Пристрій корекції нуля аналого-цифрового перетворювача

Пристрій корекції нуля аналого-цифрового перетворювача, що містить цифро-аналоговий перетворювач, вихід якого з'єднаний з першим входом підсилювача-суматора, а вихід підсилювача-суматора з'єднаний із входом аналого-цифрового перетворювача, що відрізняється тим, що в нього додатково введено регістр послідовного наближення, джерело зсуву на половину молодшого значу щого розряду і ключ, перший вивід якого з єднаний з виходом джерела зсуву на половину молодшого значущого розряду, другий вивід з другим входом підсилювача-суматора, керуючий вхід ключа - із входом "Ознака нуля", а тактовий вхід і вхід установлення регістра послідовного наближення з'єднані, ВІДПОВІДНО, з тактовим виходом і виходом установлення схеми керування, інформаційний вхід регістра послідовного наближення - з виходом знакового розряду аналого-цифрового перетворювача, вихід регістра послідовного наближення - із входом цифро-аналогового перетворювача, а керуючі входи схеми керування і комутатора з'єднані із входом "Ознака нуля", перший вхід комутатора із входом пристрою, другий вхід - із входом "Рівень нуля", вихід комутатора - з третім входом підсилювача-суматора Винахід належить до аналого-цифрових пристроїв і може бути використаний для підвищення швидкодії й точності підстроювання нуля аналогоцифрових перетворювачів (АЦП) Відомий пристрій корекції нуля аналого-цифрового перетворювача (див а с СРСР № 571895, кл НОЗк 13/02), який містить АЦП, елементи збігу, дискримінатор, інвертор, виконавчий вузол корекції Суттєвими ознаками аналога й винаходу, що збігаються, є АЦП, елементи збігу Недоліком цього пристрою є малий діапазон і низька точність підстроювання Відомий також багатограничний цифровий вольтметр з автоматичною корекцією нуля (див а с СРСР № 534863, кл НОЗк 13/02), який містить перемикач границь вимірювання, нуль-орган, масштабний перетворювач, лічильники імпульсів, керуючий пристрій, елементи І, перетворювач коду в напругу Суттєвими ознаками аналога й винаходу, що збігаються, є керуючий пристрій, перетворювач коду в напругу Недоліком цього пристрою є його низька швидкодія, обумовлена наявністю двох циклів підстроювання, і низька точність підстроювання Найбільш близьким за технічною сутністю й результатом, який досягається, до винаходу є пристрій автоматичного установлення нуля в АЦП (див "Электроника", № 19, 1973 - С 60), який містить АЦП, декадний лічильник, схеми І та цифроаналоговий перетворювач (ЦАП) Напруга помилки формується за допомогою імпульсної ПОСЛІДОВНОСТІ, що надходить з виходу послідовного коду АЦП Залежно від знака розряду лічильники працюють у прямому або зворотному напрямку, змінюючи вихідну напругу ЦАП і, отже, вхідну напругу зсуву нуля АЦП Недоліком цього пристрою є його низька швидкодія і точність підстроювання нульового рівня Низька швидкодія обумовлена тим, що для формування компенсуючої напруги застосовано алгоритм послідовної лічби, при якому час підстроювання пропорційний напрузі зсуву нуля Точність підстроювання пристрою не перевищує одного молодшого значущого розряду АЦП, тому що підстроювання припиняється після установлення на виході АЦП нульового коду В основу винаходу поставлено задачу створення пристрою, який дозволяє з більшою точністю й швидкістю виконувати підстроювання нуля АЦП 3 цією метою у пристрій автоматичного установлення нуля в АЦП додатково введено регістр послідовного наближення (РПН), джерело зсуву на половину молодшого розряду (МРЗ) і ключ, перший вивід якого з'єднаний з виходом джерела зсуву на половину МЗР, другий вивід - із входом підсилювача-суматора, керуючий вхід - із входом ю 42175 "Ознака нуля", а тактовий вхід і вхід установлення РПН з'єднані, ВІДПОВІДНО, з тактовим виходом та виходом установлення схеми керування, інформаційний вхід -з виходом знакового розряду АЦП, вихід - із входом ЦАП, а керуючі входи схеми керування і комутатора з'єднані із входом "Ознака нуля", перший вхід комутатора - із входом пристрою, другий вхід - із входом "Рівень нуля", вихід комутатора - з третім входом