Аналого-цифровой преобразователь
Изобретение относится к импульсной технике, в частности к преобразователям напряжения в цифровой код с промежуточным преобразованием напряжения в частоту импульсов, и может быть использовано в устройствах сбора аналоговой информации систем контроля и испытаний изделий и управления технологическими процессами Целью изобретения является повышение быстродействия. АЦП содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, переключатель , четыре счетчика, два триггера, четыре одновибратора. два формирователя импульсов, элементы И и ИЛИ, генератор и распределитель импульсов. Новым является введение преобразователя напряжения в ток, двух переключателей, ключа, конденсатора и резистора, благодаря которым совмещается во времени преобразование входного сигнала в код и коррекций результата преобразования, поэтому не требуется дополнительных затрат времени по сравнению с временем измерения входного сигнала и тем самым повышается быстродействие преобразователя. 2 ил. (Л С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
„,5g,„„1748253 Al к (5!)5 Н 03 М 1/60 1 1(1!l2
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
-г, а. Щ1 х
К АВТОРСКОМУ .СВИДЕТЕЛЬСТВУ1 - " :: .. -:.: ... 2 (21).4857278/24 . .: -: " .: .: систем контроля и испытайий изделий и уп(22) 07.08.90: -: ....." :: .; равления технологичкеисккимй процессами, (46) 15.07.92. Бюл. t+ 26 .::: . .:; —: ..:.: Целью изобретения является повышейие (71) Всесоюзный научно-исслхедовательскйй быстродействия. АЦП содержит преобразоинститут электромеханики -:,::, - : ватель. напряжения в частоту ймпхульсов, пе. (72) Л,М.Лукьянов . . .. -.:: реключатель, четыре счетчика, два триггера, (53) 681.325(088.8) ..: . : : . . четыре одновибратора; два формирователя (56) Балакай В.Г. Интегральные схемы АЦП: . импульсов, элементы И и ИЛИ, генератор и и ЦАП. M. Энергия,1978,с,72.: -:: ": : .:,. распределитель импульсов. Новым являет, АвтоРское свидетельство СССР:::: ся введение преобразователя напряйсехния в
М 1654976, кл. Н 03 М 1/60, 1989. :,,: - : ток, двух переключателей, ключа. конденса(54):АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗО- тора и резистора, благодаря "которым совме-
ВАТЕЛЬ,: -:::::.:::. .::- .:::."-:" щается во времени. преобразование (57) Изобреткенйе относится к импульсной.; : входного сигнала в код и коррекция ре-, технике, в частности: к- преобразователям "эультата преобразосвайия, поэтому не треным преобразованием напряжейия в часто- -: "сравнению с временем измерения входноту импульсов, и может бйть использохвайо в "::- IQ ñèãíàëà l1 тем самым повйшается быст-: устройствах сбора айалоговой информации родействие преобразователя. 2 ил. ,1 й
Ф
Изобретение относится к импульсной . эталонный заряд q; котокрйй компенсируеттехнике, в частности к аналого-цифровым . ся до нуля зарядом от тока 4/R. Частота преобразователям (АЦП) с промежуточным повторения этих "операций пропорцио- (Л преобразованием напряжения в частоту им- " нальна 0» . F»=.U»/цй. За фиксированный (p3 пульсов. - :::..: ..-:,:.:.. -: .: интервал времени То с помощью F» получаИзасестны Ацп, а которых проыеиттточ-: ется резуяътат преоораэоаания ное:преобразование выполняется с по-: мощью преобразователя- напряженйят в . . < Т, То частотоу ПНЧ, использующего компенса- . ", " q R цию зарядас интегрирующего конденсатора.
В них ПНЧ содержит интегратор, который Среди этих АЦП повышенными точновыполнен на операционном усилителе с стью и быстродействием обладают преобраконденсатором в обратной связи и с вход- эователй, в которых изменение q u R не ными резисторами. для преобразованйя влияет.на Х благодаря выполняемой коррекпреобраэуемого 0» и встроенного эталонно-: ции с минимхвльйымй дополнительными загонапряжений.Изпоследнегоформируется тратами времени по сравнению с То.
