RU2045813C1 - Monitoring analog-digital converter - Google Patents

Abstract

FIELD: automatics. SUBSTANCE: invention is intended for use in automated systems of control over technological processes. Proposed converter has operational amplifier with signal conversion, integrator, first comparator which separate input is coupled to common wire, inverter, reversible counter which separate input is connected directly to output of specified comparator and digital-to-analog converter connected in series. It also has full-wave rectifier and second comparator which output is linked to controlling input of integrator and which second input is coupled to source of reference voltage connected in series between output of integrator and separate input of reversible counter. In this case input of proposed converter is formed by potential input wire of digital-to-analog converter and potential input wire of specified operational amplifier with signal conversion. EFFECT: increased resolving power, improved vibration stability, diminished weight and dimensions. 2 dwg

Description

Изобретение относится к следящим аналого-цифровым преобразователям и может быть использовано в измерительной технике, а также в автоматизированных системах управления технологическими процессами и в системах автоматизации научных исследований. The invention relates to servo analog-to-digital converters and can be used in measuring equipment, as well as in automated process control systems and in research automation systems.

Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, схему управления, отдельный вход которой соединен с выходом блока сравнения, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, подключенный выходом ко второму входу блока сравнения [1] Преобразуемый аналоговый сигнал поступает на один вход блока сравнения аналоговых величин. На второй вход блока сравнения поступает выходной сигнал цифроаналогового преобразователя (ЦАП), включенного в цепь обратной связи. По результатам сравнения этих двух сигналов блок сравнения вырабатывает сигнал управления, который поступает на вход реверсивного счетчика. Схема приходит в установившееся состояние, когда число в реверсивном счетчике соответствует преобразуемому аналоговому сигналу. Known analog-to-digital Converter containing a comparison unit, series-connected clock generator, a control circuit, a separate input of which is connected to the output of the comparison unit, a reversible counter and a digital-to-analog converter, connected by an output to the second input of the comparison unit [1] The converted analog signal is supplied to one input unit for comparing analog values. The second input of the comparison unit receives the output signal of a digital-to-analog converter (DAC) included in the feedback circuit. Based on the results of comparing these two signals, the comparison unit generates a control signal, which is fed to the input of the reversible counter. The circuit comes to a steady state when the number in the reversible counter corresponds to the converted analog signal.

Недостатком этого аналого-цифрового преобразователя (АЦП) является низкая помехоустойчивость, невысокая разрешающая способность, недостаточная надежность при работе в длительных режимах. Низкая помехоустойчивость вызвана ложными срабатываниями блока сравнения при наличии на входе АЦП помехового сигнала, превышающего порог срабатывания блока сравнения, что приводит к случайному изменению числа, установленного в счетчике. Вместе с тем чувствительность блока сравнения низка, что является причиной недостаточной разрешающей способностью АЦП. Ненадежность при работе в длительном режиме проявляется в ошибках измерения из-за наличия температурных и временных дрейфов в схеме сравнения. The disadvantage of this analog-to-digital converter (ADC) is its low noise immunity, low resolution, and insufficient reliability when operating in long-term modes. Low noise immunity is caused by false alarms of the comparison unit when there is an interference signal at the ADC input that exceeds the threshold of the comparison unit, which leads to a random change in the number set in the counter. At the same time, the sensitivity of the comparison unit is low, which is the reason for the insufficient resolution of the ADC. Unreliability during continuous operation is manifested in measurement errors due to the presence of temperature and time drifts in the comparison circuit.

