SU984035A1 - Adaptive analogue-digital converter - Google Patents

Description

54) АДАПТИВНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ54) ADAPTIVE ANALOG-DIGITAL CONVERTER

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может найти применение в системах автоматики, вычислительной техники и средств св зи.The invention relates to a measurement technique and can be used in automation systems, computer engineering and communications equipment.

Известен аналого-цифровой преобразователь с промежуточным преобразованием во временной интервал, содто щий из нуль-органа, генератора /1илообразного напр жени , счетчика, генератора тактовых импульсов и логического блока Cl .An analog-to-digital converter with an intermediate conversion to a time interval consisting of a zero-body, a generator / 1-voltage, a counter, a clock generator, and a logic block Cl is known.

Недостатками этого преобразова .тел   вл ютс  низка  помехозащищен .ность и невысока  точность.The disadvantages of this transducer are low noise immunity and low accuracy.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  аналого-цифровой преобразователь с многоступенчатым интегрированием, содержащий источник опорного напр жени , соединенный со входом ключа , второй ключ, вход которого соединен с входом шиной устройства, выходы ключей объединены и подключены через резистор ко входу операционного усилител , в цепь обратной св зи которого включен конденсатор, выход операционного усилител  подключен к нуль-органу, генератор синхоимпульсов, счетчик и блокThe closest in technical essence to the invention is an analog-to-digital converter with multi-stage integration, containing a source of reference voltage, connected to the key input, a second key, whose input is connected to the device bus input, key outputs, and connected through a resistor to the input of the operational amplifier The feedback circuit of which includes a capacitor, the output of the operational amplifier is connected to a null organ, a clock generator, a counter and a block.

управлени , входал которого подключены соответственно к выходкам нульоргана и генератора синхроимпульсов , выходы блока управлени  подсоединены соответственно ко входу счет чика импульсов и к управл ющим входам ключей, выход счетчика подключен к соответствующему входу блока управлени  С2.the control, whose input is connected respectively to the taps of the nullorgan and the clock generator, the outputs of the control unit are connected respectively to the input of the pulse counter and to the control inputs of the keys, the output of the counter is connected to the corresponding input of the control unit C2.

10ten

Известный аналого-цифровой преобразователь обладает высокой помехозащищенностью и характеризуетс  высокой .точностью преобразовани .The known analog-to-digital converter has a high noise immunity and is characterized by high conversion accuracy.

Однако дл  входных напр жений с However, for input voltages with

15 большим динамическим диапазоном изменени  сигнала относительна  погрешность преобразовани  зависит от амплитуды входного сигнала и определ еус  по формуле15 for a large dynamic range of signal variation, the relative conversion error depends on the amplitude of the input signal and is determined by the formula

2020

100У,1 (%), (2 -ilVt. .где Д -.относительна  погрешность преобразовани  ; 100U, 1 (%), (2 -ilVt. Where D is the relative conversion error;

Vpнапр жение источника опор25 ного напр жени  , УХ - напр жение входного сигнала ;Vp is the voltage source of the reference voltage, UX is the voltage of the input signal;

Claims (2)