3 1748253 4
Например, выпрлняется цифровая коррек- ется шиной "Пуск", а ".1"-выход соединен с ция результата преобразаванйя, для этого входами установки в исходное состояние измеряется период 4 частоты Ро при преоб- первого и второго триггеров, "0"-вход поразовании ПНЧ опорного напряжения Uo. следнего из которых соединен с выходом
Полученная величина 4 используется для 5 второго элемента И, второй одновибратор, коррекции результата Х. "0"-выход которого соединен с первым вхоБолее высокие характеристики имеет дом девятого элемента И, второй. вход котоАЦП, в котором. как и в преобразователе, в рого подсоединен к "1"-выходу второго котором выполняется цифровая коррекция триггера, а выход является шиной ТотовХ, кроме того, выполняется дополнительная 10 ность", третий одновибратор, вход которого . коррекция Х с меньшим квантом и устраня- . соединен с выходом первота элемента И, а ются дополнительные погрешности при вы- выход- с вторым входам первого элемента полнении временногоквантования. ИЛИ,. четвертый одновибратор, десятый
Обладая повышенной точностью и не- элемент И, третий и четвертый элементы значительными дополнительными затрага- 15 ИЛИ, йри этом выход последнего подсоеди- ми па сравнению с То, этот. АЦП имеет нен к входам установки иСходного состояпреимущество при использовании благада- ния первого и четвертого Счетчиков, первый ря простоте его синхронизации и йачалу вход — к вйходу второго формирователя, преобразования без временйых задержек второй вход- к выходудесятога элемента И, по импульсу пуска ега в работу.. 20 первый вход которого через четвертый ад- .
АЦП содержит преобразователь напря- новибратор соединен с вторым входом и жения в частоту импульсов, первый вход абьедйненсвьиодомпервогоодновибратокоторого соединен с общей шийай, выход — ра, с "1"-входом третьего триггера и с третьс первыми входами первого элемента ИЛИ. им входом первого элемента ИЛИ, выход и первого, второго и третьего элементов И, 25 которого соединен с входом первогоформиа второй вход-с выходом первого переклю- рователя импульсов, а четвертый вход — с чателя, первый и второй ийфармационйые входом второго одновибратора, с первым входы которого являются соответственно входом седьмого элемента И, с вторым вхо- первой и второй входными инфармациан- дом четвертого элемента И и с "1"-выходом ными шинами, а вход управления подклю- 30 третьего триггера, "0"-выход которого под чен к "1"-выходу первого триггера ; соединен к первому и второму входам соот"0"-выход которого соединен с йервыми-:" ветственно одиннадцатого и BTopgfo входами четвертого и пятого элементов И, а элементов И, "0"-вход - к "1"-входу второго, "0"-вход- с выходам переполнения первого триггера и к выходу третьего элемента ИЛИ, счетчика, счетный вход которого падсаеди- 35 входы которого соединены с выходами нен к выходу генератора импульсов, а выход третьего и четвертого элементов И, третий первого старшего разряда — к второму входу вход первого йз них соединен с первым вхопятого элемента И, третий вход котарага дом последнего и с вторыми входамй седьсоединен с "0"-выходом второго триггера; а. маго и одиннадцатого элементов l4; третий выход соединен с первым старшим разря- 40 вход последнего йодсоединен к "0"-выходу дам второго счетчйка, с входами управле- второго триггера, а выход- к входуустайов ния вычитанйем второго и третьего ки исходного состояйия третьего счетчика, счетчиков, входы установки в исходное со- выходы разрядов котОрого и старшие разря- . стаяние которых абьединены, входы Млад- ды второго счетчика служат выходными шинаших разрядов второго счетчика соединены 45 ми, второй вход третьего элемента И с выходами шестых элементов И; а ега вы-, соединен с выходам перейолнения первого хад йереполнения соединен с первым вхо- счетчйка, выходы младших разрядов которого дам второго элемента ИЛИ, выход которага и,выходы разрядов четвертого счетчика под- соединен са счетным входом третьего счет- соединены к входам разрядов регистра, а
" чика; второй вход соединен с выходом седь- 50 счетный вход - к второму входу первого злемого элемента И и обьединен с входом мейта И и к входу умйожителя. импульсов, распределителя импульсов, выходы разря- выход которого соединен с первым входОм дов которого соединены c ïåðàûìè входами восьмого элемента И, второй вход которого шестых элементов И, а также регистр",вход через пятый одновибратар соединен с выхозаписи которого саединей с выходом перво- 55 дом ПНЧ, выходы разрядов регистра подсоего формирователя импульсов и абьединен с динены к вторйм входам шестых элементов входом второго формирователя импульсов, И, а вход генератора импульсов соединен с четвертый счетчик, счетный вход которого- - выходом второгоэлемента И. соединен с выходом восьмага элемента И, . В этом АКП, когда не выполняется препервый адновибратар, вход которого явля- образование Ох, ПНЧ преобразует опорное
1748253
flocTBBëåííàÿ цель достигается тем, что о Р од . в аналого-цифровой преобразователь, сокоторойтяпреобразуетсяспомощьючастоты держащий преобразователь напряжения в
f генератора импульсов в код nq f=n +n, Из частоту импульсов,: первый вход которого него выделяется величина n- tqf-n>, 5 соединен с общей шиной; выход — с первыкоторая с угчетом tq- — = — равна п1 о Й ми входами первого элемента ИЛИ и первого, второго и третьего элементов И, а второй
fqй: . вход — с выходом первого переключателя, Qp о ...::... первый и второй информационные входы, Величина и используется доля коррек- 10 которого являются соответственно-первой и ции разульЧата преобразования в процессе второй входными информационными шинаЦ, ....:. Ми, а вход управления йбдклюгчен к "1"-выподсчета MMtIynbcos N1 ПНЧ. fx= — " в те- ходу первого триггера, "0"-выход которого
Ц чение времени измерения To=No n,/f, соединен с первыми входами четвертого и
Nj-7<, F„. - . :- . .:::,... : 15 пятого элементов И, а "0"-вход — c выходом С КажДЫМ йМПгУЛЬгСтОМЯ1ВЕЛИЧИНа ХУРВоЕ- ПЕРЕПОЛНЕНйЯ" ПЕРВыОГО СЧЕтЧИКа, СЧЕтНЫй личивается на и/n, т.e., вход которого подсоединен к выходу гене . ратора ймпульсов, а выход первого старшеи - -: - .:" го разряда - к второму входу пятого, = 4 (1+ „ ) =.1О""(1 . и ) = 20 элемента И,третий входкоторогосоединен
U „": " R - U„.> ": о "О"-выходом второго триггера, а выходоо (1 + и 1 ) — 1 о единен с первым старшим разрядом второго счетчика", с входами управления вычитанием второго и "третьего счетчиков.
