Схема интегратора с частотной модуляцией

 

Изобретения относятся к области измерительной техники и могут быть использованы в интегрирующих схемах с частотной модуляцией. Техническим результатом является повышение точности. Интегрирующая схема, содержит средство для частотной модуляции входного сигнала и выработки модулированного сигнала, состоящее из запоминающего средства и коммутационных конденсаторов, и интегрирующее средство, содержащее усилитель и интегрирующий конденсатор. Аналого-цифровой преобразователь сигма-дельта содержит интегрирующую схему, компаратор, мультивибратор и схему ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ. Схема умножителя содержит два преобразователя сигма- дельта. Электроизмерительное устройство содержит схему умножителя. 4 с. и 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

Настоящее изобретение относится к интегрирующей схеме с частотной модуляцией сигнала, включающей в себя средство для частотной модуляции входного сигнала и интегрирующее средство, содержащее усилитель и интегрирующий конденсатор, коммутационно подключенный ко входу и выходу усилителя.

В интегрирующих цепях могут возникать проблемы, связанные со сдвигами напряжения по входу усилителя. Модуляция частоты или "прерывание" каждого сигнала - это один из хорошо известных способов устранения влияния этих сдвиговых напряжений. Обычно полярность входного сигнала на усилителе модулируется накладываемым частотным или "прерывистым" сигналом в виде квадратной волны, так что входной сигнал накладывается поочередно с положительной или отрицательной полярностью. Модулированный сигнал и какое-либо сдвиговое напряжение интегрируется и затем выходной сигнал демодулируется, например, посредством логической схемы, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, синхронизированной частотным сигналом. Этот демодулированный сигнал содержит постоянный сигнал, соответствующий интегрированному входному сигналу, накладываемому со смещенным шумовым сигналом, имеющим частоту прерывистого сигнала. Смещенный сигнал может затем быть устранен посредством фильтрации композитного сигнала через фильтр, имеющий высокую частоту среза ниже частоты прерывателя.

Такие способы модуляции используются, в частности, в аналого-цифровых преобразователях сигма-дельта, в которых опорное напряжение переменного знака суммируется с входным напряжением и интегрируется, выходной сигнал интегратора подается на компаратор, а выходной сигнал компаратора подается в обратном направлении для контроля полярности опорного напряжения, причем полярность опорного напряжения выбирается таким образом, чтобы имела место тенденция приведения выходного сигнала интегратора к нулю. Такие преобразователи хорошо известны в этой области и описаны, например, в патентах США 3659288, 4009475 и многих других.

Работа таких устройств общеизвестна. Частотная модуляция, при которой полярность входного напряжения дополнительно изменяется, также известна для указанных схем и описана в патенте Франции 2570854, согласно которому входное напряжение выбирается посредством размещения коммуникационных конденсаторов, при этом полярность входного напряжения изменяется согласно последовательности используемого переключения конденсаторов.

Частотная модуляция в интегрирующей схеме, включающей в себя усилитель и конденсатор, приводит к конкретной проблеме, связанной с интегрирующим конденсатором. Когда сигнал интегрируется, заряд на интегрирующем конденсаторе возрастает. Если затем полярность входного сигнала меняется на обратную, то есть посредством частотно-модулированного сигнала, интегрирующий конденсатор будет заряжаться в направлении, противоположном зарядке нового входного сигнала и нового выходного сигнала усилителя. При этом в интегрирование вводится ошибка. Для того, чтобы снять проблему "памяти" интегрирующего конденсатора, полярность заряда в интегрирующем конденсаторе также следует изменить на обратную во время реверсирования входного сигнала, то есть так, чтобы интегрирование могло продолжаться от той же самой точки, но с зарядом на интегрирующим конденсаторе, измененным на обратный, с тем, чтобы отразить изменение полярности входного сигнала.

