Способ интегрирующего аналого-цифрового преобразования
Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для повьппения быстродействия прецизионных цифровых Средств измерения. Цель изобретения - повышение быстродействия аналого-цифрового преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу интегрирующего аналого-цифрового преобразования, заключающемуся в п первых циклах преобразования, каждый из которых состоит из последовательного интегрирования первого аналогового сигнала в течение фиксированного интервала времени, второго аналогового сигнала в виде образцового напряжения полярностью, противоположной первому, до момента равенства нулевому напряжению, формировании интервала времени в течение интегрирования второго аналогового сигнала и формировании выходного кода путем заполнения данного интервала времени импульсами опорной частоты, усреднении выходных кодов за п циклов преобразования , дополнительно осуществляют аналогичные (п+О-й цикл преобразования и последущие п вторые циклы преобразования . Причем в первых и вторых п циклах преобразования при интегрировании первого аналогового сигнала в качестве последнего используют опорное напряжение, а в (п+1)-м цикле пре-Ш образования при интегрировании первого аналогового сигнала в качестве последнего используют преобразуемое напряжение , а в качестве фиксированного интервала времени и в п первых и п вторых циклах преобразования используют интервал Времени, в m раз () меньший фиксированного интервала времени (п+1)-го цикла преобразования, при этом при усреднении выходных кодов в (2п+1)-х циклах преобразования осуществляют усреднение выходных кодов для п первЕзК и п вторых циклов Преобразования с весами, попарно одинаковыми и уменьшающимися симметрично по мере удаления относительно (п+1)-го цикла преобразования. 4 ил. 4;i САЭ 00 Ю
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (д1) 4 Н 03 М 1/52
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4236508/24-24 (22) 27.04.87 (46) 15.11.88. Бюл. N 42 (71) Пензенский политехнический институт (72) Э.К.Шахов, E À.Ùèãèðåâ, Н.А.Сипягин, В.Д.Михотин и Д.Л.Королев (53) 681.325(088,8) (56) Орнатский П,П, Автоматические измерения и приборы. М.: Наука, 1986, с.367, Измерительная техника, 1979, Ф 5, с.73-74. (54) СПОСОБ ИНТЕГРИРУЮЩЕГО АНАЛОГОЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ (57) Изобретение относится к области электроизмерительной техники и может быть использовано для повышения быстродействия прецизионных цифровых средств измерения. Цель изобретения— повышение быстродействия аналого-цифрового преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу интегрирующего аналого-цифрового преобразования, заключающемуся в и первых циклах преобразования, каждый иэ которых состоит из последовательного интегрирования первого аналогового сигнала в течение фиксированного интервала времени, второго аналогового сигнала в виде образцового напряжения полярностью, противо„„Я0„„1438002 А 1 положной первому, до момента равенства нулевому напряжению, формировании интервала времени в течение интегрирования второго аналогового сигнала и формировании выходного кода путем заполнения данного интервала времени импульсами опорной частоты, усреднении выходных кодов за и циклов преобразования, дополнительно осуществляют аналогичные (а+1)-й цикл преобразования и последущие и вторые циклы преобразования. Причем в первых и вторых и циклах преобразования при интегрировании первого аналогового сигнала в качестве последнего используют опорное напряжение, а в (и+1)-м цикле пре-Я образования при интегрировании первого аналогового сигнала в качестве по- МФ следнего используют преобразуемое напряжение, а в качестве фиксированного интервала времени и в и первых и и ф вторых циклах преобразования используют интервал времени, в m раз (m »1) меньший фиксированного интервала времени (и+1)-го цикла преобразования, при этом при усреднении выходных кодов в (2п+1)-х циклах преобразования осуществляют усреднение выходных кодов для и первых и и вторых циклов СР преобразования с весами, попарно одинаковыми и уменьшающимися симметрично по мере удаления относительно (и+1)-го цикла преобразования. 4 ил.
1438002
Uх Tn Uo Tx
i. у =„Uh(t ()) 11„&» 1) I,R„.
U X Tn + «ЕО То Up (T ops +Тн+Т с(и.2)3
» и (к(и+2) ) и 3 и(и)) я
Г
УМТи ЕОТс Uo ITc(n+r) U» (t („, 1- U» (й („,i) «+Т +Tgln+2) +е +Тс1и+)+ i) +Т (и i()) U xTn ., Е ОТО БО Т 011) +T cf$) + ° ° ° + п. — - +2 (n«1) а
+ Tc(n) +е е а+Тм+Тcgn+2) +е в e+Tcgén»-!) +Тс(2n)3 (x(2n)) () и t (- n(2) j 6 Rðiý
UxTn E TO Uo ГТ 11 +Tc(2) +...+Tc(n) +Т +
C л
+ ° ° ° T@(nb 2) + ° в ° +Т с12 n) +Тс(2 Ф)+1)) ( и (к(2и+)) n+l ° -д (и(()) ((Rn+) а
Изобретение относится к электроизмерительной технике н может быть использовано для повышения быстродействия прецизионных цифровых средств измерения., Цель изобретения — повышение быстродействия.