25 входы установки в исходное состояние котоц " ":. ..:.. ..:, - -;: . : - Рых объединены; входы младших разрядов где А= — — квант АЦП;.: .. - - :-:: - второгосчетчикасоединенысвхыходамишеNo в фб ми о внии N от à ения U в 30; элементов ИЛИ, выход KoTOPoto coeANHeH йая коррекция зарядов, которые учаСтвуют
ТЕЧЕНИЕ ВРЕМЕгНИ т От ПОСЛЕДНЕГО йМПУЛЬСа Со сЧ т"ы ВХОД
Е о нача а эа и т о пе во о РойвходсоедйнЕнсe
М „„Ч О -,, 45 ПЕРВОГО И ВТОРОГО ТРИГГЕРОВ, о0и-ВХОД ПОреобразова ие необ од ы до ол итель следнего из которы соединген с выходом
НЫЕ ЗатРатЫ ВРЕМЕНхИг На ИЗМЕРеНИе tq, i< и . ВТОРОГО ЭЛЕМЕНта И; ВтОРОй ОДНОВ"братор тн." Наибольшиег величины последних двух -выход котоРОго саед "ен с "ервым вхомогутдостигзть т,,чтоснижаетбыстродей- 50 Рого подсоединен к " "-выходУ втоРого ствие АКП и приводит к потери йнформации о величине О в этом интервале времени: ность",третий одновибРатоР, вход котоРого выход - с вторым входом первого элемента . при непрерывном преобразовании входно- соединен с вы ОДО пер ого э е е, а
55 ИЛИ, четвертый одновибратор„десятый го сигнала, Поэтому стоит задача уменbiiie; ния или полного исключения этих элемент И, третий и четвертый элементы пряжения в ток, второй и третий переключание быстродействия АЦП. тели., ключ, накопительный элемент, . Целью изобретения является йовышевыполненный на конденсаторе,.и токоогра. 1748253
8 ничивающий элемент на резисторе, вклю- но с входами младших и старших разрядов ченный между третьим входом преобразо- регистра. выходы разрядов которого являвателя напряжения в частоту импульсов и ются выходной шиной. а вторые входы шеспервым информационным входом второго тых элементов И соединены с выходами переключателя, второй вход которого сое- 5 разрядов четвертого счетчика. динен с выходами ключа и преобразователя Поставлейная цель достигается благонапряжения s ток, первый и второй входй даря тому, что дополнительные затраты врекоторого соединены соответственно с пер- мени тч, t» и tK, имеющие место в прототипе, вой входной информационной и общей ши- исключаются, а необходимые для коррекнами, последняя из которых подсоединена 10 ции результата преобразования замеры в к первому информационному входу третье- эти интервалы совмещаются с временем То
ro переключателя, второй информационный измерения входного сигнала. При этом инвход которого объединен с второй входной . формация о его величине в течение этих информационной шиной и информацион- интерваловвремейинетеряетсяиформируным входом ключа, выходы первого и второ- 15 ется соответствующий заряд. который учиго переключателей соединены через тывается при получении окончательного конденсатор, а их входы управления объе- результата преобразования. динены и соединены с выходом десятого На фиг, 1 приведена блок-"схема предлаэлемента И, первый вход которого подсое- гаемого АЦП; на фиг; 2 — временная диагдинен к" 1"-выходу первого триггера и к 20 рамма.его работы, первому входу третьего элемента ИЛИ,,а АЦП содержит входнйе информационвторой вход — к "0"-выходу первого одно- ные шйны 1 и 2 преобразуемого Ц и опорвибратора и к второму входу четвертого ного U< напряжений, шины 3 "Пуск" и 4 элемента И, выход которого соединен с "Готовность", выходную шину 5, преобразовходом управления ключа, "1"-выход пер- 25 ватель 6 напряжения в частоту импульсов, с вого одновибратора соединен с входом первого по третий переключатели 7-9, у ковторого одновибратора и с входом уставов- торых при наличйи сигнала на управляю- . ки в исходное состояние первого счетчика, щем входе первый вход соединен с вйходом счетный вход которого подсоединен к пер- и при его отсутствий второй вход соединен вому входу восьмого элемента И, второй 30 с выходом, ключ 10, у которого вход соедивход которого обьединен С третьим входом . нен с выходом npui отсутствии сигнала на.. первого элемента ИЛИ, с вторым входом выходеуправления,преобразователь11навторого элемента И и соединен с "1"-выхо- пряжения в ток, конденсатор 12, резистор