Обычно указанное изменение полярности интегрирующего конденсатора на обратную выполняется посредством простого коммутационного соединения при интегрирующем конденсаторе, при этом соединения с каждой пластиной интегрирующего конденсатора изменяются на противоположные в то же самое время, когда происходит изменение полярности входного сигнала. Однако подобная традиционная система имеет два больших недостатка. Во-первых, отключение интегрирующего конденсатора, подсоединенного между входом и выходом усилителя, приводит к тому, что до тех пор, пока конденсатор не будет подсоединен снова, усилитель находится в состоянии разомкнутой петли, то есть в этом случае разорвана цепь обратной связи между входом и выходом. При этом опасность насыщения усилителя становится значительной.

Второй недостаток, связанный с простым реверсированием конденсатора, касается неоднородности зарядов, хранящихся на каждой пластине конденсатора. Это проблема стоит особенно остро в том случае, когда компоненты интегрирующей схемы сконструированы с использованием технологии для КМОП-структуры, при которой интегрирующий конденсатор будет содержать верхнюю и нижнюю пластины, расположенные над общей подложкой. Наряду с электрической емкостью между двумя пластинами электрическая емкость также будет иметь место между каждой из пластин и подложкой.

Величина этих паразитных емкостей будет зависеть от расстояния между пластиной и подложкой, так что паразитная емкость для нижней пластины будет значительно больше, чем для верхней пластины.

Обычно в большинстве случаев паразитная емкость нижней пластины будет составлять порядка 10% от общей емкости конденсатора (то есть от пластины к пластине), в то время как паразитная емкость верхней пластины будет составлять порядка 1% емкости конденсатора от пластины к пластине.

Такая асимметрия между верхней и нижней пластинами конденсатора приводит к весьма существенным ошибкам при переключении интегрирующего конденсатора между разными положениями, поскольку заряд, аккумулированный паразитной емкостью нижней пластины, при подсоединении к выходу усилителя будет инжектироваться в емкость от пластины к пластине, когда нижняя пластина переключается для подсоединения ко входу усилителя с более высоким полным сопротивлением.

Альтернативный способ изменения заряда на обратный в интегрирующем конденсаторе - это способ, описанный в статье "Аналого-цифровой преобразователь с КМОП-структурой для 16 бит, работающий на низком напряжении", Дж. Роберт и др. IEEE журнал твердотельных схем, том SC-22 N 2, апрель 1987. Схема, описанная в этой работе, содержит усилитель и интегрирующий конденсатор, а также подсоединенный между входом усилителя и входными сигналами коммутационный конденсатор, используемый для выборки и передачи входных сигналов к усилителю.

В случае обычных коммутационных конденсаторных схем функция коммутационного конденсатора заключается в управлении полярностью сигналов, поступающих на усилитель, то есть для изменения на обратную полярности сигналов на входе, если это требуется, при этом коэффициент усиления, обычно настраиваемый на единицу, определяется отношением емкостей интегрирующего конденсатора и коммутационного конденсатора.

В случае способа, описанного в вышеуказанной публикации, коммутационный переключатель также используется для реверсирования заряда интегрирующего конденсатора во время реверсирования входного сигнала при модуляции. Используются три этапа работы. На первом этапе выход усилителя в указанный момент подключают к коммутационному конденсатору. На втором этапе интегрирующий конденсатор разряжается, на третьем этапе заряд с коммутационного конденсатора передается на интегрирующий конденсатор, так что интегрирующий конденсатор заряжают с обратной полярностью.

Хотя данная схема решает проблемы расположения усилителя в разомкнутой петле, она все же имеет ряд недостатков. В частности, отношение емкости интегрирующего и коммутационного конденсаторов определяет как коэффициент усиления, так и заряд, перемещенный в течение операции реверсирования. Это означает, что, во-первых, отношение, а следовательно, и коэффициент усиления, должны фиксироваться на единице, чтобы обеспечить надлежащий переход заряда интегрирующего конденсатора. Кроме того, проблемы, связанные с паразитными емкостями, все еще будут возникать, а двойная функция коммутационного конденсатора делает их компенсацию затруднительной. Далее, этой системе присущ еще один недостаток, заключающийся в том, что требуется относительно большое количество операций для реверсирования заряда на конденсаторе, включая стадию разрядки интегрирующего конденсатора перед переходом заряда с коммутационного конденсатора на интегрирующий конденсатор.