Известен следящий АЦП, содержащий два компаратора, инвертор, реверсивный счетчик, знаковый триггер, ЦАП и генератор тактовых импульсов [2] В этом следящем АЦП измерение величины входного сигнала также проводится путем сравнения его с опорным сигналом, поступающим с выхода ЦАП. В зависимости от полярности входного сигнала его сравнение с опорным происходит на соответствующем компараторе, подключением которых управляет знаковый триггер. Когда входной сигнал больше опорного напряжения с выхода ЦАП, реверсивный счетчик работает на сложение. Когда же величина напряжения с выхода ЦАП становится больше напряжения входного сигнала, счетчик начинает работать на вычитание. Таким образом значение опорного напряжения колеблется около значения входного напряжения. При этом достигнуто некоторое повышение помехоустойчивости в сравнении с вышеописанным АЦП [1] за счет применения знакового триггера, который увеличивает инерционность АЦП в момент изменения полярности сигнала под действием помехи, что приводит к уменьшению абсолютной ошибки на один младший разряд. Помехоустойчивость данного АЦП проявляется к помехам в виде одиночных импульсов с малой длительностью и с амплитудой, меньшей амплитуды измеряемого сигнала. Однако выделить полезный сигнал на фоне шума с амплитудой на уровне измеряемого сигнала с помощью данного технического решения невозможно. Увеличение помехоустойчивости за счет увеличения порога срабатывания триггера и компараторов может быть достигнуто только за счет уменьшения разрешающей способности АЦП. Такое техническое решение обладает невысокой надежностью при долговременной непрерывной работе, так как при этом появляются погрешности из-за временной и температурной нестабильности порогов срабатывания компараторов. A known ADC containing two comparators, an inverter, a reversing counter, a sign trigger, a DAC and a clock [2] In this tracking ADC, the input signal is also measured by comparing it with the reference signal from the DAC output. Depending on the polarity of the input signal, it is compared with the reference signal on the corresponding comparator, the connection of which is controlled by an iconic trigger. When the input signal is greater than the reference voltage from the output of the DAC, the reversible counter works on addition. When the magnitude of the voltage from the output of the DAC becomes greater than the voltage of the input signal, the counter begins to work on subtraction. Thus, the value of the reference voltage fluctuates around the value of the input voltage. At the same time, a certain increase in noise immunity was achieved in comparison with the above-described ADCs [1] due to the use of a sign trigger, which increases the inertia of the ADC when the signal polarity changes under the influence of noise, which leads to a decrease in the absolute error by one least significant bit. The noise immunity of this ADC is manifested to interference in the form of single pulses with a short duration and with an amplitude less than the amplitude of the measured signal. However, it is impossible to isolate a useful signal against a background of noise with amplitude at the level of the measured signal using this technical solution. An increase in noise immunity due to an increase in the trigger threshold of the trigger and comparators can be achieved only by reducing the resolution of the ADC. Such a technical solution has low reliability during long-term continuous operation, since in this case errors appear due to the temporary and temperature instability of the thresholds of the comparators.

Известен наиболее близкий по совокупности общих признаков следящий АЦП, содержащий последовательно соединенные дифференциальный фотогальванометрический усилитель, интегратор, двухполупериодный выпрямитель, первый компаратор, вторым входом подключенный к источнику опорного напряжения, реверсивный счетчик и цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к одному из входов фотогальванометрического усилителя, а также включенные между выходом интегратора и отдельным входом реверсивного счетчика последовательно соединенные второй компаратор и инвертор, при этом выход второго компаратора соединен с другим отдельным входом реверсивного счетчика. The closest common set of common features is known for a tracking ADC containing a series-connected differential photovoltaic amplifier, an integrator, a half-wave rectifier, a first comparator, a second input connected to a reference voltage source, a reversible counter, and a digital-to-analog converter, the output of which is connected to one of the inputs of a photovoltaic amplifier, and also connected between the output of the integrator and the individual input of the reversible counter is connected in series s second comparator and an inverter, the output of the second comparator connected to the other input of the reversible counter separate.