; дом второго триггера, "1"-вход которого 13, с первого по четвертый счетчики 14-17, объединен с входом установки в исходное 35 регистр 18, первый и второй триггеры 19 и. состояние четвертого счетчика, с входом 20, с первого по третий одновибраторы 21- .. синхронизации генератора импульсов и 23, четвертый одновибратор 24, первый и подключен к выходу третьего элемента И, . второй формирователи импульсов 25, 26, с второй вход которого соединен с выходом первого по пятый элементы И 27-31; группу. четвертого элемента ИЛИ, первый и второй 40 32 шестых элементов И, с седьмого по десявходы которого подсоединены соответст- тый элементй И 33-36, с первого по четвервенно к.выходу третьего одновибратбра и к тый элементы ИЛИ 37-40, распределитель
"0"-выходу первого триггера, "1"-вход кото- 41 и генератор 42 импульсов. рого объединен с "0"-входом второго триггера и с вторым входом третьего элемента 45 На фиг.2 обозначены; 43 и 44-импуль: ИЛИ, выход которого подсоединен к перво-. сы на "1"- и "0"-выходах соответствеййо одму входу седьмого элемента И, второй вход . новибраторов 21 и 22; 45 и 46 — сигналы на которого соединен с выходом йервого эле- "1"-выходах триггеров 19 и 20; 47- временмента ИЛИ, второй вход пятого элемента И ные интервалы работы элемента И 31: 48— через четвертый одновибратор соединен с 50 импульс переполнения счетчика 14; 49 — завходом синхронизации распределителя им- ряд на конденсаторе 12; 50 — импульсы на., пульсов, второй вход первого элемента И выходе ПНЧ6;51-53-импульсы навыходе.
-объединен с "0"-входом первого триггера. элементов И 33, 29 и 28; 54 —. временные
"0"-выход второго триггера подсоединен к интервалы работы распределителя 41; 55— входу первого формирователя импульсов, 55 импульсы формирователя 25; 56 — сигнал выход второго формирователя импульсов ответа шины4. соединен с входом установки исходного со-.. В АЦП шина 1 соединена с выходом стояния второго счетчика. выходы старших преобразователя 11 и с первым входом перазрядов которого и вйходы разрядов реключателя 7, шина 2 — с вторыми входами третьего счетчика соединены соответствен- последнего и переключателя 9 и информа1748253
10 ционн м входом ключа 10, шина 3 — с вхо- которых соединен с общей шиной и с втодом одновибратора 21, шина 4 — с выходом рым входом преобразователя 11, выход пеэлемента И 35, шина 5 — с выходами разря- реключателя 7 соединен с вторым входом дов регистра 18, входы разрядов которого ПНЧ 6, выход которого подсоединен к перподсоединены к выходам разрядов счетчика 5 вым входам элементов И 27, 28 и 29 и ИЛИ
16 и старших разрядов счетчика 15, входы 37, второй вход которого соединен через установки исходйогосоотояния этихсчетчи- одновибратор 23 с выходом элемента И 27 ков соединены с выходом формирователя и с первым входом элемента ИЛИ 40, а вы26, их входы управления вычитанием соеди- ход - с вторым:входом элемента И 33, пер нены с выходом элемента И 3! и с входом 10 вый вход которого подсоединен к выходу первого старшего оазряда счетчика 15, вхо- элемента ИЛИ 39, выход элемента ИЛИ 40
Ды младших разрядов которого йо@соеди- . соединен с вторым входом элемента И 29, а иены K выходам элементов И 32, а выход . выход одновибратора 22 подсоединен к перепблнения — к первому входу элемента первому входу элемента И 35.
