием в частоту импульсов |
Автор(ы): | Лукьянов Л.М. |
Патентообладатель(и): | Научно-производственное предприятие "Всероссийский научно- исследовательский институт электромеханики с заводом" |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-09-30 публикация патента:
20.06.1996 |
Использование: в области импульсной техники, в частности АЦП с промежуточным преобразованием входного напряжения в частоту импульсов. Сущность изобретения: с целью повышения точности преобразователя за счет исключения дополнительных погрешностей, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, два счетчика, реверсивный счетчик, два триггера, генератор импульсов, три элемента И, два ключа, логический и аналоговый инверторы, элемент задержки, элемент ИЛИ, управляемый генератор импульсов и делитель напряжения. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
Аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжения в частоту импульсов, первый вход которого является шиной нулевого потенциала, первый элемент И, первый вход которого объединен с первыми входами второго и третьего элементов И и подключен к выходу генератора импульсов, а выход подключен к счетному входу первого счетчика, вход установки в исходное состояние которого является шиной запуска и объединен с единичным входом первого триггера и входом установки в исходное состояние реверсивного счетчика, выходы которого являются шиной результата преобразования, а суммирующий и вычитающий входы подключены к выходам соответственно третьего и второго элементов И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, отличающийся тем, что в него введены второй счетчик, управляемый генератор импульсов, первый и второй ключи, второй триггер, логический инвертор, элемент задержки, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент ИЛИ, делитель напряжения, аналоговый инвертор, первый и второй переключатели, первый информационный вход последнего из которых является входной шиной преобразуемого напряжения и через аналоговый инвертор подключен к своему второму информационному входу, управляющий вход объединен с единичным выходом второго триггера, с вторым и первым входами соответственно третьего и пятого элементов И, а выход соединен с первым информационным входом первого переключателя, второй информационный вход которого является шиной нулевого потенциала и объединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход является входной шиной времени измерения и объединен с вторым и первым входами соответственно первого и шестого элементов И, а выход соединен с вторым входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, третий вход которого является шиной готовности результата и объединен с выходом четвертого элемента И, четвертый вход соединен с выходом делителя напряжения, а выход подключен к счетному входу второго триггера, нулевой вход которого объединен с шиной запуска, нулевой выход соединен с третьим и первым входами соответственно второго и четвертого элементов И, второй вход последнего из которых подключен к нулевому выходу первого триггера и к вторым входам пятого и шестого элементов И, выход последнего из которых подключен через логический инвертор к третьим входам третьего и пятого элементов И и к управляющему входу первого ключа, информационный вход которого является шиной опорного напряжения, а выход соединен с первым входом делителя напряжения, второй вход которого подключен к выходу второго ключа, управляющий вход которого объединен с входом управляемого генератора импульсов и с выходом пятого элемента И, четвертый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к соответствующим выходам второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу управляемого генератора импульсов, информационные входы к соответствующим выходам первого счетчика, а вход записи кода через элемент задержки к выходу генератора импульсов, выход переполнения реверсивного счетчика подключен к нулевому входу второго триггера.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области импульсной техники, в частности, к аналого-цифровым преобразователям с промежуточным преобразованием в частоту импульсов. Изобретение может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и управления технологическими процессами и испытаниями, выполняемых на основе средств вычислительной техники. Широко известны аналого-цифровые преобразователи АЦП, в которых выполняется промежуточное преобразование с помощью преобразователя напряжения в частоту импульсов ПНЧ с интегрированием входного напряжения, например, книга В.Г.Балакай, И.П.Крюк и Л.М.Лукьянов Интегральные схемы АЦП и ЦАП, М. Энергия, 1978 г. стр. 69 75. В этих АЦП на результат преобразования оказывает влияние изменение коэффициента К преобразования ПНЧ, что снижает их точность работы. Поэтому стоит задача по устранению дополнительных погрешностей. На решение этой задачи направлено данное предложение, при реализации которого будет достигнут положительный технический эффект, состоящий в повышении точности работы АЦП. В аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь напряжения в частоту импульсов, первый вход которого является шиной нулевого потенциала, первый элемент И, первый вход которого объединен с первыми входами второго и третьего элементов И и подключен к выходу генератора импульсов, выход подключен к счетному входу первого счетчика, вход установки в исходное состояние которого является шиной запуска и объединен с единичным входом первого триггера и входом установки в исходное состояние реверсивного счетчика, выходы которого являются шиной результата преобразования, а суммирующий и вычитающий входы подключены к выходам соответственно третьего и второго элементов И, второй вход которого соединен с единичным выходом первого триггера, отличающийся тем, что в него введены второй счетчик, управляемый генератор импульсов, первый и второй ключи, второй триггер, логический инвертор, элемент задержки, четвертый, пятый и шестой элементы И, элемент ИЛИ, делитель напряжения, аналоговый инвертор, первый и второй переключатели, первый информационный вход последнего из которых является входной шиной преобразуемого напряжения и через аналоговый инвертор подключен к своему второму информационному входу, управляющий вход объединен с единичным выходом второго триггера, с вторым и первым входами соответственно третьего и пятого элементов И, а выход соединен с первым информационным входом