Техническое решение прототипа обладает рядом недостатков, обусловленных использованием в АЦП фотогальванометрического усилителя:
следящий АЦП имеет низкую надежность эксплуатации. Как все рамочные устройства, фотогальванометрические усилители очень чувствительны к механическим воздействиям и выходят из строя при резких встрясках, ударах и прочих эксплуатационных и транспортных воздействиях. Кроме того, рамки гальванометров путем скручивания обрывают подвески при резких изменениях измеряемого сигнала. Это вызывает большие сложности при исходной настройке АЦП и эксплуатации в условиях нестабильного сетевого напряжения, когда во входной цепи гальванометрического усилителя возникает пульсирующий ток постоянной или уменьшающейся частоты;
следящий АЦП имеет низкую устойчивость относительно механических вибраций. Как правило вибрации корпусов (например, от вентиляторов охлаждения) приводят к ложным отклонениям рамки фотогальванометрического усилителя, вызывающих колебательные отклонения показаний всего АЦП в целом. Ситуация ухудшается при отклонениях установки оси гальванометра от вертикали;
следящий АЦП обладает ограниченной разрешающей способностью и точностью, что обусловлено ограниченным коэффициентом усиления фотогальванометрического усилителя (не более 10) и структурой входных цепей следящего АЦП, построенного на основе этого усилителя. Входная цепь этого АЦП представляет собой последовательно соединенные ЦАП, рамку фотогальванометрического усилителя и источника измеряемого сигнала. При этом выходное сопротивление ЦАП близко к нулю, а сопротивление гальванометра не превышает 2-3 10 Ом. Следовательно входное сопротивление следящего АЦП не будет превышать 10 Ом. Это сопоставимо с внутренним сопротивлением источника измеряемого сигнала и может вызвать шунтирование его ЭДС, что приводит к снижению разрешающей способности и точности преобразования следящего АЦП.The technical solution of the prototype has several disadvantages due to the use of a photovoltaic amplifier in the ADC:
servo ADC has low reliability. Like all frame devices, photovoltaic amplifiers are very sensitive to mechanical stress and fail due to sudden shocks, shock and other operational and transport influences. In addition, the scope of the galvanometers by twisting breaks the suspension with a sharp change in the measured signal. This causes great difficulties in the initial setup of the ADC and operation in conditions of unstable mains voltage, when a pulsating current of constant or decreasing frequency occurs in the input circuit of the galvanometric amplifier;
servo ADC has low stability with respect to mechanical vibrations. As a rule, vibrations of cases (for example, from cooling fans) lead to false deviations of the photovoltaic amplifier frame, causing oscillatory deviations of the readings of the entire ADC as a whole. The situation worsens when the installation of the galvanometer axis deviates from the vertical;
the servo ADC has limited resolution and accuracy, which is due to the limited gain of the photovoltaic amplifier (no more than 10) and the structure of the input circuits of the servo ADC, built on the basis of this amplifier. The input circuit of this ADC is a series-connected DAC, the frame of a photovoltaic amplifier and the source of the measured signal. In this case, the output resistance of the DAC is close to zero, and the resistance of the galvanometer does not exceed 2-3 10 Ohms. Therefore, the input resistance of the tracking ADC will not exceed 10 ohms. This is comparable to the internal resistance of the source of the measured signal and can cause shunting of its EMF, which leads to a decrease in the resolution and accuracy of the conversion of the tracking ADC.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание следящего аналого-цифрового преобразователя, обладающего в сравнении с известными АЦП повышенной точностью преобразования и разрешающей способностью, уменьшенной чувствительностью к вибрациям. The problem to which the invention is directed, is the creation of a tracking analog-to-digital Converter, which has, in comparison with the known ADCs, increased conversion accuracy and resolution, reduced sensitivity to vibration.

В соответствии с поставленной задачей в известный следящий аналого-цифровой преобразователь, содержащий последовательно соединенные интегратор, первый компаратор, отдельный вход которого соединен с общей шиной, инвертор, реверсивный счетчик, отдельный вход которого подключен непосредственно к выходу указанного компаратора, и цифроаналоговый преобразователь, а также включенные между выходом интегратора и отдельным входом реверсивного счетчика последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель и второй компаратор, выход у которого подключен к управляющему входу интегратора и второй вход подключен к источнику опорного напряжения, дополнительно введен операционный усилитель с преобразованием сигнала, подключенный ко входу интегратора, при этом вход следящего аналого-цифрового преобразователя образован потенциальной выходной шиной цифроаналогового преобразователя и потенциальной входной шиной указанного операционного усилителя с преобразованием сигнала. In accordance with the task, a known tracking analog-to-digital converter containing a series-connected integrator, a first comparator, a separate input of which is connected to a common bus, an inverter, a reversible counter, a separate input of which is connected directly to the output of the specified comparator, and a digital-to-analog converter, as well as connected between the output of the integrator and the separate input of the reversible counter are connected in series to a half-wave rectifier and a second comparator, the output to it is connected to the integrator control input and the second input is connected to the reference voltage source, an operational amplifier with signal conversion connected to the integrator input is additionally introduced, while the input of the analog-to-digital converter is formed by the potential output bus of the digital-to-analog converter and the potential input bus of the specified operational amplifier with signal conversion.