ИЛИ 38, выход которого соединен со- счет- 15.. АЦП работает следующйм образом. ным входом счетчика 16, а второй вход —. с " По сигналу пуска шйнй 3 запускается выходом элемента И 33 и с входом распре- одновибратор 21, он с "1"-выхода.импульделйтеля 41, выходы которого подсоедйне- сом 43 устанавливает а исходное состояние ны к первым входам элеМентов И 32, а вход. "0" триггеры 19 и 20 и счетчик 14. C посинхронизации через одновибратор 24 — к 20 мощьо последнего и импульсов частоты выходу первого старшегс разряда счетчика генератора 42 формируется время Т изме14 и к второму входу элемента И 31; первый. рения входного йапряжения 4. 8 АЦП сои третий входы которого соединены с "0"- хранены соотношения между параметрами выходамй триггеров 19 и 20; которые объе- . . прототипа, Tp=Np/Fq, Fq- максимальная чадиненй соогветственно с йервйм и вторйм .25 стота ПНЧ 6 при преобраэовайии опорного входами элементов И 30 и ИЛИ 40 и с вхо- . напряжения в результате компенсации эта-домформирователя25, выходкоторого сое- лонного заряда q током Up/R за время . динен с входом формирователя 26 и входом ., 00 . записи регистра 18, вторые входы элемен-: г Я ч= R Я: = п0 Я тов И 32 соединены с выходами разрядов 30 костьстаршихимладшихразрядовсчетчика .счетчика 17, вход установки исходного со- 15, емкость Счетчика 16 равна Й, емкость с етчика 14 равна N п0 и Т вЂ” 0 -N n ратора 42, к "1"-входу триггера 20 и к выходу: ...: .: ...-,... Fq элемента И 29 а счетный вход — к вь(ходу - =-N, not, где t=1/f — временной квант АЦП. г элемента И 34, первый вход которого соеди- 35 . В течение. импульса 43 отсутствие сиг. нен с выходом генератора 42 и со счетйым ". нала с "0"-выхода одновибратора 21 запревходом счетчика 14, а второй вход — с треть-, - щает работу элементов И 30 и 36, на их им входом элемента ИЛИ 37, с вторыми вхо-, выходах сигналы отсутствуют. Поэтому в дами элементов И 28 и 35 и с "1"-выходом ключе 10 вход и выход закорачиваются и к триггера 20, "0"-вход крторого подсоедийен 40 ним подключается с помощью переключатек выходу элемента И 28, к второму входу лей 8 и 9 конденсатор 12, который, если элемента ИЛИ 39 и к "1"-входу триггера 19, имел заряд 49, разряжается.
"1"-вйход которого соединен с первйми - После окончания импульса 43 сигнал с входами элементов И 36 и ИЛИ 39 и с вхо- . выхода элемента И 30 разъединяет вход и дом управления" переключателя 7, "0"-вход 45 выход ключа 10 и кондейсатор начинает за— с выходом переполнения счетчика 14 и с ряжаться током Ux/R, сформированным вторйм входом элемента И 27, входы уста- . преобразователем 11, который, например, ноьки исходного состояния триггеров 19 и может быть вйполнен d виде эмиттерного
20 соединейы с одноименным входом счет- повторителя или на осйове операционного чика 14. с входом одновибратора 22 и с 50 усилителя стоковым выходным элементом.
"1"-выходоМ одновибратора 21, "О"-выход . Co снятием импульса 43 начинается
", которого подсоединен квторым входамэле- подсчет импульсов f в счетчике 14 до его ментов ИЗОи36, выходы которыхсоедине-;. переполнения (импульс 48) по истечении ны с входами управленйя соответственно . времени Т0. ключа 10 и переключателей 8 и 9„выходы 55 Отсутствие сигнала 45 на входе управпоследних соединены через конденсатор ления переключателя 7 обеспечивает под12, второй вход первого — с выходами пре-.. ачу напряжейия 00 на вход ПНЧ 6, который образователя 11 и ключа 10. а первые входы формирует импульсы 50. Первый из них про— соответственно через резистор 13 с треть- ходит через элемент И 29, работа которого им и с первым входами ПНЧ 6, последний из разрешена сигналом с "0"-выхода триггера
1748253
19,щашедшимчвреээлвментИЛИ40, Вы- руются импульсы 50 с частотой F,= кодлой импульс о2 клементе 29 устенеели- Ix+ Ic сеет е неладное состолние счетчик 17, q
СИНХрОМИЗ7Ирувт НанаЛО ОЧЕрЕдНОГО ИМГ уЛчЬ- В течение времени действия сигнала 45, са f генератора.42 и убтанавливавт В "1" 5 который снимается с окончанием Т42, ПНЧ 6 триггер 20. Его выходной сигнал 46 разов; сформирует й» импульсов, т.е. М» зарядов q шэет работу элементов И 28, 34 и 35, a будетскомпенсированозарядзмиотО»иос. снятие-сигнала с его "0"-выхода зайусквтет: Последний будет полностью передан в конформирователь 25; который запускает фор- денсатор ПНЧ 6 за время до полного разря мирователь26.устанавливающий исходное 10 да конденсатора 12 через резистор 13.