П - число разр дов счетчика. Таким образом, дл  входных сиг30 налов с минимальной величиной напр жени  относительна  погрешность преобразовани  будет максимальна. Цель изобретени  -.повышение точности преобразовани . Указанна  цель достигаетс  тем, что в аналого-цифровой преобразоваталь , содержащий источник опорного напр жени , соединенный с входом ключа, второй ключ, вход которого соединен с входной шиной устройства , выходы ключей объединены и подключены через резистор к входу операционного усилител , в цепь обратной св зи которого включен конденсатор , выход операционного усилител  подключен к нуль-органу, генератор синхроимпульсов, счетчик и блок управлени , входы которого подключены соответственно к выходам нуль-органа и генератора синхроимпульсов , выходы блока управлени  по ключены к входу счетчика импульсов И: к управл ющим входам ключей, выхо счетчика-подключен к соответствующе му входу блока управлени , введены второй источник опорного напр жени  третий ключ, второй резистор и компаратор , выходы третьего ключа и компаратора подключены к входной ши не устройства, второй вход компарат ра соединен с выходом второго источ ника опорного напр жени , выход компаратора подключен к входу блока управлени , управл ющий вход третье го ключа соединен с выходом блока управлени , выход третьего ключа че рез второй, резистор подключен к вхо ду операционного усилител , На чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого преобразовател . Он содержит источник 1 и 2 опорного напр жени ,,ключи 3-5, компаратор 6, блок 7 управлени , счетчик 8, резисторы 9 и 10, конденсато 11, операционный усилитель 12, нуль орган 13, генератор 14 синхроимпуль сов. Операционный усилитель 12, . конденсатор 11 и один из резисторов 9, 10 составл ют схему интегратора. Преобразователь работает следующим образом. Допустим, что измер емый сигнал имеет напр жение, большее чем напр жение источника 2 опорного напр жени , T.e.Vj( V . Тогда с выхода компаратора 6 в блок 7 управлени  поступает высокий уровень сигнала. В результате этого в начале цикла преобразовани  блок 7 управлени  замыкает ключ 4 ключи 3 и 5 при этом разомкнуты ), подава  через резистор 9 на вход интегратора измер емое напр жение Vx В это же врем  на вход счетчика 8 начинают поступать синхроимпульсы от генератора 14. По истечении некоторого ин тервала времени Т, величина которого определ етс  количеством импул сов, поступивших в счетчик 8 (например , переполнение счетчикаJ, на выходе интегратора формируетс  напр жение -R,c j сопротивление резистора 9; С - емкость конденсатора 11. В это врем  блок 7 управлени  размыкает ключ 4, сбрасывает счетчик 8 и замыкает ключ, 3. При этом на вход интегратора поступает напр жение - Vf. от источника 1 опорного напр жени . Интегрирование продолжает с  до тех пор, пока напр жение на выходе интегратора станет равным нулю. В .этот момент времени с выхода нульоргана 13 в блок 7 управлени  поступает низкий уровень сигнала, который блокирует счетчик 8 и размыкает ключ 3. На этом цикл преобразовани  заканчиваетс  . Поскольку Напр жение на выходе интегратора в начале и в конце цикла одинаково и равно нулю, то можно записать уравнение (-VJolt 0, v. откуда где Tj - длительность цикла преобразовани  ; п - количество разр дов счетчика 8 ; N - число S счетчике 8 и в конце цикла преобразовани . Если величина входного сигнала V оказалась меньше напр жени  источника 2 опорного напр жени , т.е. .x TflTO в блок 7 управлени  поступает низкий уровень сигнала с выхода компаратора 6. Это приведет к замыканию в начале цикла преобразовани  ключа 5. При этом в конце интервала Т на выходе интегратора формируетс  напр жение В конце цикла преобразовани  напр жение- на выходе интегратора описываетс  уравнением ( -Vr), откуда h. где Rj - сопротивление резистора 10 N число в счетчике 8 в конце цикла. . Если прин ть соотношение сопроти лений Ъ где Е - целочисленна  функци ; к имальный и минимальный уровни входно го сигнала, то чтобы числами N в счетчике 8 имели одинаковый масштаб, число Ы необходимо разделить на 2. Это означает , что в этом случае зап тую в с гетчике необходимо перенести на Ю разр дов влево. Сигнал переноса зап той с блока 7 управлени  поступает на выход уст ройства. Дл  максимального использовани  всех разр дов счетчика 8 напр жение f источника 2 опорного напр же , ни  следует выбирать из услови  Таким образом, при изменении на пр жени  входного сигнала в диапаз не .,,.преобразование произв дитс  с относительной погрешностью Д а в диапазоне tV,Vj( погрешностью - Благодар  такому схемному решению точность измерени  входных сигналов с минимальным напр жением повьппаетс  в 2 раз. Формула изобретени  Адаптивный аналого-цифровой преобразователь , содержащий источник опорного напр жени , соединенный с входом ключа,второй ключ,вход которого соединен с входной шиной устройства выходы ключей Объединены и подт ключены через резистор к входу операционного усилител , в цепь обратной св зи которого включен конденсатор, выход операционного усилител  подключен к нуль-органу, генератор синхроимпульсов , счетчик и блок управлени , входы которого подключены соответственно к выходам нуль-органа и генератора синхроимпульсов, выходы блока управлени  подсоединены к входу счетчика импульсов и к.управл ющим входам ключей,, выход счетчика подключен к ссоответствующему входу блока, управлени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, в него введены второй источник опорного напр жени , третий ключ, второй резистор и компаратор, выходы третьего ключа и компаратора подключены к входной шине устройства, второй вход компаратора соединен с выходом второго источника опорного напр жени , выход компаратора подключен к входу блока управлени , управл ющий вход третьего ключа соединен с выходом блока управлени , выход третьего ключа через второй резистор подключен к входу операционjHoro усилител . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Швецкий Б.И.