способ времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код и устройство для его осуществления
Классы МПК: | H03M1/50 с промежуточным преобразованием во временной интервал |
Автор(ы): | Никонов А.В., Морозов А.С. |
Патентообладатель(и): | Омский политехнический институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1989-01-06 публикация патента:
30.06.1994 |
Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение быстродействия аналого-цифрового преобразования при сохранении точности. Цель достигается тем, что по способу времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, основанному на формировании на первом этапе пропорционального входному начального значения основного сигнала, уменьшении его до нуля на втором этапе преобразования, заполнении интервала времени второго этапа импульсами образцовой частоты и формировании кода путем их подсчета, на первом этапе формируют два сигнала одной частоты и фазы, один из которых является образцовым, а другой - подстраиваемым, путем воздействия на подстраиваемый сигнал входным напряжением, изменяют его фазу и по возникшей разности фаз между образцовым и подстраиваемым сигналами формируют начальное значение основного сигнала, а на втором этапе воздействуют основным сигналом на подстраиваемый до равенства нулю разности фаз, а также тем, что в устройстве времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащем преобразователь напряжения в интервал времени, блок сравнения, измеритель временных интервалов и блок управления, вводят последовательно соединенные ключ, сумматор, подстраиваемый генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока. 2 п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, основанный на формировании на первом этапе начального значения основного сигнала, пропорционального входному напряжению, уменьшении его до нуля на втором этапе, заполнение интервала времени от начала до конца второго этапа импульсами образцовой частоты и формировании хода путем их подсчета, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности, дополнительно на первом этапе формируют образцовый и подстраиваемый сигналы с одинаковыми частотой и фазой, путем воздействия на последний входным напряжением изменяют его фазу, при формировании начального значения основного сигнала в качестве последнего используют сигнал, противоположный по знаку входному напряжению и пропорциональный разности фаз образцового сигнала и подстариваемого сигнала с измененной фазой, а на втором этапе, воздействуя основным сигналом на подстраиваемый, изменяют его фазу до тех пор, пока разность фаз его и образцового сигнала не станет равной нулю. 2. Устройство для времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, содержащее преобразователь напряжения в интервал времени, выполненный на генераторе образцовой частоты и ключе, информационный вход которого является входной шиной, а управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, второй выход которого соединен с первым входом измерителя временных интервалов, выходы которого являются выходной шиной, а второй вход соединен с выходом блока сравнения, входы которого подключены к выходу преобразователя напряжения в интервал времени, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия при сохранении точности, в преобразователь напряжения в интервал времени введены последовательно соединенные сумматор, подстраиваемый генератор, фазовый детектор, фильтр нижних частот и усилитель постоянного тока, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом ключа, выход генератора образцовой частоты соединен с вторым входом фазового детектора, выход которого является выходом преобразователя напряжения в интервал времени.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении напряжения в системах контроля электрических параметров электронных схем. Известны способы времяимпульсного АЦП, заключающиеся в том, что измеряемое напряжение сравнивается с напряжением, линейно изменяющимся от нуля до значения Um. Временной интервал формируется с начала цикла до момента совпадения входного и линейно изменяющегося напряжений. Устройство для осуществления данного способа содержит устройство сравнения, первый вход которого является входом устройства, а второй вход соединен с выходом генератора линейно изменяющегося от нуля до Umнапряжения, селектор, первый вход которого соединен с выходом устройства сравнения, а второй - с выходом генератора опорной частоты и счетчика, вход которого соединен с выходом селектора. Время измерения в данном случае постоянно и равно времени возрастания линейно изменяющегося напряжения от нуля до Um плюс время восстановления исходного состояния на выходе генератора линейно изменяющегося напряжения. Этот интервал времени целиком используется для заполнения импульсами опорной частоты только при измерении максимального входного напряжения. При измерении малых напряжений та часть времени измерения, которая заполняется импульсами опорной частоты, значительно сокращается. Это приводит к неэффективности использования устройств, реализующих указанный способ, при измерении напряжений в широком динамическом диапазоне. Известен способ времяимпульсного АЦП, заключающийся в том, что входной сигнал сравнивается с двумя парафазными пилообразными напряжениями. Устройство для осуществления данного способа содержит генератор парафазного пилообразного напряжения с двумя выходами, первый из которых соединен с первым входом первого устройства сравнения, а второй - с первым входом второго устройства сравнения, причем вторые входы устройства сравнения объединены и являются входом устройства, выходы устройства сравнения соединены с входами элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ соединен с первым входом элемента И, второй вход которого соединен с выходом генератора импульсов, а выход - с входом счетчика. К недостаткам указанных способов и устройств, их реализующих, можно отнести низкую точность из-за влияния нелинейности и крутизны линейно изменяющегося напряжения и низкую помехоустойчивость к сетевой помехе. Учитывая недостатки, приведенные способы времяимпульсного АЦП при построении вольтметров используются мало. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является способ времяимпульсного АЦП, согласно которому в первом цикле измеряемое напряжение интегрируется в течение постоянного интервала времени, а во втором цикле напряжение сбрасывается с помощью опорного напряжения. Известно устройство времяимпульсного преобразования постоянного напряжения в код, выбранное в качестве прототипа, содержащее преобразователь напряжения во временной интервал, выполненный на интеграторе, устройство сравнения, измеритель временных интервалов и блок управления. Недостаток известных способа и устройства заключается в том, что большую часть времени измерения составляет время подготовительных операций. Время измерения складывается из времени интегрирования входного напряжения и времени интегрирования опорного, противоположного по знаку входному напряжения. Измерение происходит только во втором такте. В первом такте в течение времени Ти производится интегрирование входного напряжения Ux, в результате напряжение на выходе интегратора равноU1=