Настоящее изобретение отличается тем, что схема дополнительно содержит запоминающее средство наряду с некоторыми коммутационными конденсаторами, если они имеются, связанными с модуляцией входного сигнала, при этом запоминающее средство подсоединено с возможностью переключения между входом и выходом усилителя параллельно с интегрирующим конденсатором и с возможностью сохранения заряда, связанного с напряжением на выходе усилителя, и переноса заряда на интегрирующий конденсатор, с целью обеспечения реверсирования заряда интегрирующего конденсатора синхронно с частотной модуляцией входного сигнала.

Использование дополнительного запоминающего средства параллельно интегрирующему конденсатору позволяет решить проблемы обычных систем, связанные с использованием усилителя в режиме разомкнутой петли. Кроме того, использование функционально специализированного запоминающего средства в дополнение к коммутационным конденсаторам (если они имеются) позволяет сделать определенный выбор запоминающего средства, с тем чтобы обеспечить наилучшее согласование с интегрирующим конденсатором, и, в случае использования также и переключающего конденсатора, обеспечить возможность требуемой настройки усилителя, при которой коэффициент усиления превышает единицу.

В предпочтительном варианте осуществления запоминающее средство фактически имеет двойную емкость интегрирующего конденсатора, при этом схема может действовать так, чтобы заряжать запоминающее средство одновременно с пластиной интегрирующего конденсатора, подсоединенной к выходу усилителя, и затем осаждать этот заряд, фактически соответствующий удвоенному заряду интегрирующего конденсатора, на другую пластину интегрирующего конденсатора, с тем чтобы эффективно изменить знак конденсатора на обратный.

Добавление заряда, представляющего собой двойной заряд интегрирующего конденсатора, но с противоположным знаком, приводит к тому, что конденсатор принимает противоположный знак. При этом обеспечивается весьма простой и эффективный способ инвертирования интегрирующего конденсатора, так что напряжение на выходной пластине интегрирующего конденсатора сразу же согласуется с напряжением на выходе усилителя после инверсирования входного сигнала. В частности, проблемы, связанные с большим количеством стадий для осуществления инверсирования конденсатора в схеме Робертса, решаются в том случае, когда отсутствует требование обеспечения повторной настройки для разряда интегрирующего конденсатора.

Предпочтительно, чтобы интегрирующий конденсатор был подсоединен на клеммах усилителя таким образом, чтобы пластина конденсатора, имеющая наибольшую паразитную емкость, подсоединялась к выходу усилителя. Например, интегрирующий конденсатор может содержать конденсатор с КМОП-структурой, в которой нижняя пластина подсоединена к выходу усилителя, а верхняя пластина - к его входу.

В усилителе, условия которого приближаются к идеальным, выход может быть представлен источником тока с низким сопротивлением, а вход - нагрузкой с бесконечным сопротивлением. Большая часть усилителей приближается к таким характеристикам, в частности операционные усилители. Описанная компоновка интегрирующего конденсатора сводит к минимуму влияние паразитных емкостей, поскольку большая паразитная емкость всегда соединяется с источником тока. Следовательно, любые остаточные заряды, остающиеся после инверсии конденсатора, будут быстро нейтрализованы источником тока. При использовании дополнительного запоминающего средства для инвертирования конденсатора, вместо изменения соединений конденсатора, как в обычных системах, большая паразитная емкость интегратора может быть постоянно соединена с выходом, что позволяет избежать инжектирование нежелательного заряда, которое имеет место, когда паразитная емкость внезапно располагается на входе с высоким сопротивлением в обычных системах. Влияние пониженной паразитной емкости, постоянно подсоединенной ко входу усилителя, обычно минимальное. Такая схема соединения интегрирующего конденсатора не предлагается ни в одной из известных систем, включая рассмотренную выше схему Робертса.

Предпочтительно, чтобы запоминающее средство содержало конденсатор, в котором пластина запоминающего конденсатора, имеющая наименьшую паразитную емкость, имела возможность попеременного соединения с входной и выходной пластинами интегрирующего конденсатора, а другая пластина запоминающего конденсатора соединялась с землей или чем-либо эквивалентным.