СостоЯние в СчьВФчиках 15 и 16.:... -, ПаРаметРййоследнитх выбиРаютсЯ из УслоСйгнал46будетдействопватьпдокпоявле- вия обеспечения их.постоянной времемчи, мия второго импульса 50, который проходит значительно меньшей Т ; После разряда через элемент И 28 и устанавливает импуль- конденсатора 12 ПНЧ 6 будет преобразовы. сом53 в "0" триггер20.:.: . - .. 15 вать в частотуток1», Поэтому можно запиЗа время tq действия сйгнала 46 в ПЙЧ сать уравмейие:
6 заряд q компенсируется до нуля током:: : U» . ) . U„ 4а- — .-т1- ч +4.- —. о
U>/R. т.е. q- - - tq. Длительность tq преобЯ .,: ..........: .. или
РЕЕУЕтое Е:КОД ЛЧ С ПОМОсЩЬЮ СЧЕтЧИКЕ 17 И 20 . „Uc Тч импульеов тенереторе 42, которые. Ilpoxo .. " q R дят через элемент И 34 в течение tq ма его: В АЦП выполняется опережающий подвход..:;:::,: —: -:...:,.; -" .:.: счет импульсов N» счетчиком 16. т;е. сначала
При номинальном значейии qo длитель- подтсчйтывается импульс 53, который прохоность ь будет-равна т42, которой соответст- 25 дит через элементы ИЛИ 39, И 33 и ИЛИ 38 вует код М уп4» при преобразований с на вход счетчика 16, а послчеднйй импульс s помсотщью импульсов 1(т 1-N О ПРИВ6ДИпт К ВЕЛИЧИНЕ ПЧ.*1 4+П-МОП2+Пь. НИжв. Придальнейшемпреобразованиибудвт ..:,, С кйкдым импульсом й», котторый проиФпользовэнэ величина и, поэтому емкость 30 ходит на вход..счетчика 16 от ПНЧ 6 через сччвттчйка17выбирэеттся сучком мэксйумаль- элементы ИЛИ 37 и И 33, работа которого мой величины и, наличиестаршипхч разрядов, разрешена сигналом 45, прошедшим через где находйлась бы величина N>np, не требу- элемент ИЛИ 39, запускается распределивтся .::: . .. -::; ." ":. .: тель ймпульсов 41. На егО выходах поСлвдо3а время сйгнала 46 получены величины, 35 ватвльно -во: времени будут возникать кода пс и заряда q .. ...., импульсы, которые йроходят через элементы И 32, имеющие на вторыхт входах сигналы Ue No по+ й, . "1" c выходов разрядов сЧеФчика 17, хранят = В - .. f щего код и, Импул:ы с выходов элементов 40 И 32 постутпэют на счетные. входы младших а за время после начале Т у. равного (tt+tq),: разрядов счетчика 15. Зэ время работы раса конденсаторе 12 накопился заряд . - првделителя (интервалы времени 54) благодаря этим импульсам в счетчике 15. U»: + ": . выполняется поразрядное суммирование 45: кода и с хранящимся в нем кодом. Счетчики 15 и 16 объединенй через элеПо импульсу 53 сигнал 46 трйггера 20 ментИЛИ38. поэтомувэтомобьедименном снимается -и устанавлиiaefcs сйгнал 45 . счувтчйке15и16, еслиаес младшего разряда триггера19.Понемуспомпощьюпереклютча-,: равен единице, f0 вес младшего разряда теля 7 к ПНЧ 6 подключается напряжение 50 счетчика 16 будет равен Non42, т.е. величине, U», a с помощью переключатчвлей 8 и 9 ком- равной емкости счетчика 15. C учетом этого денсатор 12 вклютчается между общей им-: при суммировании N» и п в обьединенном мой и резистором 13, который подключен к счетчике 15-16 будет обрэзовычваться велизходу операционного усилителя ПНЧ 6. К чина этому входу подключены вмутрвнмие для 55 Й М»й п< +Й»п42. ПЙЧ итмтегрирующий конденсатор и вход- С.окончанием Т импульс 48 установит - мой резистор, с помощью котораго U» прв- в "0" триггер 19, сигнал 45 снимается и пеобраэуется в ток I»-U»/R, Этот ток и ток tc, от:реключэтели 7. 8 и 9 осуществляют подклюкомденсатора 12 компенсируют эталонный чвние напряжения Uo к ПНЧ 6 и заряд q ПНЧ 6, на выходе которого форму- конденсатора 12 между шиной 2 и выходом 1748253 14 преобразователя 11. В ПНЧ 6с этого момен- запретит прохождение (снятие) сигнала с та компенсирующий ток Ix изменен на 4- выхода элемента ИЛИ 37 и тем самым искUo а, е 12 лючит подсчет последнего импульса й» счетчиком 16. Временной интервал 1н будет ся током Цх/R. 5 отсутствовать, как показание на фиг. 2 для Если последний из N» импульсов не сов- второго такта То и второго импульса 48, и пал с окончанием То, то в ПНЧ 6 выполнена сразу начинает формироваться временной частичная компенсация зарядво током I»äo. интервал tq, в течение которого заряжается окончания То с образованием заряда q», а конденсатор 12. затем эта компенсация заканчивается то- 10 Коррекция результата преобразования ком 1О, но уже в следующем такте формиро- на рйо не выполняется, и преобразование ва н ия Т . Для учета величина о» заканчивается. длительность временного интервала t