первого переключателя, второй информационный вход которого является шиной нулевого потенциала и объединен с информационным входом второго ключа, управляющий вход является входной шиной времени измерения и объединен с вторым и первым входами соответственно первого и шестого элементов И, а выход соединен с вторым входом преобразователя напряжения в частоту импульсов, третий вход которого является шиной готовности результата и объединен с выходом четвертого элемента И, четвертый вход соединен с выходом делителя напряжения, а выход подключен к счетному входу второго триггера, нулевой вход которого объединен с шиной запуска, нулевой выход соединен с третьим и первым входами соответственно второго и четвертого элементов И, второй вход последнего из которых подключен к нулевому выходу первого триггера и к вторым входам пятого и шестого элементов И, выход последнего из которых подключен через логический инвертор к третьим входам третьего и пятого элементов И и к управляющему входу первого ключа, информационный выход которого является шиной опорного напряжения, а выход соединен с первым входом делителя напряжения, второй вход которого подключен к выходу второго ключа, управляющий вход которого объединен с входом управляемого генератора импульсов и с выходом пятого элемента И, четвертый вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ, входы которого подключены к соответствующим выходам второго счетчика, счетный вход которого подключен к выходу управляемого генератора импульсов, информационные входы к соответствующим выходам первого счетчика, а вход записи кода через элемент задержки к выходу генератора импульсов, выход переполнения реверсивного счетчика подключен к нулевому входу второго триггера. В предлагаемом техническом решении задача по устранению недостатка прототипа решается благодаря изменению по сравнению с прототипом величин напряжений, участвующих в формировании второй частоты F2. Напряжение U0 подключается к ПНЧ только на время, равное периоду t1 первой частоты F1. Инвертированное напряжение Ux отключается от ПНЧ с окончанием времени интегрирования Tи, которое задается по внешнему сигналу и выбирается равным или кратным периоду помехи Tп. Окончание периода частоты F2 формируется в ПНЧ с помощью напряжения Uи, которое соответствует величине Tи. Интервал времени t2 включения Uи, как будет показано ниже, представляет собой величину, соответствующую напряжению Ux и результату преобразования, который не содержит дополнительных погрешностей от Uп, присущих прототипу при Tи![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062156/8800.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/925.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
Nи=N0 t>иf=N0 nи
Этот код после каждого из импульсов f по сигналам элемента задержки 30, которые имеют небольшую задержку относительно первых на время переходных процессов в счетчике 17, записывается в счетчик 18. Наличие единицы хотя бы в одном из его разрядов приводит к появлению сигнала на выходе элемента ИЛИ 27. Этот сигнал проходит через элемент И 25, так как его работа разрешена в течение временного интервала 40, и запускает генератор 16, импульсы fy которого поступают на счетный вход счетчика 18. Работа генератора 16 будет продолжаться до поступления в счетчик 18 nи импульсов fy, когда в нем произойдет переполнение, т.е. Nи+nи=N0, и установится нулевой код во всех разрядах. Это произойдет через время tи= nи/fy, в течение которого по сигналу с выхода элемента И 25 ключ 13 будет замкнут и на выходе делителя 14 напряжение U0 будет иметь меньшую величину. Для наибольшего времени измерения Tи, равного T0, с его окончанием в счетчике 18, имеющем емкость N0, будет получен нулевой код (tи=0, nи=0) и замыкание ключа 13 не происходит. При наименьшем времени Tи, которому соответствует наибольшая величина tи, равная tн(Tн=T0 tн), целесообразно иметь замкнутое состояние ключа 13 в течение t2. Из этого условия можно выбрать параметры делителя 14 и установить величину частоты fy. Величина Tн= T0 tн= (N0 nн)1/f и ей должна соответствовать величина Uн=
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/925.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-2t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-3t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-4t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-5t.gif)
Напряжение
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-6t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-7t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-8t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-9t.gif)
В результате этого предлагаемый АЦП в отличие от прототипа допускает изменение времени измерения входного напряжения, которое задается по внешнему сигналу в соответствии с изменениями периода Tп переменного напряжения помехи, наложенной на преобразуемый сигнал. Благодаря этому коэффициент подавления помехи в АЦП остается высоким, тогда как в прототипе это приведет к дополнительным погрешностям. Так, например, при изменении Tп на
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/177.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-10t.gif)
Uп/Kп=1,3% Uxm=0,13% U0. В предлагаемом АЦП обеспечивается интегрирование входного напряжения за время Tи=Tп и дополнительная погрешность от Uп будет отсутствовать. Но необходимо отметить, что введение делителя напряжения и формирование
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-11t.gif)
В ключе 13 погрешность будет обуславливаться, в основном, остаточной величиной сопротивления rкл замкнутого ключа и временем tкл его переключения. Поэтому в качестве ключа 13 необходимо использовать быстродействующий ключ, например, из отечественной серии 590 ключ 590 КН 8 с rкл=70 Ом и tкл=3 нсек. При этом влияние этих параметров на погрешность АЦП уменьшается, так как ключ 13 осуществляет подключение сигнала, который составляет часть от максимального сигнала, преобразуемого АЦП. Для рассматриваемого примера наибольшая величина уменьшения U0 при изменении Tи должна быть равна
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
0,2U0
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062024/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062549/2062549-12t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2062549](/images/patents/410/2062030/916.gif)
Класс H03M1/60 с промежуточным преобразованием в частоту импульсов