Аналого-цифровой преобразователь

 

1 - . зим|и» -;,l

ОП И САН ЙЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

393758

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт, свидетельства ¹

Заявлено 12.1.1971 (№ 1614544/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 10,VII!.1973. Бюллетень ¹ 33

Дата опубликования описания 4.1.1974

М. Кл. G 08с 9/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам иэооретений и открытий

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

А. A. Napaea, Е. А. Ломтев и В. М. Шляндин

Пензенский политехнический институт

Заявитель

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к электроизмерительной технике.

Известны аналого-цифровые преобразователи, работающие по принципу параллельнопоследовательного уравновешивания.

На первом такте с помощью k сравнивающих устройств и определенного числа образцовых мер весь диапазон преобразуемых сигналов UÄÄ,, разбивается на /г+1 зону, рав /х ную, и определяется зона, в которой юг+1 находится измеряемая величина U, На втором такте зона, в которой находится U„, âíîâü

U, делится на /г+1 зону величиной ",, ит.д. (й+ 1)

За и тактов измеряемая величина U„. определяется как сумма образцовых мер, соответствующих определенным в каждом такте зонам с погрешностью дискретности

ЛУ 1

6,: х у (а 11)п

В известном устройстве для получения образцовых мер используются два одинаковых преобразователя кода в напряжение (ПКН1 и

ПКН ), между выходами которых включен делитель напряжения с числом выводов /г, состоящий нз /г+1 одинаковых прецизионных сопротивлений, равных выходному сопротивлению ПКН.

Наличие двух независимых ПКI-1 отрицательно сказывается на точности и быстродей5 ствии таких АЦП, кроме того, увеличивает объем оборудования, Цель изобретения — повышение точности и быстродействия и упрощение устройства.

Предлагаемый преобразователь отличается

10 тем, что вместо двух преобразователей код— напряжение используется один, между двумя выходами которого включен делитель напряжения с числом выводов /г.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на

15 фиг. 2 — диаграмма напряжений.

Преобразователь состоит из сравнивающих устройств (СУ) 1 — 9, последовательного делителя напряжения 10 с числом выводов по числу СУ, блока 11 выбора старшего из срабо20 тавших СУ, блока управления (БУ) 12, блока запоминающих устройств, содержащего запонимающее устройство (ЗУ) третьего разряда

l8, ЗУ второго разряда 14, ЗУ первого разряда 15; блока цифровой индикации 1б, схемы

25 «ИЛИ» 17 и преобразователя код — напряжение (ПКН) 18.

В предложенном АЦП использован способ параллельно-последовательного уравновеши- вания преобразуемого напряжения, Выходной

30 коЧ АЦП вЂ” десятичный.

393758

Преобразуемое напряжение U„, например синусоидальное (фиг. 2), подается на девять

СУ 1 — 9 и блок управления. При этом на один вход каждого СУ подается преобразуемое напряжение, на другой — опорное напряжение

U«с соответствующего вывода делителя. При

U.,) Up, СУ; срабатывает.

Блок управления (БУ) применяется для синхронизации работы основных блоков АЦП.

Например, при преобразовании переменных напряжений по командам с БУ 12 в первый период (такт) оценивается первый разряд, во второй период — второй разряд, в третий период — третий разряд (фиг. 2), В предлагаемом АЦП преобразователь код — напряжение (ПКН) 18 имеет два выхода компенсирующего напряжения U>, и Uu,, между которыми включен делитель напряжения 10.

Работает АЦП следующим образом.

Пусть, например, U =3,65 в. В первом такте U =0 в; U =10 в. С выводов делителя 10 снимаются опорные напряжения U„ от 1 до

9 в через 1 в. Во время положительной полуволны перпода У„срабатывают СУ 1 — 8, т. е. определяется первый разряд U,. В отрицательную полуволну первого периода результат оценки первого разряда через схему 11 выбора старшего из сработавших СУ записывается в ЗУ первого разряда 15, которое управляет первым разрядом ПКН 18.

Второй такт начинается одновременно со вторым периодом. При этом ПКН 18 в соответствии с оценкой первого разряда выдает напряжения U =3 в и U I =4 в. Теперь с выводов делителя 10 снимаются опорные напряжения U« от 3,1 до 3,9 в через 0,1 в. В положительную полуволну срабатывают СУ 4О

1 — б, т. е. определяется второй разряд измеряемой величины. B отрицательную полуволну второго периода результат оценки второго разряда через схему 11 выбора старшего из сработавших СУ записывается в ЗУ второго 45 разряда 14.

Начало третьего такта совпадает с началом третьего периода. На выходах ПКН 18 действуют напряжения U rtr=3,6 в и Urer=3,7 в.

Теперь с выводов делителя 10 снимаются опорные напряжения Uo, от 3,61 до 3,69 в через 0,01 в. В положительную полуволну третьего периода срабатывают СУ 1 — 5, т. е. определяется третий разряд U„.

При циклическом измерении с началом чет- 55 вертого периода измерение происходит вновь (фиг. 2). ПКН 18 имеет два выхода компенсирующего напряжения Ul,, и Uq,, кодирующих сетки на два десятичных разряда, с выходными шинами у первой сетки U>,, у второй 60

Up,. Кодирующие сетки представляют собой точные параллельные делители напряжения, Значения сопротивлений резисторов в каждой сетке для приведенного на фиг. 1. АЦП соответствуют тетрадно-десятичному коду 2 — 4 — 65

2 — 1 (в принципе код может быть любым) и соответственно 2R — R — 2R — 4R в первом разряде, 0,2 — 0,4 — 0,2 — 0,1 и соответственно

20R — l0R — 20R — 40R во втором (R — единичное сопротивление резисторов сетки). Резисторы в каждой сетке, которые соответствуют одной и той же цифре кода (например, цифре

«четыре» первого разряда соответствуют резисторы с сопротивлением / в обеих сетках), объединены по коммутируемым выводам и общей точке подключены к соответствующим двухпозиционным ключам (ДК). Двухпозиционные ключи подключают эти резисторы к нулевой и к потенциальной шинам источника опорного напряжения Ь,„.

