аналого-цифровой преобразователь
Классы МПК: | H03M1/50 с промежуточным преобразованием во временной интервал |
Автор(ы): | Белов А.Г. |
Патентообладатель(и): | Дальневосточный государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1995-11-14 публикация патента:
10.11.1998 |
Изобретение относится к области связи и передачи данных и может быть использовано для преобразования напряжения в код. Техническим результатом является расширение диапазона и увеличение точности измерений в поддиапазоне малых напряжений. Преобразователь содержит усилитель, релейный элемент, два ключа, компаратор, генератор пилообразного напряжения, генератор импульсов времени, триггер и элемент И. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор пилообразного напряжения, компаратор, триггер, генератор импульсов, элемент И и первый двоичный счетчик, причем вход генератора пилообразного напряжения связан с установочным входом триггера и является первым входом устройства, а выход генератора пилообразного напряжения через первый вход компаратора соединен со сбросовым входом триггера, прямым выходом включенного на первый вход элемента И, вторым входом связанного с выходом генератора импульсов, отличающийся тем, что в него дополнительно введены второй двоичный счетчик, усилитель, релейный элемент, первый и второй ключи, причем сбросовые входы счетчиков объединены с первым входом устройства, вход усилителя связан с первым входом первого ключа и является вторым входом устройства, а выход усилителя включен на второй вход первого ключа, выходом соединенного с вторым входом компаратора, и на вход релейного элемента, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, элемент И включен на вход второго ключа, первым и вторым выходами соединенного с суммирующими входами соответственно первого и второго счетчиков, а выход переполнения второго счетчика включен на суммирующий вход первого счетчика. 2. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что коэффициент передачи усилителя является показательной функцией с основанием два, а показатель степени - целое число, при этом число разрядов второго счетчика равно показателю степени коэффициента передачи усилителя.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области связи и передачи данных, испытательной, вычислительной и преобразовательной технике и устройствам сопряжения и предназначено для преобразования электрического напряжения /аналоговой величины/ в двоичный код /цифровую величину/. Известен аналого-цифровой преобразователь /АЦП/ с промежуточным преобразованием измеряемой величины в кодируемый временной интервал, содержащий преобразователь измеряемой величины во временной интервал, проводящую электромагнитные колебания широкополосную линию рециркуляционного типа с отводами, набор пороговых элементов, счетчик, регистр, два элемента И, два элемента ИЛИ, формирователь импульсов, триггер и элемент задержки /см. Гельман Н. Н. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем, 1989, с. 135/. Недостатками АЦП являются систематическая погрешность, обусловленная временными задержками элементов, подверженность влиянию помех, сложность технологии изготовления и наладки. Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор пилообразного напряжения, компаратор, триггер, генератор импульсов, элемент И и первый двоичный счетчик, причем вход генератора пилообразного напряжения связан с установочным входом триггера и является первым входом устройства, а выход генератора пилообразного напряжения через первый вход компаратора соединен с сбросовым входом триггера, прямым выходом включенного на первый вход элемента И, вторым входом связанного с выходом генератора импульсов /см. Ямный В.Е. Аналого-цифровые преобразователи напряжения в широком динамическом диапазоне, 1980, с.52/. Недостатками АЦП являются ограниченность диапазона и растущая погрешность измерения в области малых напряжений, т.к. уменьшение напряжения укорачивает временной интервал, в который оно преобразуется, а укорочение интервала уменьшает число умещаемых на нем импульсов, что увеличивает погрешность измерения. Задачей, на решение которой направлено предлагаемое решение, является расширение диапазона и увеличение точности измерения в поддиапазоне малых напряжений. Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, выражается в усилении напряжения в нижнем поддиапазоне и, как следствие, удлинении временного интервала, в который преобразуется напряжение, и, вследствие этого, удлинении кода. Быстродействие АЦП при этом не снижается т.