Выполняемое таким образом соединение пластины, имеющей наинизшую паразитную емкость, с Землей, устраняет влияние больших ошибок, взаимосвязанных с запоминающим конденсатором, поскольку эта емкость не основана на переходе заряда. Это означает, что данное значение емкости запоминающего конденсатора от пластины к пластине будет в значительной степени соответствовать требуемой величине удвоенной емкости интегрирующего конденсатора. В качестве альтернативы или дополнения к данному утверждению, характеристика запоминающего конденсатора может быть выбрана такой, что основная емкость пластин запоминающего конденсатора совместно с паразитной емкостью пластины запоминающего конденсатора, подсоединяемой к входной и выходной пластинам интегрирующего конденсатора, представляют собой глобальную емкость с удвоенным значением интегрирующего конденсатора. В этом варианте осуществления только одна пластина запоминающего конденсатора когда-либо переносит заряд, так что никакой асимметрии не возникает. Использование для этой цели рассматриваемого запоминающего конденсатора, противоположное использованию коммутационного конденсатора, означает, что может быть выбрана характеристика запоминающего конденсатора, обеспечивающая оптимальный эффект.

В одном из вариантов осуществления частотная модуляция может быть выполнена компоновкой коммутационного конденсатора для инвертирования входного сигнала.

Изобретение распространяется на аналого-цифровой преобразователь сигма-дельта, включающий в себя такую интеграторную схему и, в частности, схему умножителя сигма-дельта, содержащую две схемы сигма-дельта, например, таких, которые показаны в патенте Франции 2570854, в котором один или оба преобразователя сигма-дельта включают в себя такой интегратор. Изобретение также распространяется на электрические измерения, при которых используется такая схема умножителя.

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительного примера выполнения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает обобщенную схему, в котором используется частотная модуляция входного сигнала для устранения сдвиговых ошибок; на фиг. 2 - традиционный преобразователь сигма-дельта, предназначенный для обеспечения частотной модуляции входных сигналов; фиг. 3 - заряд интегрирующего конденсатора без инверсии и с инверсией интегрирующего конденсатора (1 - без инверсии конденсатора; 2 - с инверсией конденсатора); фиг. 4 - конденсатор, сконструированный по технологии КМОП-структуры (1 - подложка); фиг. 5 - преобразователь сигма-дельта согласно варианту осуществления изобретения; фиг. 6 - диаграмма синхронизации коммутационного устройства, взаимосвязанного с преобразователем сигма-дельта согласно фиг 4.

На фиг. 1 представлен обобщенный вид схемы, например сигма-дельта схемы, включающей в себя частотную модуляцию. Сигнал Teh прерывателя добавляется ко входному сигналу Vin1 в точке 1 и комбинированный сигнал пропускается через сигма-дельта преобразователь 2, который включает в себя связанное с ним постоянное сдвиговое напряжение Voffset. Выходной сигнал демодулируется в точке 3 посредством вычитания того же самого сигнала прерывателя. Демодулированный сигнал в этой точке будет содержать преобразовательный входной сигнал, имеющий постоянную величину, и накладываемый смещенный шумовой сигнал, имеющий частоту сигнала прерывателя. Затем этот сигнал пропускаются через фильтр 4, имеющий частоту среза Fe в точке ниже частоты сигнала прерывателя, при этом выполняется фильтрация вне смещенного шума и обеспечивается сигнал, соответствующий преобразованному входному сигналу, без влияния смещения. Этот способ хорошо известен, поэтому нет необходимости в его более подробном описании.

