Частотные преобразования

КОМБИНИРОВАННЫЕ АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОМЕЖУТОЧНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГ — ЧАСТОТА

Рассмотренные ранее преобразователи аналог—частота—код ха­рактеризовались одинаковыми алгоритмами кодирования. Основу таких устройств составляли преобразователи аналоговых величин

в частоту следования импульсов. Однако в ряде случаев является выгодным использовать комбинированные устройства, использующие комбинированные алгоритмы.

Комбинированная структура позволяет, сохранив наиболее важ­ное качество преобразователя аналог—частота—высокую помехо­устойчивость — придать ему ряд других свойств — повысить быстро­действие, точность, разрешающую способность. Работа устройства происходит в несколько тактов, зависящих от комбинации исполь­зуемых алгоритмов. Обычно преобразователю аналог—частота отво-

дится роль преобразователя разности аналоговых величин, преобра­зуемой и эталонной, причем эталонная получается в предыдущих тактах путем обратного преобразования код—аналог. В силу того, что преобразователь аналог—частота используется в комбинирован­ном устройстве частично (заполняет только ряд разрядов счетчика), требования к нему снижаются.

Известен другой метод повышения разрешающей способности аналого-цифрового преобразователя при относительном снижении требований к преобразователю аналог—частота [JI. 42], основанный на комбинации методов интегрирующего преобразования и пораз­рядного кодирования с использованием в цепи обратной связи пре­образователя код—напряжение.

Влок-схема преобразователя представлена на рис. 37. Устройство содержит преобразователь напряжения в частоту импульсов, пре­образователь код — напряжение, вентили, счетчик, блок /выработки временного интервала Т^ЗШ = Т1 + Т2.

В начале интервала измерения счетчик сбрасывается на нуль, при этом выходное напряжение преобразователя код—напряжение равно нулю. Измеряемое напряжение подается на вход преобразо­вателя напряжение—частота. Первый такт начинается с момента подачи на вход вентиля В сигнала с блока управления. Через открытый вентиль В і с блока выработки временного интервала импульс длительностью Ті открывает вентиль В2 и через В3 на старшие разряды счетчика начинают поступать выходные импульсы преобразователя напряжение—частота.

Число, накопленное в старших разрядах счетчика за интервал измерения Т, представляет собой результат измерения напряжения с погрешностью приблизительно 0,3%. Эта погрешность включает погрешность дискретности (±1) и суммарную погрешность преобра­зователя напряжение—частота и блока выработки временного ин­тервала Т.

Число, накопленное в старших разрядах счетчика дешифрируется преобразователем код—напряжение и выходное напряжение £/к последнего, образуя разность с входным напряжением UBXf подается на преобразователь напряжение—частота.

В начале второго такта с блока управления подается сигнал на вентиль и через открытый вентиль В4 сигнал с блока выра­ботки временного интервала длительностью Т2 открывает вентиль Въ, через который на младшие разряды счетчика начинают поступать импульсы с преобразователя напряжение—частота. Происходит лре - образование разностного напряжения (UBX—Uк) в частоту импуль­сов. На счетчике корректируется общий результат преобразования. Логическая схема определяет знак разности напряжений (UBX—'t/к) по отношению к Uвх и дает команду на суммирование или вычи­тание выходных импульсов преобразователя напряжения в частоту во время второго такта с приближенным результатом, полученным в первом такте преобразования.

На этом цикл измерения заканчивается.

За счет такого построения схемы снижаются требования к рабо­чим характеристикам преобразователя напряжение—частота, ибо собственная погрешность преобразователя имеет второстепенное зна­чение; можно снизить номинальную частоту выходного сигнала пре­образователя без снижения при этом его быстродействия, так как фактически преобразователем напряжение—частота в каждом такте производится заполнение только нескольких разрядов счетчика.

Однако помехоустойчивость комбинированного преобразователя по сравнению с обычным преобразователем напряжение—частота снижается, ибо во втором такте измерения на вход преобразователя действует неослабленная помеха и разность напряжений (UBX—Uк), которая может оказаться меньше уровня помехи.

Выходная частота, соответствующая большому уровню помехи, может превысить максимальную рабочую частоту преобразователя, и последний начинает работать в нелинейном режиме.

Следует заметить, что возможности описанного выше комби­нированного преобразователя могут быть расширены, например, уве­личением быстродействия, если вместо двух тактов ввести m тактов, меняя крутизну характеристики вход—выход преобразователя ана­лог—частота от одного такта к другому и преобразуя в каждом последующем разность между преобразуемой аналоговой величиной и суммарным эталонным напряжением предыдущих тактов путем обратного преобразования код—аналог.