Для создания необходимых разностей напряжений между выходными шинами сеток

У „и Up, в каждую сетку включены дополнительные резисторы, веса сопротивлений которых соответствует единице первого разряда, т. е. 4Р, и 0,1 единицы первого разряда, т. е.

40R. Эти резисторы в первой сетке подключены постоянно к нулевои шине U а во второй сетке — к двухпозиционным ключам, соответственно 4R к ДКь 40R — к ДН2.

Величина напряжения источника опорного напряжения с1,п для ПКН определяется суммой весов сопротивлений резисторов в сетке.

В рассматриваемом случае сумма весов сопротивлений резисторов в первом и втором р аз рядах р а вн а (2+4+2+ 1) + (0,2+ 0,4+

+0,2+0,1) =9,9 ед. Сумма дополнительных весов (1+0,1) =1,1 ед. Общая сумма весов

0,9+1,1=-11 ед.

В рассматриваемом случае выбрана дискретность первого разряда Л р — — 1 в, поэтому оп= 11

В схеме АЦП применен так ке однопозиционный ключ Кь который замыкает выходную шину первой сетки Uj,, на нулевую шину.

В первом такте работы ПКН двухпозиционный ключ ДК2 и все двухпозиц ионные ключи второго разряда подключают соответствующие резисторы к нулевой шине U„. Ключ ДК по сигналу с блока управления БУ подключает резистор с соответствующим весовым сопротивлением к потенциальной шине источни 1оп

По этому же сигналу с БУ через схему

«ИЛИ» 17 к потенциальной шине источника

У,„подключают свои резисторы все ДК первого разряда. Одновременно сигналом с БУ ключ К замыкает выходную шину первой кодирующей сетки Уд, на нулевую шину U„.

При этом U =0 в, U =9 в+ 1 в = 10 в, что соответствует оценка первого разряда измеряемой величины. Результат оценки записывается в ЗУ первого разряда.

Во втором такте по сигналу с БУ ключ К размыкается. При этом снимается сигнал управления, поступавший с выхода БУ на ключи

ДК первого разряда.

Однако резисторы ключей ДК первого разряда остаются подключенными к потенциаль393758 ной шине U,„, так как в соответствии с результатом оценки в первом такте на эти ключи через схему «ИЛИ» поступает управляющий сигнал с выхода ЗУ первого разряда.

Так как в ЗУ первого разряда записана цифра «трп», то 0 =3 в, а к Uä, добавляется весовое напряжение 1 в в результате того, что ДК; остался подключенным к потенциальной шине U„„„. Поэтому Ь",, =4 в. Схема АЦП подготовлена к оценке второго разряда. Результат оценки записывается в ЗУ второго разряда.

В третьем такте на ключи ДК второго разряда подаются управляющие сигналы в ЗУ второго разряда, соответствующие результату оценки в этом разряде. По сигналам с БУ ключ ДК подключает резистор 4R к нулевой шине источника U„„, а ключ ДК2 подключает резистор 40 к потенциальной шине источника

U«. Выходное напряжение ПКН при этом равно U =3,6 в. К напряжению Uä, добавляется напряжение в 0,1 в за счет того, что резистор 40R подсоединен ключом ДК2 к потенциальной шине U„„.

Поэтому U 3,7 в. АЦП подготовлен к оценке третьего разряда.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь, содержащий сравнивающие устройства, первые входы которых соединены с источником преобразуемого сигнала и входом блока управления, а выходы — с соответствующими входами разрядов блока выбора старшего из сработавших сравнивающих устройств, соединенного своими выходами со входами разрядов блока запоминающих устройств, делитель напряжения с числом выходов по числу сравнивающих устройств, подключенный выходами ко вторым входам соответствующих сравнивающих устройств, выходы запоминающих устройств соединены со входами блока цифровой индикации, управляющие входы блока выбора старшего пз сработавших сравнивающих устройств и блока запоминающих устройств соединены соответственно с первым и вторым

5 выходами блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, быстродействия и упрощения устройства, в него введены схема «ИЛИ» и преобразователь код — напряжение, содержащий две кодиру10 ющие сетки, состоящие из делителей напряжения, у которых разрядные резисторы, соответствующие каждой цифре кода, объединены по коммутируемым выводам и подключены общей точкой к выходам соответствующих

15 двухпозиционных ключей, потенциальные входы которых соединены соответственно с потенциальной и нулевой шинами источника опорного напряжения, к выходам каждой из кодирующих сеток подключены два дополни20 тельных резистора, причем дополнительные резисторы первой кодирующей сетки соединены с нулевой шиной источника опорного напряжения, а дополнительные резисторы второй кодирующей сетки через соответствующие

25 двухпозпционные ключи — с потенциальной и нулевой шинами источника опорного напряжения, управляющие входы этих двухпозиционных ключей соединены с третьим выходом олока управления и управляющим блоком од30 нонозпционного ключа, соединенного своим выходом с выходом первой кодирующей сетки, а потенциальным входом — с нулевой шиной источника опорного напряжения, управляющие входы двухпозицпонных ключей первой

35 кодирующей сетки соединены через схему

«ИЛИ» с выходом первого разряда блока запомиинающих устройств и третьем выходом блока управления, управляющие входы двухпозиционных ключей второй кодирующей сет40 ки — с выходом второго разряда блока запоминающих устройств, а выходы кодирующих сеток — с соответствующими входами последовательного делителя напряжения.