На фиг. 2 представлена обычная преобразующая схема сигма-дельта, включающая в себя коммутационное конденсаторное средство для контроля полярности опорного напряжения на входе и для изменения поляризующего напряжения для осуществления частотной модуляции. Точнее, входной сигнал Vin и опорный сигнал Vref подаются через систему переключателей in, ref, ma, ch, dec и коммутационный конденсатор 10 на операционный усилитель 11 и интегрирующий конденсатор 14. Полярность сигнала, подаваемого на усилитель, зависит от порядка, в каком работают переключатели. Например, чтобы передать Vref с той же самой полярностью ко входу усилителя 11, ref и ch вначале замыкаются, чтобы разместить заряд, соответствующий Vref, на коммутационном конденсаторе 10. Затем ref и ch размыкаются, а dec и ma замыкаются, так что ma соединяется с Землей, и на входе усилителя 11 появляется заряд с той же полярностью, что у входного напряжения. Для передачи Vref с противоположной полярностью ref и dec одновременно замыкаются так, что заряд с противоположным потенциалом появляется на другой стороне конденсатора и на входе усилителя.

Такое реверсирование сигналов путем использования коммутационного конденсатора и взаимосвязанных с ним переключателей хорошо известно в данной области техники. Подобным же образом работа схемы сигма-дельта, показанной на фиг. 2 и предназначенной для управления полярностью опорного напряжения Vref с использованием коммутационной системы и в зависимости от синхронизированного выхода Q компаратора 12 и бистабильного мультивибратора 13, является традиционной операцией. Модуляция входного сигнала Vin управляется также изменением полярности входного сигнала посредством синхронизации переключателей. Демодуляция сигнала производится посредством схемы, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (не показана).

На фиг. 3 представлено влияние изменения полярности входного сигнала Vin в тех случаях, когда, во-первых, интегрирующий конденсатор 14 не реверсируется, и, во-вторых, когда интегрирующий конденсатор реверсируется. Если обратиться к самому верхнему рисунку, то в первый момент реверсирования, когда +Vin меняется на -Vin, напряжение Vint на выходе усилителя 11 находится в нулевой точке Vx. Реверсирование полярности входного сигнала Vin в этой точке цикла безреверсирования конденсаторного средства означает, что выходной сигнал интегратора, во-первых, должен быть очищен от остаточного заряда на интегрирующем конденсаторе, а затем должно быть осуществлено изменение конденсатора на ту же самую величину, что и во время инверсии, но с реверсированием полярности до того, как входной сигнал может быть интегрирован в точке, где он превысит опорное значение компаратора 12, с тем, чтобы контролировать вводимое Vref противоположной полярности. Как показано на верхнем рисунке(фиг. 3), если входное напряжение Vin снова реверсируется для возврата к положительному значению напряжения, эта точка не может быть достигнута в доступное время. Напротив, когда конденсатор 14 реверсируется в точке инверсии входного напряжения, интегратор будет начинать интегрирование при правильных начальных условиях, так что в результате получится выходной сигнал Q, правильно отражающий величину входного напряжения.

Как упоминалось выше, простое реверсирование конденсатора для устранения этой проблемы приводит к появлению двух дополнительных проблем. Во-первых, усилитель некоторое время находится в состоянии разомкнутой петли, когда конденсатор отсоединения, что увеличивает опасность насыщения усилителя. Во-вторых, реверсирование конденсатора вызывает проблемы, касающиеся паразитных емкостей, связанных с конденсатором.

На фиг. 4 показан конденсатор 13, выполненный с КМОП-структурой, содержащей верхнюю пластину 20 и нижнюю пластину 21, определенным образом удерживаемые по отношению друг к другу и по отношению к подложке 22. Наряду с емкостью между пластинами 20, 21, также существуют емкости между каждой пластиной и подложкой, а это приводит к тому, что конденсатор может быть смоделирован в виде единого конденсатора с двумя паразитными емкостями Cbot и Ctop. Вследствие близости нижней пластине 21 к подложке 22 нижняя емкость Cbot значительно более существенно, то есть составляет порядка 10% от C по сравнению с 10 для Ctop.

Если предположить, обращаясь к фиг. 2, что интегрирующий конденсатор 14 располагается таким образом, что его нижняя пластина подсоединена к выходу усилителя, то когда конденсатор реверсируется, нижняя паразитная емкость будет подсоединена к входу операционного усилителя 11. Как упоминалось выше, усилитель может моделироваться с эффективно бесконечным сопротивлением на его входе и источником тока на его выходе. Соответственно, соединение Cbot в высоким входным сопротивлением заставляет паразитный конденсатор инжектировать его заряд в основную емкость, вызывая ошибки при интегрировании.