На фиг,l представлена временная диаграмма, поясняющая способ; на фиг,2 — схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг.З вЂ” схема устройства управления; на фиг.4 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства управленияе
Процесс преобразования (фиг.l) осуществляется непрерывно во времени за 2п+1 (и " целое} примыкаюших цикВ данной системе Т (,) ...Т с (n)
Т („,2) ...Т „,) — интервалы Времени, в течение которых интегрируется U являются информативными; инО дексы 1...2п+1 указывают номер цикла преобразования, в котором был полулов. Первые и и последние и циклов идентичны: в течение заданного интервала времени Т интегрируется опорное напряжение ЕО, далее значение накопленного интеграла приводится к нулю интегрированием образцового напряжения U . В основном (n+1)-м цикле в течение фиксированного интервала времени Ти=ч))ТО(ш >ъ1) интегрируется преобразуемое напряжение Ug далее накопленный интеграл списывается до нуля образцовым напряжением.
Предполагая, что Б„=сог,ей, для рассматриваемого процесса преобразо- вания согласно временной диаграмме можно составить следующую систему уравнений: чен информативный временной интервал; параметр i= (1; n+lJ соответствует порядковому номеру уравнения.
Если разрешить каждое из уравнений системы относительно информативных интервалов времени, то
1438002
Ux 6R<
Т Т
n U U 3
Ux ЕoTo ЬК2, Т +Т +Т =T — +2 -- — — — — ° с(п) х С(п+ ) и ц
Tc(n+<)+Тс(п) +T„+Tc(n z) +Тс(n») Uo Ео Tî < Rs, тп +4 - — — --- < ° (1о Uo U
Tc(n- + ) Тс(п-< q) + ° ° ° +Tc(x +Т +Т . =Т -- +2;i-1) - - — — - с Ux,. ° 1 Е т ЬВ.; c(Yl@i-<) C(n+<) n 11 () о о U ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° 1 ° ° В ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° Ф Tc(x)+Tc() + ° ° ° +Тс(п) Ux ЕоТо =Т вЂ” +2 (и- I ) «(1 Ц с(<1+2) с(п<<) c(2n) окп, Ug ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° ° Э ° ° ° ° ° Э ° ° ° ° ° В ° ° ° ° ° ° ° ° Т с ( Ux KoTo <. < R «<-< +Tc (g. ) Т и — +2п — — < ° о : о о на и+1, то получим «п1 ГТ п+1 L Тс(п-< E +Tc („+ М Если сложить соответственно левые и правые части уравнений и разделить и Т«+ +1 Тс(п) +тс(п 1 + «+< L с<т< с<2 Ц « < (с< < c< ЕоТ 1 2 (i- l ) — о-е — — — Ь В.; =T — + U0 п+1 ;«н -< Tx + -„-,< . Е: <-и -< ; aR; -""и =т„— + — - 2 (i-1) "Uc и+1 Uî 1 и+1 Заполнив информативные интервалы времени опорной частотой Еу, получим 1 <=и+< N„+ - — <«+2-<) <<< <„,< +<<<<„,, < «2. функцию преобразования способа где N„ Ы вЂ” результаты преобразования примыкающих интервалов времени, то в код временных интерва- с целью исключения накопления погреш55 лов Т„, Т соответствен- ности квантования необходимо синхроно. низировать опорной частотой 1, моменТак как промежуточные результаты ты времени, в которые происходит преобразования получены в виде не- отключение образцового напряжения У 1438002 6 Предлагаемый способ в сравнении с известным способом позволяет при одинаковом уменьшении случайной погрешности увеличить быстродействие в m (и+1) К = — - — -" раз ш+2п где n — целое; m o) 1. На фиг.2 показана схема устройства для осуществления предлагаемого способа. Устройство содержит ключи 1 — 4, источник 5 опорного напряжения, источник 6 образцового напряжения, интегратор 7, генератор 8 опорной частоты, сравнивающее устройство 9, устройство 10 управления и счетчик 11 импульсов. Временные диаграммы, представленные на фиг.l, полностью отражают процесс изменения напряжения на выходе интегратора 7, Сигналы Е,; U u U подключаются к входу интегратора 7 ! первым, вторым и третьим ключами 1 3 соответственно, Четвертый. ключ 4 осуществляет сброс интегратора 7 по завершении полного цикла преобразования и поддержание нулевого потенциала íà его выходе до прихода импульса "Внешний запуск", Сравнивающее устройство 9 выделяет моменты равенства нулю значения накопленного интеграла, Устройство 10 управления управляет работой ключей 1 — 4, а также осуществляет заполнение информативных интервалов времени Т„„ опорной частотой f с последующим умножением полученных результатов на соответствующие весовые коэффициенты Ч. Счетчик 11 импульсов преобразует информативные импульсные последовательности в выходной код. Функциональная схема устройства 10 управления приведена на фиг.3. Устройство !