t - независимая переменная величина (время). В конце интервала интегрирования напряжение на выходе интегратора U1 = UxTи/RC. В течение второго такта интегрируется опорное напряжение Uоп, имеющее противоположную полярность по отношению к Ux. Интегрирование опорного напряжения продолжается до тех пор, пока выходное напряжение интегратора снова не станет равным нулю. Поэтому в течение времени второго такта напряжение на выходе интегратора
U2(t) =








U2(t) =






Тизм = Ти + Тх. При условии Ux makc = Uоп время измерения максимального входного напряжения Ux makc равно
Тизм = 2























Tизм = Т1 + Тх. Время компенсации возникшего на выходе фазового детектора напряжения Uф целиком определяется инерционностью цепи обратной связи, а время установления фазы подстраиваемого генератора можно принять равным нулю. Исходя из вышесказанного, время Т1 можно считать равным нулю. Отсюда время измерения Тизм = Тх. Учитывая, что при одинаковой опорной частоте, разрешающей способности и одинаковом напряжении Ux время Тх одинаково (интервал времени, который заполняется опорной частотой) для заявляемого устройства и прототипа, имеют сокращение времени измерения в 2 раза, так как у прототипа Тизм = 2 Тх, а по предлагаемому способу Тизм= = Тх. Таким образом, предлагаемый способ при измерении максимально допустимого входного напряжения сокращает время преобразования в 2 раза. При измерении напряжений, меньших максимально допустимого, экономия времени еще большая. Именно заявленная компоновка схемы и ее параметры обеспечивают сокращение времени измерения напряжения. Использование предлагаемых способа времяимпульсного АЦП и устройства позволяет по сравнению с существующим и способами устройствами получить значительное сокращение времени измерения, что важно, например, при использовании их в системах контроля электрических параметров электронных схем. В связи с широким применением в промышленности микропроцессоров, БИС и аналоговых интегральных схем повышенной сложности возникли сложности, связанные с резким увеличением требуемого объема контрольно-диагностических операций, составляющих около 50% общей трудоемкости изготовления электронных изделий. Учитывая, что при контроле современных БИС число тестовых посылок может достигать 500000, становится очевидной необходимость снижения затрат времени на каждую операцию. Это значительно снижает стоимость электронных изделий. Кроме того, изобретение может использоваться в экспериментах при создании быстродействующих многоразрядных средств измерения напряжений.
Класс H03M1/50 с промежуточным преобразованием во временной интервал