Изменение полярности конденсатора на противоположное (то есть, из состояния, когда Ctop подсоединяется к выходу), не вызывает больших проблем, поскольку верхняя емкость Ctop инжектирует только небольшой заряд при подсоединении к входу усилителя, и поскольку любой заряд, аккумулируемый Cbot на входе, будет компенсирован источником тока на выходе усилителя.

На фиг. 5 представлен вариант осуществления настоящего изобретения, который позволяет устранить эти проблемы. Показанная схема сигма-дельта содержит коммутационный конденсатор 30 совместно со взаимосвязанными переключателями in, ref, ma, ch, dec, работающими как было описано выше, усилитель 31 и компаратор 32, а также синхронизированный бистабильный мультивибратор 33. Схема дополнительно содержит схему 34, исключающую ИЛИ, которая включает в себя один вход, подсоединенный к chop хронирования сигнала для демодуляции выходного сигнала. Схема также включает в себя интегрирующий конденсатор 35 совместно с запоминающим конденсатором 36, расположенным параллельно, как показано, имеющим удвоенную емкость интегрирующего конденсатора 35, а также имеющим взаимосвязанные с ним переключатели inv1 и inv2. Если обратиться к диаграмме хронирования, показанной на фиг. 6, то правильная последовательность фазовых импульсов 1,2,3,4 генерируется, например, микропроцессором (не показан). Переключатели in, ma, ref, ch, dec управляются микропроцессором относительно этих фаз, как и в обычных схемах.

В логическом выражении переключатели управляются следующим образом.

ref = 3.Q+4.Q ch = 1+3
dec = 2+4
Очевидно, in, ma управляются в зависимости от модуляции сигнала, определяемой переключателями chop, ma и ref далее управляемыми в зависимости от выходного сигнала Q, как и при обычной работе сигма-дельта схемы.

Если обратиться к последним двум графикам фиг. 6, то переключатели inv1 и inv2 также управляются для того, чтобы перенести заряд с целью изменения полярности интегрирующего конденсатора 35. Переключатель chop и модуляция входного сигнала переключаются в точке t=0. Переключатель inv1 замыкается в течение непосредственно следующего подцикла 4 хронирования с тем, чтобы зарядить запоминающий конденсатор 36 до напряжения Vint на выходе усилителя, то есть зарядить конденсатор 36 до величины 2C Vint. В последующем подцикле 1 переключатель inv1 размыкается, а переключатель inv2 замыкается с тем, чтобы осадить заряд 2С Vint в интегрирующем конденсаторе 35. Непосредственно перед этой операцией конденсатор 35 удерживал заряд + CVint. После того, как заряд с конденсатора 36 осаждается, интегрирующий конденсатор удерживает заряд -2CVint + C.Vint = -CVint то есть интегрирующий конденсатор эффективно "реверсируется" так, что напряжение конденсатора на выходе интегратора изменяется с +Vint на -Vint с тем, чтобы отразить изменение модулированного входного напряжения.

Как упоминалось выше, использование запоминающего конденсатора 36 обеспечивает возможность быстрого и простого реверсирования заряда на интегрирующем конденсаторе 35 без приведения усилителя в режим разомкнутой петли, а также позволяет избежать проблем, связанных с паразитными емкостями. Если обратиться к фиг. 5, то интегрирующий конденсатор 35 может быть устроен так, что его нижняя пластина постоянно соединяется с выходом усилителя 31, с тем, чтобы свести к минимуму влияние паразитной емкости, при этом большая емкость нижней пластины подвергается воздействию только при работе источника тока усилителя. Подобным же образом верхняя пластина конденсатора 36 может быть подсоединена к интегрирующему конденсатору, а нижняя пластина постоянно соединяется с Землей, так что наиболее существенной по величине емкостью является емкость основных пластин. В дополнение к вышеприведенному либо в качестве альтернативы в случае, если одна из пластин конденсатора 36 используется только для передачи заряда, паразитная емкость, связанная с этой пластиной, может учитываться с основной емкостью при согласовании полной величины емкости конденсатора 36 с величиной емкости конденсатора 35.