Электронные измерительные приборы с цифровым отсчетом . Киев, Техника, 1970,с. 34, рис. 8. P - the number of bits of the counter. Thus, for input signals with a minimum voltage value, the relative conversion error will be maximum. The purpose of the invention is to increase the conversion accuracy. This goal is achieved by the fact that in an analog-to-digital converter containing a source of reference voltage connected to the key input, a second key, the input of which is connected to the input bus of the device, the key outputs are combined and connected via a resistor to the input of the operational amplifier, The capacitor is turned on, the output of the operational amplifier is connected to the zero-organ, the clock generator, the counter and the control unit, the inputs of which are connected respectively to the outputs of the zero-organ and the clock generator pulses, the outputs of the control unit are connected to the input of the pulse counter I: to the control inputs of the keys, the output of the counter is connected to the corresponding input of the control unit, a second voltage source is supplied, the third key, the second resistor and comparator, the outputs of the third key and the comparator are connected the second input of the comparator is connected to the output of the second source of the reference voltage, the output of the comparator is connected to the input of the control unit, the control input of the third switch is connected to the output of the control unit, the output of the third key through the second, the resistor is connected to the input of the operational amplifier. The drawing shows a block diagram of the proposed converter. It contains the source 1 and 2 of the reference voltage, keys 3-5, comparator 6, control unit 7, counter 8, resistors 9 and 10, condensate 11, operational amplifier 12, zero organ 13, generator 14 sync pulses. Operational amplifier 12,. the capacitor 11 and one of the resistors 9, 10 constitute an integrator circuit. The Converter operates as follows. Let us assume that the measured signal has a voltage greater than the voltage of the source 2 of the reference voltage, TeVj (V.) Then, from the output of the comparator 6, the control unit 7 receives a high signal level. As a result, at the beginning of the conversion cycle, the control unit 7 closes the key 4, the keys 3 and 5 are open at the same time), applying the measured voltage Vx to the integrator input through the resistor 9. At the same time, synchro pulses from the generator 14 begin to flow to the input of the counter 8. After a certain time interval T, the value of which is determined to By the number of impulses received in counter 8 (for example, counter overflow J, the integrator voltage forms -R, cj resistance of resistor 9; C - capacitor 11 capacitance. At this time, control unit 7 opens key 4, resets counter 8 and closes key 3. At the same time, the input of the integrator is a voltage - Vf., From the source of the reference voltage 1. The integration continues from until the voltage at the integrator's output becomes equal to zero. At this point in time, from the output of the nullorgan 13, the control unit 7 receives a low signal level, which blocks the counter 8 and opens the key 3. At this the conversion cycle ends. Since the voltage at the integrator output at the beginning and at the end of the cycle is the same and zero, we can write the equation (-VJolt 0, v. Whence where Tj is the conversion cycle time; n is the number of bits of the counter 8; N is the number S of the counter 8 and at the end of the conversion cycle. If the value of the input signal V is less than the voltage of the source 2 of the reference voltage, i.e. .x TflTO, the control unit 7 receives a low level from the output of the comparator 6. This will cause a short at the beginning of the key conversion cycle 5. At the same time, at the end of the interval T at the output At the end of the conversion cycle, the voltage-at the output of the integrator is described by the equation (-Vr), whence h. where Rj is the resistance of the resistor 10 N. the number in the counter 8 at the end of the cycle.If we take the ratio of resistivity b where E - integer function; to the minimum and minimum levels of the input signal, so that the N numbers in the counter 8 have the same scale, the number S should be divided by 2. This means that in this case the comma from the getchik should be moved to the left of the bit. . A comma transfer signal from control block 7 is output to the device. To maximize the use of all the bits of the counter 8, the voltage f of the source 2 of the reference voltage should not be chosen from the condition. Thus, when the input signal is changed by the input voltage in the range. ,,., The conversion is performed with a relative error D a , Vj (error - Thanks to this circuit, the accuracy of measuring input signals with a minimum voltage is doubled. Invention Adaptive analog-to-digital converter containing a reference voltage source connected to key house, the second key, the input of which is connected to the input bus of the device, the outputs of the keys are combined and connected via a resistor to the input of the operational amplifier, the feedback circuit of which includes a capacitor, the output of the operational amplifier is connected to the zero-body, clock generator, counter and unit control inputs of which are connected respectively to the outputs of the zero-organ and clock generator, the outputs of the control unit are connected to the input of the pulse counter and to the control inputs of the keys, the output of the counter is connected A control unit, characterized in that, in order to increase accuracy, a second reference voltage source, a third key, a second resistor and a comparator, the outputs of the third key and a comparator are connected to the input bus of the device, the second comparator input is connected to the output of the second source of reference voltage, the output of the comparator is connected to the input of the control unit, the control input of the third key is connected to the output of the control unit, the output of the third key is connected via the second resistor to the input of the opera Horo Amplifier. Sources of information taken into account in the examination 1.Shvetsky B.I. Electronic measuring devices with digital readout. Kiev, Technique, 1970, p. 34, fig. eight. 2.Харрисон Т. Управл ющие вычислительные машины в АСУ технологическими процессами. Мир, 1975, т. 1, с. 309, фиг. 3-87 (прототип).2. Harrison T. Control computers in ACS technological processes. World, 1975, t. 1, p. 309, FIG. 3-87 (prototype).