Аналого-цифровой преобразователь

29I337

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства «¹

Заявлено 07.VI I.1969 (¹ 1344434/18-24) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 06.1.1971. Бюллетень ¹ 3

Дата опубликования описания 4.III.1971

МП1 Н 03k 13/17

Н 03k 13/20

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Ыииистров

СССР

УДК 681.325(088.8) Авторы изобретения

А. И. Воителев и Л. М. Лукьянов

Заявитель

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЪ

В современных системах автоматического управления с применением управляющих вычислительных машин (УВМ) значительная часть информации о состоянии управляемого объекта передается с помощью электрических аналоговых сигналов. Поэтому в составе устройства связи с объектом (УСО) большинства

УВМ имеется многоканальный аналого-цифровой преобразователь (ALIIl). Наличие коммутатора аналоговых сигналов в многоканальном

АЦП приводит к значительному сокращению оборудования УСО, однако при этом спи>кается скорость передачи в цифровую часть УВМ информации от датчиков управляемого объекта. Объясняется это тем, что на переключение каналов в коммутаторе требуется определенное время, которое часто соизмеримо со временем аналого-цифрового преобразования, а иногда даже превышает его. Время переключения каналов в коммутаторе во многом определяется параметрами реактивных элементов, имеющихся в цепи датчик — канал коммутатора — вход АЦП.

Известно, что аналого-цифровое преобразование, основанное на одном из трех классических способов преобразования, можно начинать лишь после окончания переходного процесса на входе АЦП, вызванного переключением каналов в коммутаторе. B противном случае погрешность преобразования может значительно превысить допустимую величину.

Обычно переходный процесс на входе АЦП считается законченным в тот момент, когда разность между текущим значением сигнала на входе АЦП и его установившимся значением становится и остается в дальнейшем меньше величины, эквивалентной половине кванта аналого-цифрового преобразования.

Поэтому для сокращения общего времени коммутации и преобразования аналоговых сигналов многоканальные АЦП выполняют на основе различных комбинированных или специальных способов аналого-цифрового преобразования, позволяющих начинать аналогоцифровое преобразование, не дожидаясь окончания переходного процесса на входе АЦП.

При этом окончание аналого-цифрового преобразования часто удается совместить по времени с окончанием переходного процесса.

Одним из простых и эффективных способов, который может быть применен для этой цели, является последовательное накопление с обратной связью и имеющимся периодом следования счетных импульсов. При этом компенсирующий сигнал (сигнал обратной связи) формируется в виде ступенчато нарастающего сигнала с одинаковыми по амплитуде и уменьшающимися по длительности ступенями. Можно показать, что погрешность преобразования зо не превысит кванта преобразования, и послед291337 нее можно заканчивать одновременно с окончанием переходного процесса на входе ALIII, если суммарная длительность 1;. для к ступеней, начиная с первой, определяется выражением

l;. = 1п (1 + к), где т — постоянная времени цепи датчик — канал коммутатора — вход АЦП.

Здесь следует заметить, что в подавляющем большинстве случаев закон изменения сигнала на входе АЦП при переключении каналов в коммутаторе близок к экспоненциальному.

Предлагаемый аналого-цифровой преобразователь отличается от известных тем, что в схему добавлены генератор пилообразного напряжения, дополнительное сравнивающее устройство и логарифмирующее устройство.

При этом требования по точности и линейности к этим дополнительным устройствам значительно менее жесткие, чем к основным узлам АЦП: ЦАП и основному сравнивающему

15 г0 устройству.

На фиг. 1 изображена блок-схема преобразователя; на фиг. 2 — характеристики генера- 25 тора пилообразного напряжения и логарифмирующего устройства.

Устройство функционирует следующим образом.

По сигналу «Пуск» устройство управления 1 30 запускает генератор 2 пилообразного напряжения. В моменты равенства выходных сигналов генератора 2 и логарифмирующего устройства 8 дополнительное сравнивающее устройство 4 фомирует на своем выходе импульсные 35 сигналы, поступающие на счетный вход 5 счетчика б. С поступлением каждого счетного импульса компенсирующий сигнал а, проходящий на основное сравнивающее устройство 7, увеличивается на одну ступеньку, образуя сле- 40 дующий больший уровень квантования. Длительность каждого уровня квантования на выходе цифро-аналогового преобразователя обратной связи 8, начиная с первого, уменьшается в соответствии с вышеупомянутым зако- 45 ном.

Автоматическое формирование длительностей этих уровней квантования поясняется характеристиками генератора пилообразного напряжения и логарифмирующего устройства, 50 приведенными на фиг. 2, где обозначено: б — сигнал на входе логарифмирующего устройства; в — сигнал на выходе логарифмирующего устройства; 55 г — характеристика логарифмирующего устройства; д — ось времени; е — выходная характеристика генератора пилообразного напряжения; ж — дискретные значения компенсирующего сигнала (уровни квантования); и — моменты времени, соответствующие последовательным изменениям компенсирующего сигнала.

Простое и надежное логарифмирующее устройство может быть выполнено в виде последовательного соединения резистора 9 и кремш-евого диода 10. Известно, что прямая ветвь вольт-амперной характеристики кремниевого диода с достаточной точностью соответствует следующему аналитическому выражению:

1: 1 .е (У вЂ” UN) где 1 — ток, протекающий через диод в прямом направлении;

Уи Uäã — прямые падения напряжения на диоде при протекании через него соответственно токов 1 и Ip, а — коэффициент, определяемый типом диода.

Выбирая сопротивление резистора 9, начальный уровень и диапазон изменения компенсирующего сигнала а, а также чувствительность дополнительного сравнивающего устройства 4, можно выполнить довольно простой вариант

АЦП.

Рассмотренное усгройство рекомендуется использовать для построения на его основе многоканальных АЦП, на входе которых при переключении каналов в коммутаторе возникают переходные процессы, соизмеримые по длительности со временем аналого-цифрового преобразования.

Предмет изобретения

Аналого-цифровой преобразователь последовательного накопления с изменяющимся периодом следования счетных импульсов, содержащий нуль-орган, цифро-аналоговый преобразователь и устройство управления, отлачаюи ийся тем, что, с целью повышения быстродействия, он содержит генератор пилообразного напряжения, дополнительное сравнивающее устройство и логарифмирующее устройство в виде, например, последовательного соединения диода и резистора, причем вход логарифмирующего устройства соединен с выходом цифро-аналогового преобразователя, а выход — с одним из входов дополнительного сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход — со входом счетчика; генератор пилообразного напряжения подключен к устройству управления.

Си .лр

Фиа 1

Составитель Н. А. Козлов

Корректор Л. А. Царькова

Редактор Б. Б. Федотов Техред Л. Я. Левина

Заказ 352/4 Тираж 473 Подписное

Изд. № 149 и и Совете Минист ов СССР

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытии при р

Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4!5

Типография, пр. Сапунова, 2