Предложенная схема аналого-цифрового преобразователя, имеющего операционный усилитель с преобразованием сигнала, подключенный ко входу интегратора обеспечивает, в сочетании с образованием входа АЦП потенциальной выходной шиной ЦАП и потенциальной входной шиной операционного усилителя с преобразованием сигнала, повышение разрешающей способности и точности преобразования при одновременном повышении надежности и устойчивости к вибрациям. Повышение разрешающей способности достигается образованием входа АЦП встречно включенными выходной шиной ЦАП, источника сигнала (например, термопары) и потенциальной входной шиной ОУПС. Данное включение позволяет во-первых, осуществить вычитание сигналов без использования каких-либо элементов (следовательно, без погрешности вычитания), во-вторых, на входе ОУПС выделяется малое разностное напряжение, что позволяет использовать максимальное усиление в ОУПС (до 10⁸ раз) без опасности насыщения и, следовательно повысить разрешающую способность АЦП до предела, обусловленного шумами преобразуемого сигнала.The proposed circuit of an analog-to-digital converter having an operational amplifier with signal conversion connected to the integrator input provides, in combination with the formation of an ADC input, a potential output DAC bus and a potential input bus of an operational amplifier with signal conversion, increasing the resolution and conversion accuracy while improving reliability and vibration resistance. An increase in resolution is achieved by the formation of the ADC input by the on-board DAC output bus, the signal source (for example, thermocouple) and the potential input OPC bus. This inclusion allows, firstly, to subtract signals without using any elements (therefore, without subtraction error), and secondly, a small differential voltage is allocated at the OOPS input, which allows using the maximum gain in OOPS (up to 10 ⁸ times) without dangers of saturation and, therefore, increase the resolution of the ADC to the limit caused by the noise of the converted signal.

Повышение точности преобразования достигается за счет значительного повышения входного сопротивления устройства и, следовательно, уменьшения шунтирования ЭДС источника сигнала. Входное сопротивление устройства определяется, при встречном включении выхода ЦАП источника сигнала и входа ОУПС, в основном входным сопротивлением ОУПС, которое велико и может достигать 10⁷ Ом.Improving the accuracy of conversion is achieved by significantly increasing the input impedance of the device and, therefore, reducing shunting the EMF of the signal source. The input impedance of the device is determined when the DAC output of the signal source and the OOPS input are turned on, mainly the OAOS input resistance, which is large and can reach 10 ⁷ Ohms.

Предлагаемый следящий АЦП является более виброустойчивым, так как в предложенном составе в отличии от прототипа не содержит виброчувствительных элементов и блоков. Благодаря этому также увеличивается срок службы АЦП. Следствием предложенного решения является уменьшение веса и габаритов. The proposed tracking ADC is more vibration-proof, since in the proposed composition, unlike the prototype, it does not contain vibration-sensitive elements and blocks. This also extends the life of the ADC. The consequence of the proposed solution is to reduce weight and dimensions.

На фиг.1 показана блок-схема аналого-цифрового преобразователя в соответствии с изобретением; на фиг.2 один из вариантов структурной схемы операционного усилителя с преобразованием сигнала в соответствии с изобретением. Figure 1 shows a block diagram of an analog-to-digital Converter in accordance with the invention; figure 2 one of the structural diagrams of an operational amplifier with signal conversion in accordance with the invention.