Настоящее изобретение в равной степени применимо к другим интеграционным схемам с модуляцией сигнала, где входной сигнал на интеграторе периодически реверсируется. Подобным же образом изобретение может быть применено к одной или обеим сигма-дельта схемам, используемым в сигма-дельта множительной схеме, например, в качестве основы в области электрических измерений. В таких множительных схемах выход первого преобразователя сигма-дельта контролирует знак на входе второго преобразователя сигма-дельта, так, что выход второй схемы сигма-дельта характеризует произведение входных сигналов на каждый преобразователь. Такие схемы умножителя описаны в заявке на выдачу патента Франции 2570854. В области электрических измерений входные сигналы первого и второго преобразователей могут представлять собой соответственно ток и напряжение, при этом выходной сигнал второго преобразователя характеризует энергию, забираемую нагрузкой. Настоящее изобретение может быть введено в один или оба преобразователя сигма-дельта.

Интегрирующая схема, выполненная в соответствии с настоящим изобретением может быть применена в известном из уровня техники аналого-цифровом преобразователе, содержащем интегрирующему схему, компаратор, мультивибратор, а также в схеме умножителя, известной из заявки на выдачу патента Франции 2570854. В свою очередь такая схема умножителя, содержащая интегрирующую схему, выполненную в соответствии с заявленным изобретением может быть применена в измерительных устройствах, в которых вычисляют произведение напряжения и тока.

Прототипом аналого-цифрового преобразователя является преобразователь, описанный в кн. Гнатека Ю.Р. "Справочник по цифроаналоговым и аналого-цифровым преобразователям, М., Радио и связь, 1982 г., с. 305.


Формула изобретения

1. Интегрирующая схема с частотной модуляцией, содержащая средство для частотной модуляции входного сигнала и выработки модулированного сигнала и интегрирующее средство для интегрирования модулированного сигнала, содержащее усилитель и интегрирующий конденсатор, подсоединенный с возможностью переключения по входу и выходу усилителя, отличающаяся тем, что содержит запоминающее средство, в дополнение к коммутационным конденсаторам, содержащимся в указанном средстве для частотной модуляции входного сигнала, причем запоминающее средство подсоединено с возможностью переключения между входом и выходом усилителя, параллельно с интегрирующим конденсатором и с возможностью запоминания заряда, связанного с напряжением на выходе усилителя, и переноса указанного заряда к интегрирующему конденсатору для обеспечения возможности реверсирования заряда интегрирующего конденсатора синхронно с частотной модуляцией входного сигнала.

2. Интегрирующая схема по п. 1, отличающаяся тем, что запоминающее средство имеет фактически двойную емкость интегрирующего конденсатора, запоминающее средство и интегрирующий конденсатор соединены между собой для зарядки запоминающего средства одновременно с пластиной интегрирующего конденсатора, соединенной с выходом усилителя, с последующим осаждением этого заряда, соответствующего фактически удвоенному заряду интегрирующего конденсатора, на другой пластине интегрирующего конденсатора для эффективного реверсирования знака интегрирующего конденсатора.

3. Интегрирующая схема по п.1 или 2, отличающаяся тем, что пластина интегрирующего конденсатора, имеющая наибольшую паразитную емкость, соединена с выходом усилителя.

4. Интегрирующая схема по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что запоминающее средство содержит запоминающий конденсатор, причем пластина запоминающего конденсатора, имеющая наименьшую паразитную емкость, попеременно подсоединена к одной или другой пластинам интегрирующего конденсатора, а другая пластина запоминающего конденсатора заземлена.

5. Интегрирующая схема по п.5, отличающаяся тем, что характеристика запоминающего конденсатора запоминающего средства выбрана такой, что основная емкость запоминающего конденсатора совместно с паразитной емкостью пластины запоминающего конденсатора, выполненной с возможностью соединения с одной и другой пластинами интегрирующего конденсатора, представляют собой глобальную емкость, составляющую двойное значение емкости интегрирующего конденсатора.

