173875. lajstromszámú szabadalom • Kapcsolási elrendezés n+2-szeres integrálás megvalósítására
3 173875 4 A szakirodalomban található utalás arra, hogy a dual-ramp elv kiegészíthető egy olyan fázissal, amelyben a mérendő feszültséget integráljuk, s ezzel a dual-slope (kétszeres integrálás) elvének egy olyan változatához jutunk, mely szintén alkalmas a mérőszám karakterenként! generálására. Ez az eljárás éppúgy elveszti a kétszeres integrálás elvének előnyeit mint a dual-ramp elv, hiszen itt sem állandó a komparálási szint. Napjainkban elsősorban a nagysebességű mérésekre alkalmas eszközökben alkalmazzák a dual-ramp eljárást, vagyis a kétsebességű integrálást. A dual-ramp eljárást a 2. ábra szemlélteti. Az idődiagrammból kitűnik, hogy a mérendő jelet valamilyen ismert eljárással, pl. integrálással mintavételezzük, ezután a mérőszám alsó Ni karakter csoportját generáljuk, az Rí referencia érték integrálásával a K! komparálási szint eléréséig a ti periódus idejű órajel számlálásával. A második N2 karakter csoport generálása az R2 referencia érték integrálásával a K2 komparálási szint eléréséig a t2 periódus idejű órajel számlálásával történik. Kézenfekvő tehát, hogy a mérőszám kettőnél több karakter csoportra is bontható, azonban mindegyik a nullától és egymástól különböző komparálási szintet igényel. A dual-ramp eljárást egy általános és gyakorlatban széles körben elterjedt kiviteli kapcsolási elrendezésben mutatja be a 3. ábra. A 3. ábrában feltüntetett kapcsolási elrendezés működése a következő. A mintavételezés ideje alatt a 3 integrátorra a mérendő jel kerül a 2 elektronikus kapcsoló áramkörön keresztül. Ezután az 5 vezérlő áramkör az 1 változtatható referencia forrás RKi 1 kimeneti pontját kapcsolja a 3 integrátorra addig amíg annak kimenetén levő feszültség eléri a Ki komparálási szintet, ekkor a 4 komparátor állapotot változtat, aminek hatására az 5 vezérlő áramkör az 1 változtatható referencia forrás következő RKi 2 kimeneti pontját kapcsolja a 3 integrátorra addig, amíg annak kimeneti feszültsége eléri a K2 komparálási szintet. Az Rj referencia érték integrálása közben a 7 kapuáramkörön keresztül az 5 vezérlő áramkör Ni órajelet juttat a 8 számlálóba, míg az R2 referencia érték integrálása alatt pedig N2 órajel jut a 9 számlálóba. A leszámlált órajelek adják az Ni és N2 karakter csoportokat, amelyeknek helyérték szerinti összege a mért értékre jellemző mérőszám. Az Ni és N2 órajeleket a 6 órajelgenerátor szolgáltatja. A vázolt eljárásokból és a kapcsolási elrendezésből kitűnik, hogy a kétszeres integrálás előnye elsősorban az, hogy a mintavételezés és a mérőszám generálás ideje alatt ugyanaz az órajel és ugyanazok az integráló elemek használhatók, ezért rövid idejű stabilitással rendelkező, kisebb igényű analóg áramkörök alkalmazhatók. A jelentős előny mellett azonban lényeges hátránya, hogy a mérőszám nem generálható karakterenként, ezért bonyolultabb logikai vezérlést, több számlálót és tároló elemet igényel. A dual-ramp eljárás előnye, hogy a mérőszámot karakterenként vagy karakter csoportonként generálja, ezért a logikai vezérlő áramköre egyszerűbb mint általában az integráló típusú átalakítóké. A dual-ramp eljárás hátránya pedig, hogy több komparálási szintet és emellett hosszú idejű stabilitással rendelkező órajelet és áramköri elemeket kell alkalmazni, ezért bonyolultabb analóg áramköröket igényel. Annak ellenére, hogy karakterenként generálja a mérőszámot, több számlálót igényel éppen a több komparálási szint miatt. Az ismert tények alapján a felhasználók és gyártók körében felmerült az az igény, hogy nagy megbízhatóságú és nagy pontosságú berendezések gyártása megoldható legyen egyszerű analóg és logikai áramkörökkel. Mindezekhez hozzájárul, hogy napjaink egyre jobban megnyilvánuló miniatürizálási törekvéseit egyszerűbb felépítésű monolit és hibrid áramkörökkel lehessen kielégíteni. Ismeretes, hogy az n+2-szeres integrálás olyan műveleti sor, mely az integrálással mintavételezett jel n-ik mérőszámát és a hozzátartozó n-ik maradékát a mintavételezést követő adott referencia érték integrálásával, nullkomparálásával és analóg komplementálással képezik. A mintavételezett jel előjelével ellentétes polaritású referencia feszültség integrálásával megállapítható az első karakter (digit, számjegy) úgy hogy a referencia feszültséget a nullkomparálást követő aktuális óraütem végéig integrálják, majd analóg komplementálással a maradék feszültséget az integrátor kimenetén előállítják. Hasonló módon határozzák meg a 3., 4 . . . n-ik karaktereket a mérőszám ábrázolására alkalmazott számrendszerre jellemző bázis egészszámú hatványai szerint csökkenő referencia feszültségek alkalmazásával. Az n-ik karakter előállítása után az integrátort nullázzák. Az általunk kidolgozott, a 4. ábrában bemutatott kapcsolási elrendezés a 3. ábrában megnevezett egységeken kívül a következő egységeket tartalmazza: 10 nullkomparátort, 11 maradékképzést vezérlő logikai egységet, „A” mérendő áramkört. A 4. ábrában bemutatott kapcsolási elrendezésben a 2 elektronikus kapcsoló áramkör egy-egy bemenetére az 5 vezérlő áramkör, a 11 maradékképzést vezérlő logikai egység, az 1 változtatható referencia forrás és az „A” mérendő áramkör egy-egy kimenete van kötve, az ugyanezen egység kimenete pedig a 3 integrátoron és a 10 nullkomparátoron keresztül az 5 vezérlő áramkör egyik bemenetére csatlakozik. Az 5 vezérlő áramkör további kimeneteivel a 12 maradékképzést vezérlő logikai egység és az 1 változtatható referencia forrás egy-egy bemenetére van kötve. All maradékképzést vezérlő logikai egység egy-egy kimenettel az 1 változtatható referencia forrás és az 5 vezérlő áramkör egy-egy bemenetére csatlakozik, a 6 órajel generátor pedig 11 maradékképzést vezérlő logikai egység és az 5 vezérlő áramkör bemenetére csatlakozik. A 2 elektronikus kapcsoló áramkör és a 10 nullkomparátor további egy-egy bemenete a földre van kötve. A 4. ábrán bemutatott kapcsolási elrendezés működése a következő: Az 5 vezérlő áramkör alaphelyzetbe hozza a 11 maradékképzést vezérlő logikai egységet, a 2 elektronikus kapcsolóáramkört és a 3 integrátort. Az első fázisban a 2 elektro-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