Следящий аналого-цифровой преобразователь содержит последовательно соединенные операционный усилитель 1 с преобразованием сигнала, интегратор 2, первый компаратор 3, вторым входом соединенным с общей шиной, инвертор 4, реверсивный счетчик 5 и цифроаналоговый преобразователь 6, а также включенные между выходом интегратора 2 и отдельным входом реверсивного счетчика 5 последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель 7 и второй компаратор 8 с источником 9 опорного напряжения, подключенным к его второму входу. При этом выход первого компаратора 3 соединен непосредственно с отдельным входом реверсивного счетчика 5, а выход второго компаратора 8 соединен с управляющим входом интегратора 2. Вход АЦП образован выходной потенциальной шиной ЦАП 6 и входной потенциальной шиной операционного усилителя 1 с преобразованием сигнала. При этом источник сигнала 10, например, термопара подключена к клеммам указанного входа АЦП, по полярности встречного полярности входных клемм. Операционный усилитель 1 с преобразованием сигнала может быть выполнен в виде, показанном на фиг.2 [4] и содержит соединенные входами каналы преобразования сигнала, один из которых включает последовательно соединенные фильтр 11, модулятор 12, усилитель 13 переменного тока, демодулятор 14 и фильтр 15, а также генератор 16 управляющих напряжений, подключенный к отдельным входам модулятора 12 и демодулятора 14, другой канал включает последовательно-параллельную RC-цепь 17, и операционный усилитель 18, подключенный к выходам RC-цепи 17 и фильтра 15. The following analog-to-digital converter contains a series-connected operational amplifier 1 with signal conversion, an integrator 2, a first comparator 3, a second input connected to a common bus, an inverter 4, a reversible counter 5 and a digital-to-analog converter 6, and also connected between the output of the integrator 2 and a separate input a reversible counter 5, a half-wave rectifier 7 and a second comparator 8 connected in series with a reference voltage source 9 connected to its second input. The output of the first comparator 3 is connected directly to a separate input of the reverse counter 5, and the output of the second comparator 8 is connected to the control input of the integrator 2. The ADC input is formed by the output potential bus of the DAC 6 and the input potential bus of the operational amplifier 1 with signal conversion. In this case, the signal source 10, for example, a thermocouple is connected to the terminals of the specified ADC input, by the polarity of the opposite polarity of the input terminals. The signal conversion operational amplifier 1 can be made in the form shown in FIG. 2 [4] and contains signal conversion channels connected by inputs, one of which includes a series-connected filter 11, a modulator 12, an AC amplifier 13, a demodulator 14 and a filter 15 as well as a control voltage generator 16 connected to separate inputs of the modulator 12 and demodulator 14, the other channel includes a series-parallel RC circuit 17, and an operational amplifier 18 connected to the outputs of the RC circuit 17 and the filter 15.

Работа предлагаемого следящего аналого-цифрового преобразователя поясняется далее и, на примере выполнения операционного усилителя 1 с преобразованием сигнала, показанном на фиг.2. При включении следящего АЦП в его реверсивном 5 (фиг.1) счетчике устанавливается случайное состояние (число) в диапазоне от нуля до 2, где n число разрядов счетчика 5. Установленный в счетчике 5 случайный цифровой код преобразуется в ЦАП в напряжение, которое подается на входную клемму. Ввиду подключения источника сигнала 10, например термопары, противоположно по полярности к входным клеммам, на вход операционного усилителя 1 подается разностное напряжение между напряжениями ЦАП 6 и источника сигнала 10. The operation of the proposed tracking analog-to-digital Converter is explained below and, on the example of the operational amplifier 1 with signal conversion, shown in figure 2. When you turn on the tracking ADC in its reverse 5 (figure 1) counter, a random state (number) is set in the range from zero to 2, where n is the number of bits of the counter 5. The random digital code installed in the counter 5 is converted into a DAC into a voltage that is supplied to input terminal. In view of the connection of the signal source 10, for example a thermocouple, opposite in polarity to the input terminals, the differential voltage between the voltages of the DAC 6 and the signal source 10 is supplied to the input of the operational amplifier 1.

Фильтр 11 выделяет составляющую сигнала постоянного тока и низких частот, которая подвергается амплитудной модуляции модулятором 12. Переменная составляющая модулированного сигнала усиливается в усилителе 13 переменного тока и далее в демодуляторе 14 подвергается синхронной демодуляции. На выходе фильтра 15 восстанавливаются составляющие постоянного тока и низкочастотная входного сигнала усиленные в R раз усилителем 13, которые поступают на один вход операционного усилителя 18, на второй вход этого усилителя поступает высокочастотная составляющая входного сигнала, прошедшая последовательно-параллельную RC-цепь 17. Усилитель 18 суммирует указанные составляющие входного сигнала и на его выходе выделяется усиленное в R раз входное напряжение. При этом отсутствует дрейф усилителя, так как усиление сигнала осуществлено на переменном токе и фиксированной частоте, заданой генератором 16, ввиду заведомой малости входного сигнала коэффициент усиления может быть выбран значительным без опасности насыщения усилителя. The filter 11 extracts a component of the DC signal and low frequencies, which is subjected to amplitude modulation by the modulator 12. The variable component of the modulated signal is amplified in the AC amplifier 13 and then in the demodulator 14 is subjected to synchronous demodulation. At the output of the filter 15, the DC components and the low-frequency component of the input signal are amplified by a factor of R amplified by an amplifier 13, which are fed to one input of the operational amplifier 18, and the high-frequency component of the input signal transmitted through a parallel-parallel RC circuit 17 is fed to the second input of this amplifier. summarizes the indicated components of the input signal and the input voltage amplified by R times is allocated at its output. In this case, there is no amplifier drift, since the signal was amplified at alternating current and at a fixed frequency set by the generator 16, due to the known smallness of the input signal, the gain can be chosen significant without danger of saturation of the amplifier.

