5.7.3. Схема преобразования напряжения в код с трехтактным интегрированием

Как указывалось при методе двойного интегрирования (двухшагового преобразования) точность работы не зависит от линейности пилы и стабильности частоты счёта.

Ошибки из-за импульсных помех сводятся к минимуму по той причине, что выходной сигнал сперва лишь интегрируют, а фактическое преобразование аналоговой величины в цифровую происходит только во время второго интегрирования, когда входной сигнал отключают от преобразователя.

Однако эти преимущества двухшагового преобразователя приводят к потере быстродействия. Для устранения этого недостатка применяется схема трехшагового преобразователя (рис. 5.19) и временная диаграмма (рис. 5.20).

Рис. 5.19. Схема трёхшагового преобразователя.

Рис. 5.20. Временна диаграмма работы трехшагового преобразователя.

Данная схема от двухшаговой отличается тем, что в ней шаг интегрирования разбит на два этапа – грубый и точный.

В преобразователе три основных аналоговых величины:

- входное напряжение ;

- первое опорное напряжение ;

- второе опорное напряжение , придв. разр.

Моменты поступления аналоговых сигналов на вход интегратора задает блок управления.

Полный цикл преобразования состоит из трёх разделённых по времени операций:

1. Интегрирование в течение фиксированного интервала времени

2. Интегрирование , продолжающегося до тех пор, пока напряжение на выходе интегратора не упадёт до уровня, соответствующему порогу срабатывания компаратора 1и не пройдёт очередной импульс грубого отчёта, отсекая целое число квантов ГО.

3. Интегрирование , продолжающееся до тех пор, пока напряжение интегратора не достигнет уровня порога срабатывания компаратора 2.

Во время первых двух шагов импульсы накапливаются в секции 1 счётчика, а во время третьего – в секции 2.

Цикл преобразования начинается в момент времени .

Начальное напряжение на выходе интегратора равно

.

–напряжение статической ошибки, возникающей вследствие временных задержек в цепях преобразователя.

Обе секции счетчика сброшены на нуль. Блок управления замыкает ключ и размыкает ключии, тем самым подключаетна вход интегратора.

После этого интегрируется в течении фиксированного интервала времени,, определяемого как время, которое требуется, чтобы в первой секции счётчика накопилосьимпульсов. Последний импульс сбрасывает первую секцию на нуль. Напряжение на выходе интегратора в этот момент:

.

–средняя величина входного напряжения за время интегрирования.

Вслед за этим немедленно начинается второй этап интегрирования, – размыкается,– замыкается и подаётна вход интегратора.выбирается равным по величине. Интегрирование продолжается до момента, когда напряжение на интеграторе сравняется си пройдёт полный импульс ГО, тем самым отсекая целое число.

Во время интегрирования счётные импульсы поступают только в секцию 1 (на каскад ). К моментучисло импульсов в счётчике будет:

Поскольку подаётся на каскад, то цена этих импульсов должна быть соответственно враз больше.

Напряжение на выходе интегратора в момент времени равно:

Начинается третий точный этап, – замкнут, оба других ключа разомкнуты.

В интервал времени происходит интегрирование, где– момент переброса компаратора.

На протяжении этого времени работает секция 2. К моменту во второй секции будет число импульсов:

Каждые импульсов дают переполнение секции 2 и перенос в секцию 1.

В момент напряжение на интеграторе равно:

Из-за напряжения ошибки в интеграторе и времени задержки в компараторе 2, это напряжение не равно нулю. Поскольку схема работает непрерывно, то равно начальному напряжению.

Таким образом можно написать:

Подставив значения

, ,,

получим

.

Таким образом накопленное в счётчике к концу цикла число, есть двоичное представления среднего по интервалу входного напряжения, причём разрешающая способность преобразователя равна.

Быстродействие. Поскольку в каждом периоде для измерения максимально возможного необходимо отсчитать максимальное время, при преобразованииразрядами, то время

=

Для двухшагового или. То есть примерно в 85 раз быстрее, чем двухшаговый.

Влияние сдвига нулевого уровня (статическая ошибка) возникает как результат постоянных временных задержек и оказывает влияние в случае их нестабильности.