к. интервал преобразования по-прежнему лежит в пределах времени развертки генератора пилообразного напряжения. Поставленная задача решается тем, что аналого-цифровой преобразователь, содержащий генератор пилообразного напряжения, компаратор, триггер, генератор импульсов, элемент И и первый двоичный счетчик, причем вход генератора пилообразного напряжения связан с установочным входом триггера и является первым входом устройства, а выход генератора пилообразного напряжения через первый вход компаратора соединен с сбросовым входом триггера, прямым выходом включенного на первый вход элемента И, вторым входом связанного с выходом генератора импульсов, отличается тем, что в него дополнительно введены второй двоичный счетчик, усилитель, релейный элемента, первый и второй ключи, причем сбросовые входы счетчиков объединены с первым входом устройства, вход усилителя связан с первым входом первого ключа и является вторым входом устройства, а выход усилителя включен на второй вход первого ключа и на вход релейного элемента, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго ключей, элемент И включен на вход второго ключа, первым и вторым выходами соединенного с суммирующими входами соответственно первого и второго счетчиков, а выход переполнения второго счетчика включен на суммирующий вход первого счетчика. Кроме того, коэффициент передачи усилителя является показательной функцией с основанием два, а показатель степени - целым числом, при этом число разрядов второго счетчика равно показателю степени коэффициента передачи усилителя. При этом введение в отличительную часть формулы изобретения дополнительных элементов с соответствующими связями позволяет решить следующие функциональные задачи. Так, введенный усилитель, увеличивая преобразуемое напряжение в нижнем диапазоне в кратное двум число раз, дает возможность расширить диапазон и увеличить точность измерения, удлиняя промежуточный временной интервал и получаемый двоичный код. Релейный элемент выявляет нахождение измеряемого напряжения либо в основном диапазоне, либо в поддиапазоне малых значений. Первый ключ, в зависимости от нахождения преобразуемого напряжения в основном диапазоне или нижнем поддиапазоне, дает возможность подключать к компаратору либо само напряжение, либо увеличенное усилителем. Второй ключ, при нахождении напряжения в основном диапазоне, подключает генератор импульсов к первому, основному счетчику, обеспечивая основной режим работы АЦП а при попадающих в нижний поддиапазон напряжениях ключ коммутирует генератор импульсов на второй счетчик младших размеров, обеспечивая работу АЦП в дополнительном режиме. Второй счетчик позволяет расширить диапазон и увеличить точность преобразования малых напряжений, удлиняя разрядную сетку преобразователя в область младших разрядов. Признаки дополнительного пункта формулы изобретения дают возможность реализовать идею расширения диапазона /увеличения точности/ измерения, т.к. обеспечивают введение второго двоичного счетчика и обеспечивают стыковку аналоговой и цифровой частей АЦП в режиме измерения малых напряжений. Сопоставительный анализ признаков заявляемого решения с признаками аналогов и прототипа свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию "новизна". Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 представлена функциональная схема АЦП. Фиг. 2 показывает связь между преобразуемыми напряжениями и промежуточными временными интервалами. На фиг. 3 приведена характеристика релейного элемента. АЦП содержит /см. фиг. 1/ цепь запуска АЦП сигналом "Пуск" /первый вход устройства/, входную цепь преобразуемого напряжения Ux /второй вход устройства/, генератор пилообразного напряжения /ГПН/ 1, аналоговый компаратор 2, триггер 3, генератор импульсов времени /ГИВ/ 4, логический элемент И5, второй ключ 6, первый счетчик 7, второй счетчик 8, усилитель 9, релейный элемент 10 и первый ключ 11. Преобразуемое напряжение Ux предварительно преобразуется в промежуточную величину - временной интервал tx, который, в свою очередь, преобразуется в цифровой код Nx = tx![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121012/948.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121012/948.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121753/2121753-2t.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121001/183.gif)
Umax/Uгр = Nmax/Nгр = 2k = C. /1/
Путь теперь и усилитель 9 имеет характеристику с коэффициентом передачи C=2k. Поэтому на характеристике на фиг. 2 можно найти такое Ux, которое будет в 2k раз меньше Uгр так же, как само Uгр в 2k раз меньше Umax. Обозначим его Umin. Имеем
Umax/Uгр = 2k = Uгр/Umin. /2/
Откуда преобразуемое с необходимой точностью искомое наименьшее напряжения
Umin = Umax/22k. /3/
Т. е. после усиления Ux в 2k раз наибольшее значение Ux, преобразуемое с не большей
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121012/948.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121141/8805.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121001/183.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121012/948.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121093/8773.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121012/948.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121141/8805.gif)
![аналого-цифровой преобразователь, патент № 2121753](/images/patents/350/2121141/8805.gif)
Класс H03M1/50 с промежуточным преобразованием во временной интервал