Усиленный сигнал поступает на вход интегратора 2, где начинается процесс интегрирования, скорость которого зависит от величины сигнала на входе интегратора 2, т.е. от разницы входного сигнала и сигнала ЦАП 6. При достижении напряжением, прошедшего с выхода интегратора 2 через двухполупериодный выпрямитель 7 на вход компаратора 8, порога срабатывания компаратора 8 на выходе последнего появляется импульс напряжения, который переводит интегратор 2 в нулевое состояние. Таким образом, интегратор 2, двухполупериодный выпрямитель 7, компаратор 8 и источник опорного напряжения 9 образуют преобразователь напряжения частоты следования импульсов, в котором двуполупериодный выпрямитель 7 обеспечивает сохранение работоспособности преобразователя при двухполярном входном сигнале. Импульсы с компаратора 8 поступают на вход реверсивного счетчика 5 и в зависимости от положения компаратора 3, определяемого полярностью сигнала на выходе интегратора 2, счетчик 5 работает в режиме сложения или вычитания. The amplified signal is fed to the input of integrator 2, where the integration process begins, the speed of which depends on the value of the signal at the input of integrator 2, i.e. from the difference between the input signal and the DAC signal 6. When the voltage passed from the output of the integrator 2 through the half-wave rectifier 7 to the input of the comparator 8 reaches the threshold of operation of the comparator 8, a voltage pulse appears at the output of the last one, which puts the integrator 2 in the zero state. Thus, the integrator 2, the half-wave rectifier 7, the comparator 8, and the reference voltage source 9 form a pulse-frequency voltage converter, in which the half-wave rectifier 7 ensures the operability of the converter with a bipolar input signal. The pulses from the comparator 8 are fed to the input of the reversible counter 5 and, depending on the position of the comparator 3, determined by the polarity of the signal at the output of the integrator 2, the counter 5 operates in the addition or subtraction mode.

Пусть входной сигнал больше сигнала ЦАП 6, тогда на входе операционного усилителя 1 с преобразованием сигнала (ОУПС) присутствует разностное напряжение отрицательной полярности, которое усиливается ОУПС 1 и поступает на вход интегратора 2. Начинается процесс интегрирования, в результате которого на выходе компаратора 8 появляются импульсы. На выходе компаратора 3 нулевой уровень, так как сигнал с интегратора 2 находится в отрицательной области, что приводит к появлению нулевого уровня на входе инвертора 4 и единичного потенциала на его выходе и, соответственно, на входе сложения реверсивного счетчика, что разрешает прохождение импульсов с компаратора 8 на вход суммирования счетчика 5. Таким образом, каждый импульс с компаратора 8 вызывает увеличение числа в счетчике на единицу, что приводит к увеличению сигнала на выходе ЦАП 6 и, соответственно, вызывает уменьшение разностного напряжения на входе ОУПС 1. Процесс повторяется до тех пор, пока сигнал с ЦАП 6 не совпадет с входным сигналом. Так как скорость интегрирования будет зависеть от величины разностного напряжения, усиленного ОУПС 1 и приложенного к входу интегратора 2, то частота импульсов на выходе компаратора 8 будет уменьшаться при уменьшении разностного напряжения. Let the input signal be larger than the signal of DAC 6, then at the input of the operational amplifier 1 with signal conversion (OOPS) there is a differential voltage of negative polarity, which is amplified by OOPS 1 and fed to the input of integrator 2. The integration process begins, as a result of which pulses appear at the output of comparator 8 . At the output of the comparator 3, the zero level, since the signal from the integrator 2 is in the negative region, which leads to the appearance of a zero level at the input of the inverter 4 and a unit potential at its output and, accordingly, at the input of the addition of the reversible counter, which allows the passage of pulses from the comparator 8 to the input of the summation of the counter 5. Thus, each pulse from the comparator 8 causes an increase in the number in the counter by one, which leads to an increase in the signal at the output of the DAC 6 and, accordingly, causes a decrease in the difference voltage at the input OOPS 1. The process is repeated until the signal from the DAC 6 does not match the input signal. Since the integration speed will depend on the magnitude of the differential voltage amplified by OOPS 1 and applied to the input of the integrator 2, the pulse frequency at the output of the comparator 8 will decrease with a decrease in the differential voltage.