6. Интегрирующая схема по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что коммутационный конденсатор обеспечивает подачу модулированного сигнала на усилитель и интегрирующий конденсатор.

7. Аналогово-цифровой преобразователь сигма-дельта, содержащий интегрирующую схему, компаратор и мультивибратор, отличающийся тем, что в него введена схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, интегрирующая схема выполнена согласно любому из пп.1 - 6 и предназначена для формирования интегрированного сигнала и для управления полярностью опорного напряжения в зависимости от синхронизированного выхода компаратора и соответственно мультивибратора, компаратор предназначен для контроля превышения интегрированного сигнала над опорным значением компаратора для получения выходного сигнала, мультивибратор предназначен для отражения величины входного сигнала, схема ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ выполнена с возможностью демодуляции выходного сигнала.

8. Схема умножителя, содержащая два преобразователя сигма-дельта, при этом выход первого преобразователя сигма-дельта, выполнен с возможностью контроля знака на входе второго преобразователя сигма-дельта, выполненного с возможностью характеризовать произведение входных сигналов на каждый преобразователь, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из указанных преобразователей содержит интегрирующую схему согласно любому из пп.1 - 6.

9. Электроизмерительное устройство, содержащее схему умножителя, выполненного с возможностью вычисления произведения напряжения и тока, при этом входные сигналы являются соответственно током и напряжением, отличающееся тем, что схема умножителя выполнена согласно п.8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6

PD4A - Изменение наименования обладателя патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:
ШЛЮМБЕРЖЕ СА (FR)

Извещение опубликовано: 27.05.2005        БИ: 15/2005

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 20.01.2010

Извещение опубликовано: 10.11.2010        БИ: 31/2010




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и вычислительной технике и может быть использовано в системах передачи информации при любых видах дельта-модуляции (ДМ)

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для преобразования аналогового сигнала в цифровой вид с высоким разрешением в сейсморегистрирующей или исследовательской сейсмической аппаратуре

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах телефонной связи при необходимости их сопряжения с речепреобразующими устройствами вокодерного типа

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах телефонной связи при необходимости их сопряжения с речепреобразующими устройствами вокодерного типа

Изобретение относится к технике передачи сообщений, телеметрии, телевидения

Изобретение относится к имплуьсной технике и может использоваться в вычислительных устройствах и системах передачи информации

Изобретение относится к вычислительной технике и технике связи

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано для преобразования аналоговых сигналов s цифровой вид

Изобретение относится к электросвязи и может быть использовано в системах телефонрой связи с дельта-модуляцией с цифровым инерционным компандированием

Изобретение относится к Электросвязи и может использоваться в цифровых системах передачи речевых сигналов для аналого-цифрового преобразования методом дельта-модуляции

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в аналоговых и аналого-цифровых вычислительных устройствах

Изобретение относится к области автоматических систем регулирования и может быть использовано во всех областях систем регулирования - электронных, электрических, гидравлических

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в частности, к устройствам для определения экстремумов медленно изменяющихся функций

Изобретение относится к автоматике и может быть использовано в системах автоматического управления при необходимости введения в законы регулирования производных от управляющих и возмущающих воздействий

Изобретение относится к распознающим устройствам, измерительной технике и дискретным системам управления, в частности к адаптивным

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении аналоговых и цифровых измерительных устройств и различных устройств автоматики

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и предназначено для длительного интегрирования сигнала от незаземленного источника или разности сигналов двух источников, имеющих общую землю

Изобретение относится к средствам измерительной и преобразовательной техники и может быть использовано в системах измерения в качестве интегратора постоянного тока (напряжения)

Изобретение относится к системам управления и измерительной технике, предназначено для идентификации производ- ных сигнала полиномиальной формы и может быть использовано, например, в системах навигации и управления летательными аппаратами

Изобретение относится к вычислительной технике и предназначено для использования в системах обработки и преобразования информации

Схема интегратора с частотной модуляцией

Наверх