1-такте To) преобразуется в код p=tji.1р с rio- 15 6 компенсация заряда (й»+1)о зарядом от U. мощью частоты импульсов fp f/No, снимае- в течение То и зарядом q». Поэтому уравнемой с выхода переполнения первого ниеэтойкомпенсациизарядоввПНЧ6пристаршего разряда счетчика 14. Использова-, О» ние для этих целей частоты f нецелесооб- ": R разно, т.к. в этом случае получаемая 20 величины q получим: разреша©щая способность намного будет большетдостижлимой точности измерения т1i. („L4 0„, R f Выделение временного интервала тц 47 R R " j U (N, n + n ) осуществляется с помощью элемента И 31 по сигналам с "Ом-выходов триггеров 19 и 20. 25 О, Через элемент И 31 проходят импульсы 1р . (И 1 + т" ) й, и, + и йа счетный вход первого старшего разряда счетчика 15 и на входы управления вычита- Используя величины (й»+1), р и р и поднием счетчиков 15 и 16. За время и число ставив их в й,, получим значение этого . этих имйульсов будет равно р=М.fp и они 30 кода B счетчике 15 — 16 будут уменьшать код йс в счетчике 15-16, й,1вычитаясь из нето с весом йб. (.)„ f 0» Импульс 50: ПНЧ 6, соответствующий (ц о о о второму или1импульсу 52, по KQTopQl4$ за Код N<) представляет собой результат кончйлся временной интервал t
Поэтому с окончайием t
Код Хр передается по шинам 5, а о готовноимпульса 50, обеспечивая его окончание по- 55 сти информирует сигнал 56 по шине 4 с сле снятия сигнала 45. Последний импульс выхода элемента И 35, работа которого разй» пройдет через элемент И 29, т.к. сигналешается сигналом 44 с "0"-выхода однос выхода одновибратора 23 прошел через вибратора 22. В первом такте То после импульса 43 сигналы 44 и 56 отсутствуют, т.к. преобразование только начинается. Все установит в "1" триггер 20. Его сигнал 46 — — последующиЕ аа лереым такты Тл работы 1748253 Р АЦП выполняются без промежутков между го, второго и третьего элементов И, а второй ними, которые требовались в прототипе для вход — с выходом первого переключателя, выполнения коррекции результата преобра- первый и второй информационные входы зования и оценки времени tq с получением которого являются соответственно первой и величины и. 5 второй информационными шинами, а вход Таким образом, потерй времейи до и управления подключен к "1"-выходу первопосле То. имеющие место в прототипе, в готриггера, "О"-выход которого соедйнен с данном АЦП исключены и тем самым повы- первыми входами четвертого и пятого Элешено его быстродействие. Этому способст- ментов И, а "0"-вход с выходом переполне- . вуеттакже свойство АЦП, состояцее в том, 10 ния первого счетчика, счетный вход что его работа при вйешном запуске начи- которого подсоединен к выходу генератора . нается без задержек и независимо от one- импульсов, а выход первого старшего разраций и моментов времени в выполняемом ряда — к второму входу пятого элемента И, такте его работы. -: третий вход которого соединен с "0"-выхоПри реализации АЦП необходимо учи- 15 дом второго триггера, а выход соединен с . тывать, что счетчики 14 и 17, триггеры 19 и первым старшим разрядом второго счетчи-. 20, элементы И 27, 28, 29, 30,34, 36 и гене- ка, с входами управления вйчитаййем вто.ратор 42 должны работать на высоких час- рого и третьего счетчиков. входы установки тотах и для исключения временных а исходное Состоянйе которых объединейы. задержек, которые могут привести к допол- 20 входы младших разрядов второго счетчика нительным ошибкам, их необходимо выпол- соеднены с выходами шестых элементов И, нять на быстродействующих интегральных а его выход nepenîëíåíèÿ соединен с персхемах, например, серии 100 или 500. Необ- . вым вхоДом второго элемента ИЛИ, выход ходимость этого применения зависит от ко- которого соединен со счетным входом личественных величин То, Fq, Np и пс;. Так, 25 третьего счетчика, второй вход соединен с если Т;-20 мс; Fq=25 кГц; Np=Z; np=2; то выходом седьмого элемента И и объединен 9. f=200 мГц, что требует применения интег- с входом распределителя импульСов, выхоральных схем этих серий, -, - . :.: — ды разрядов которого соединены спервыми Наличие вАЦПрежима коррекциизаря- входами шестых элементов И, а также редов, меньших q, с квантами, по величине в 30 гистр, вход запйси которого соединен с вы-по раз меньшими периода максимальной ходомпервогоформироватЕляимпульсовй частоты Fq работы ПНЧ, позволяет перерас- обьединен с входом второго формирователя пределить величины Fq, Np и и,, т.