Таким образом, при совпадении сигнала ЦАП 6 с входным сигналом, разностное напряжение на входе ОУПС 1 равно нулю, следовательно, отсутствует напряжение на входе интегратора 2 и, соответственно, отсутствует импульс на выходе компаратора 8. Устройство находится в устойчивом состоянии, при котором код, записанный в реверсивном счетчике, соответствует приложенному на вход АЦП сигналу. При уменьшении входного сигнала разностный сигнал на входе ОУПС 1 становится положительным, начинается процесс интегрирования; на выходе компаратора 8 появляются импульсы, на выходе компаратора 3, за счет интегрирования в области положительных напряжений появляется единичный уровень, что вызывает прохождение импульсов на вход вычитания реверсивного счетчика, т.е. осуществляется следящее преобразование входного сигнала. Thus, when the signal of the DAC 6 coincides with the input signal, the differential voltage at the input of the OOPS 1 is zero, therefore, there is no voltage at the input of the integrator 2 and, accordingly, there is no pulse at the output of the comparator 8. The device is in a stable state, in which the code recorded in the reverse counter corresponds to the signal applied to the input of the ADC. When the input signal decreases, the differential signal at the input of the OOPS 1 becomes positive, the integration process begins; pulses appear at the output of comparator 8, at the output of comparator 3, due to integration in the region of positive voltages, a single level appears, which causes the passage of pulses to the subtraction input of the reverse counter, i.e. The following transformation of an input signal is carried out.

Следует отметить, что устройство стремится свести разностное на входе ОУПС 1 к нулю. Следовательно, коэффициент усиления ОУПС 1 может быть максимально достижимым и ограничивается только шумовыми (флуктуационными) параметрами входного сигнала и самого ОУПС, что в свою очередь, повышает разрешающую способность АЦП практически до уровня шумов входного сигнала. It should be noted that the device seeks to reduce the difference at the input of OOPS 1 to zero. Consequently, the gain of OOPS 1 can be maximally achievable and is limited only by the noise (fluctuation) parameters of the input signal and the OOPS itself, which, in turn, increases the resolution of the ADC to almost the noise level of the input signal.

Claims (1)

СЛЕДЯЩИЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ содержащий последовательно соединенные усилитель, интегратор, выход которого соединен с первым входами двухполупериодного выпрямителя и первого компаратора, второй вход которого является шиной нулевого потенциала, а выход соединен с первым управляющим входом реверсивного счетчика и входом инвертора, выход которого соединен с вторым управляющим входом реверсивного счетчика, счетный вход которого объединен с управляющим входом интегратора и подключен к выходу второго компаратора, первый вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а второй вход с выходом двухполупериодного выпрямителя, при этом выходы реверсивного счетчика соединены с соответствующими входами цифроаналогового преобразователя, отличающийся тем, что усилитель выполнен на операционном усилителе с преобразованием сигнала, потенциальный вход которого соединен с потенциальным выходом цифроаналогового преобразователя и является входной шиной. The NEXT ANALOG-DIGITAL CONVERTER containing a series-connected amplifier, an integrator, the output of which is connected to the first inputs of a half-wave rectifier and the first comparator, the second input of which is a zero potential bus, and the output is connected to the first control input of the reversible counter and the inverter input, the output of which is connected to the second the control input of the reversible counter, the counting input of which is combined with the control input of the integrator and connected to the output of the second comparator, the first input for which it is connected to the output of the reference voltage source, and the second input to the output of a half-wave rectifier, while the outputs of the reverse counter are connected to the corresponding inputs of the digital-to-analog converter, characterized in that the amplifier is made on an operational amplifier with signal conversion, the potential input of which is connected to a potential digital-to-analog output converter and is the input bus.