О управления содержит D-триггер 12, JK-триггеры 13 — 15, реверсивный двоичный счетчик 16 импульсов, делитель 17 частоты с переменным коэффициентом деления, делитель 18 частоты на два, одновибраторы 19 и 20, элементы И 21 †. 24, элементы ИЛИ 25 — 27, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 и элемент 29 задержки. Временные диаграммы, поясняющие .: работу схему, приведены на фиг.4. Первый заданный интервал времени Т формируется на выходе opíîâèáðàтора 19 по сигналу "Внешний запуск", последующие 2п-1 заданных временных интервалов — по сигналу срабатывания 40 сравнивающего устройства 9. Управление разрешением приема информации на вход "Запуск" одновибратора 19 осуществляется с выхода JK-триггера 15, Элемент 29 задержки введен для устранения "логических состязаний" между сигналами, поступающими на вход резрешения и вход "Запуск" одновибратора 19. Фиксированный интервал времени Т формируется на выходе одновибратора 20 по переднему фронту импульса с выхода "Перенос" реверсивного. двоичного счетчика 16 импульсов, Управление режимом работы счетчика 16 осуществляется с помощью JK-триггера 13 и элементов И 22 и 23. Первые и циклов преобразования счетчик 16 работает в режиме сложения, последние и+1 циклов — в режиме вычитания. Двоичный код с выхода этого счетчика служит для задания коэффициента деления (т.е. весового коэффициента q) делителя 17 частоты в соответствии с номером цикла преобразования. Делитель 18 частоты,на два предназначен для игнорирования импульса, неизбежно появляющегося на выходе "Заем" счетчика 16 по завершении основного и+1го цикла преобразования. Заполнение информативных интервалов времени опорной частотой f осуществляется с помощью элемента И 21. Для квантования информативных интервалов времени импульсами опорной час тоты используется D-триггер 12, Элемент И 24 позволяет получить в и+1-м цикле преобразования значение весового коэффициента q, равное единице. На выходе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 28 формируются пачки импульсов,-пред-. ставляющие собой умноженные на соответствующие весовые коэффициенты q результаты заполнения информативных интервалов времени Т„„ опорной частотой f . Далее количество этих импульсов-фиксируется счетчиком 11 импульсов. Появление уровня логической единицы на выходе JK-триггера 14 . сигнализирует о конце преобразования и разрешении считывания информации с выхода счетчика 11. Начало нового преобразования возможно только по приходу импульса "Внешний запуск". 7 !4380 Формула изобретения Способ интегрирующего аналого-цифроаого преобразования, заключающийся в и первых циклах преобразования, каждый из которых состоит из последовательного интегрирования первого аналогового сигнала в течение фиксированного интервала времени, второ- 1О го аналогового сигнала в виде образцового напряжения полярностью, противоположной первому, до момента равенства нулевому напряжению, формировании интервала времени в течение интег-15 рирования второго аналогового сигнала и формировании выходного кода путем заполнения данного интервала времени импульсами опорной частоты, усреднении выходных кодов за и циклов пре- 20 образования, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, дополнительно осуществляют аналогичные (n+1)-й цикл преобраэования и последующие и вторые циклы преобразования, причем в первых и вторых п циклах преобразования при интегрировании первого аналогового сигнала в качестве последнего используют опорное напряжение, в (и+1)-м цикле преобразования при интегрировании первого аналогового сигнала в качестве последнего используют преобразуемое напряжение, а в качестве фиксированного интервала времени в и первых и и вторых циклах преобразования используют интервал времени, в m раз (m »1) меньший фиксированного интервала времени (n+l)-ro цикла преобразования, при этом при усреднении выходных кодов в (2п+1)-х циклах преобразования осуществляют усреднение выходных кодов для и первых и и вторых циклов преобразования с весами, попарно одинаковыми и уменьшающимися симметрично по мере удаления (n+1)го цикла преобразования. Тр Т Тр Тф То .«сф (з) . с(з) 3cge. j 1с() е 1ц о а То Т (> c(< $ Ъ.-7 <(tg c(seals) 1438002 Нл t "„Фичи Ю43Ж " Теб ) Редактор А.Orap 3аказ 5969/56 Тираж 929 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5 Ю Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Составитель В.Махнанов Техред М.Дидык Корректор M,Ìàêñèìèøèêåö . 8 t 1 t 