е. устано- . импульсов, четвертый счетчик, счетнйй вход . вить более низкую частоту Fq, снизив . которого соединен с выходом восьмого элезначение Np, но увеличить и, чтобы оста- 35 мента И, первый одновйбратор, вход кото вить без изменения точность преобразова-: poro является шиной "Пуск", а "1"-выход ния. Это, в свою очередь, позволяет соединен с входами установкй в исходное уменьшить частоту f генератора. :: " : состояние йервого и второго григгеров, "0"Так, при уменьшении Fq до 10 кГц, что вход последнего из которых соединен с выпри сохранении Tp=20 мс приведет к уста- 40 ходом второго элемента И. второй новлению величин Np > 200 и но >40, мак- одновибратор, "0"-выход которого соедисимальная частота генератора может бйть нен с первым входом девятого элемента и, снижена до 80 мГц. В этом случае при реа- второй вход которого подсоединен к "1"-вылизации АЦП упомянутые элементы могут ходувтороготриггера,авыходявляетсяшибыть выполнены на интегральных схемах с 45 HQA Готовность", третий одновибратор, меньшим быстродействием, например, на - вход которого соединен с выходом первого схемах серии 530или 555.:: ::.::" элемента И, а выход - с вторым входом Все это показывает; что при реализации первого элемента ИЛИ, четвертый одновиб- . в АПЦ будет сохранена точность прототипа, ратар, Десятый элемент И, третий и четвер устранены его недостатки и будет повыше- 50 тый элементы ИЛИ; о т л и ч"а"ю щ и и C я но быстродействие за счет исключения до- тем, что, с целью повышения быстродейполнительных затрат времени по ствия, в него введены преобразователь сравнению с временем измерения входного напряжения в ток. второй и третий перенапряжения,: .. ключатели, ключ, накопительный элеФ о р м у л а и з о б р е т е н и я . 55 мент, выполненный на конденсаторе, и Аналого-цифровой преобразователь, токоограничивающий элемент на резистосодержащий преобразователь напряжения ре, включенный между третьим входом прев частоту импульсов, первый вход которого образователя напряжения в частоту соединен с общей шиной, выход — с первы- импульсов и первым информационным вхоми входами первого элемента ИЛИ и перво- дом второго переключателя, второй входко17 1748253 18 торого соединен с выходами ключа и пре- ходное состояние четвертого счетчика, с образователя йапряжения в ток, йервый и входом синхронизации генератора импульвторой входы которого соединены соот- сов и подключей к выходутрвтьего элемента ветственно с первой входной информацй- И, второй вход которого соединен с выхо.-онной и общей шинами, последняя йз 5 дом четвертого элемента ИЛИ, первый, и . которйх подсоединена к первому инфор- второй входы которого подсоединены соотмационному входу третьего переключате- ветственно к выходу третьего одновибратоля . второй информационный вход ра и к "0"-выходу первого триггера, "1"-вход которого объединен с otopoA входйой йн- которого объединен с "0"-входом второго формационной шиной и информацйонным 10 триггера и вторым входом третьего элеменаходом ключа, выходы первого и второго . та ИЛИ, выход которого подсоединен к riep- переключателей сосдиненй через конден- вому входу седьмого элемента И, второй сатор, а их входы управления объединены и вход которого соединен с выходом первого соединены с выходом десятого элемента И, элемента ИЛИ. второй вход пятого элемента первый вход которого подсоединен к "1,"- 15 И через четвертый одновибратор соединен выходу первого триггера и к первому входу с входом синхронизации распределителя третьего элемента ИЛИ; а второй вход — к импульсов, второй вход первого элемента И "0"-выходу первогоодновибратора и второ- объединен с "0"-входом первого триггера, му входу четвертого элемента И, выход ко- "0"-вйход второго триггера подсоединен к торбгО соединен с входом управления 20 входу первого формирователя ймпульсов, ключа, "1"-выход первого одновибратора выход второго формирователя импульсов сьединей с входом второго одновибратора соединен с входом установки исходного со и входом установки в исходное состоянй6 стояния второго счетчика, вЫходы старших первого счетчика. счетный вход которого разрядов которого и выходы разрядов подсовдинен к первому входу восьмого эле- 25 третьего счетчика соединены соответственмента И, второй вход которого объединен с íî с входами младших и" старших разрядов третьимвходомпераогоэлемейтаИЛИ,вто-, регистра, выходы разрядов которого являрым входом второго элемента И и соединен " ются выходной шиной,.а вторые входы шесс "1"-выходом второго триггера, "1"-вход ко- . тых элементов И соединены c "âûõîäàìè торого объединен. с входом установки в ис- 30 разрядов четвертого счетчика. 1748253 ф7 Составитель Л. Лукьянов Редактор M. Циткина Техред М.Моргентал . Корректор Л. бескид Заказ 2511 Тираж -;:..: .. : Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР ., 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