підсилювача-суматора Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю ознак винаходу та технічним результатом полягає в такому Для підвищення швидкодії і точності підстроювання нуля у пристрій корекції нуля аналогоцифрового перетворювача, додатково введено регістр послідовного наближення, джерело зсуву на половину молодшого значущого розряду і ключ з ВІДПОВІДНИМ їх підключенням у схемі Технічне рішення, пояснюється малюнками, де на фіг 1 зображено структурну схему пристрою корекції нуля аналого-цифрового перетворювача, на фіг 2 - часові діаграми пристрою, а на фіг 3 приклад технічної реалізації схеми 16 керування пристрою На фіг 2 9 - сигнал на вході "Ознака нуля" пристрою, 10 - сигнал на тактовому вході РПН, 11 сигнал на вході установлення РПН, 12 - сигнал на виході знакового розряду АЦП, 13 - сигнал на аналоговому вході АЦП, зображений у масштабі шкали АЦП На фіг 3 19 - сигнал на виході 1 генератора тактових імпульсів (тактовий вихід схеми керування), 20 - сигнал "Ознака нуля" на вході 2 установлення лічильника в "0", 21 - сигнал на виході 3 другого розряду лічильника, 22 - сигнал на лічильному вході 4 лічильника, 23 - сигнал на виході 5 першого розряду лічильника (вихід установлення схеми керування) На фіг 3 генератор тактових імпульсів виробляє неперервну ПОСЛІДОВНІСТЬ тактових імпульсів (див фіг 3 поз 19) і видає їх на тактовий вихід 1 схеми 16 керування Сигнал зі входу "Ознака нуля" пристрою приходить на керуючий вхід і через інвертор потрапляє на вхід 2 скидання лічильника (див фіг 3 поз 20) Цим лічильник переводиться у робочий стан, тому що до приходу сигналу із входу "Ознака нуля" усі виходи лічильника перебували у стані логічного "0", перші два такти на вході схеми збігу зберігається сигнал логічної " 1 " , і тактові імпульси потрапляють на лічильний вихід 17 лічильника (див фіг 3 поз 22) По приходу першого тактового імпульсу на вхід 17 лічильника на виході 18 першого розряду лічильника установлюється стан логічної " 1 " , а по приходу другого тактового імпульсу знов стан логічного "0" (див фіг 3 поз 23) По приходу другого тактового імпульсу на виході 16 другого розряду лічильника установлюється сигнал рівнем логічної " 1 " (див фіг 1 8), який через інвертор замикає схему збігу Таким чином, схема 16 керування формує на своїх виходах тактові імпульси та сигнал установлення Генератор тактових імпульсів описаний в літературі ("Справочник по микроэлектронной импульсной технике" под ред В Н Яковлева - К Техника, 1983 - С 157, рис 7 14) Як лічильник може бути використана мікросхема 533ИЕ7, описана в технічних умовах 6КО 347 141 ТУЗ На фіг 1 регістр 5 послідовного наближення може бути реалізований за мікросхемою 564ИР13, описаною в технічних умовах 6К0 347 064 ТУ25 Пристрій корекції нуля аналого-цифрового перетворювача (див фіг 1) містить комутатор 1, джерело 2 зсуву на половину МЗР, схему 3 керування, ключ 4, регістр 5 послідовного наближення, цифро-аналоговий перетворювач 6, підсилювачсуматор 7, аналого-цифровий перетворювач 8 Перший вхід комутатора 1 з'єднаний із входом пристрою Другий вхід комутатора 1 з'єднаний із входом "Рівень нуля" пристрою Керуючий вхід комутатора 1 з'єднаний із входом "Ознака нуля" пристрою, а вихід комутатора 1 - з третім входом підсилювача-суматора 7 Джерело 2 зсуву на половину МЗР через ключ 4 з'єднаний з другим входом підсилювача-суматора 7 Керуючий вхід ключа 4 з'єднаний із входом "Ознака нуля" пристрою Вхід "Ознака нуля" пристрою з'єднаний з керуючим входом схеми 3 керування Тактовий вихід і вихід установлення схеми 3 керування з'єднані ВІДПОВІДНО з тактовим входом і входом установлення регістра 5 послідовного наближення (РПН) Вихід регістра 5 послідовного наближення через ЦАП 6 з'єднаний з першим входом підсилювача-суматора 7 Вихід підсилювача-суматора 7 з'єднаний із входом АЦП 8 Вихід знакового розряду АЦП 8 підключений до інформаційного входу регістра 5 послідовного наближення Пристрій корекції нуля аналого-цифрового перетворювача працює таким чином Для проведення корекції зсуву нуля АЦП 8 на вхід "Ознака нуля" пристрою подається сигнал (див фіг 2 поз 9) За цим сигналом комутатор 1 переключає третій вхід підсилювача-суматора 7 із входу пристрою, на який надходить аналоговий вхідний сигнал, до входу "Рівень нуля" пристрою, на який подається напруга, що відповідає нульовому рівню вхідного сигналу Ця напруга надходить на підсилювач-суматор 7, де вона підсумовується з напругою, установленою раніше на виході ЦАП 6, і передається на вхід АЦП 8 (див фіг 2 поз 13, момент часу t2) В цей же час за сигналом "Ознака нуля" пристрою схема 3 керування видає на вхід установлення РПН 5 сигнал установлення РПН 5 у початковий стан (див фіг 2 поз 11) За цим сигналом РПН 5 установлює на своєму виході логічний "0" у старшому і ЛОГІЧНІ " 1 " в решті розрядів - код, що відповідає середині шкали ЦАП 6 (див фіг 2 поз 13, момент часу t2) Після ЦЬОГО за алгоритмом послідовного наближення пристрій виконує підбір напруги на вході підсилювача-суматора 7, яка компенсує зсув нуля АЦП 8 Ця напруга формується на виході ЦАП 6 таким чином На тактовий вхід РПН 5 зі схеми 3 керування надходять тактові імпульси (див фіг 2 поз 10) Якщо до приходу першого тактового імпульсу після сигналу установлення (див фіг 2 поз 13, момент часу t3) напруга на вході АЦП 8 виявилась вищою за рівень переключення знакового розряду, на виході знакового розряду АЦП 8 установлюється сигнал логічного нуля, або одиниці, якщо напру 42175 га на вході АЦП 8 виявилась нижчою за рівень переключення знакового розряду Інформація про знак надходить на інформаційний вхід РПН 5 і записується в його старший розряд, а на виході наступного за старшим розрядом установлюється нуль 3 приходом наступного такту відбувається установка значення наступного розряду Таким чином, за декілька тактів, КІЛЬКІСТЬ ЯКИХ дорівнює розрядності ЦАП 6 (на фіг 2 для прикладу розрядність ЦАП дорівнює 8), за алгоритмом послідовного наближення на РПН 5 установлюється код, а на виході ЦАП 5 напруга, яка компенсує зсув нульового рівня АЦП 8 АЦП 8 у цьому процесі використовується як нуль-орган Рівень напруги на шкалі АЦП 8, на який необхідно виконувати підстроювання нуля з точністю, що перевищує один МЗР АЦП 8, лежить в середині дискрета, який відповідає коду "0" (див фіг 2 поз 13 "Рівень нуля АЦП") Зміна знака числа на вході АЦП 8 відбувається не на рівні справжнього нуля АЦП 8, а на рівні переключення знакового розряду, віддаленого від справжнього нуля АЦП 8 на половину дискрета в область негативних чисел Таким чином, якщо корекція нуля здійснюється з використанням зміни знаку, підстроювання здійснюється не на рівень нуля АЦП 8, а у значення мінус 0,5 МЗР Для здійснення підстроювання у справжній нуль ключ 4 за сигналом з входу "Ознака нуля" пристрою (див фіг 2 поз 9) до початку підстроювання підключає на вхід підсилювача-суматора 7 джерело 2 зсуву, за допомогою якого на вході АЦП 8 створюється додатковий зсув на мінус 0,5 МЗР По закінченні процесу підстроювання для установлення на вході АЦП 8 напруги, яка відповідає справжньому нулю АЦП 8, ключ 4 за командою із входу "Ознака нуля" пристрою відключає від входу підсилювача-суматора 7 джерело 2 зсуву на половину МЗР Після ЦЬОГО, пристрій переходить у робочий режим (обробки вхідного сигналу) Комутатор 1 знову підключає до входу підсилювача-суматора 7 аналоговий вхідний сигнал РПН 5 у робочому режимі зберігає на своєму виході установлений код, а ЦАП 6 напругу, яка компенсує зсув нульового рівня АЦП 8 до початку наступного циклу підстроювання і приходу на вхід установлення РПН 5 сигналу установлення зі схеми 3 керування Тактові імпульси в робочому режимі можуть продовжувати надходити на тактовий вхід РПН 5, тому що вони вже не впливають (після перших восьми імпульсів) на стан виходу РПН 5 (див , наприклад, технічні умови на м с 564ИР13) Вхсд о РШиь Вихід нцая Ознака миля Фіг. 1 42175 Фіг. 2 j€ СТ і о ІЧ Фіг. З ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Киів-133, бульв Лесі Українки, 26 (044)295-81-42, 295-61-97 Підписано до друку Обсяг обл -вид арк 2002 р Формат 60x84 1/8 Тираж 50 прим Зам УкрІНТЕІ, 03680, Киів-39 МСП, вул Горького, 180 (044) 268-25-22