Из полученного выражения видно, что результат преобразования не зависит ни от частоты входного сигнала, ни от частоты квантующих импульсов. Однако следует отметить, что выражение для N x получено, во-первых, без

Рисунок 2.15

учета погрешности от квантования, во-вторых, при выводе выражения для N x

считалось, что f0 и частота входного сигнала f не изменяются в течении времени Tц и, в-третьих, не учтена погрешность формирования интервала tx ,

вызванная, например, изменением амплитуд входных сигналов U1 и U2 .

Инструментальные погрешности. Если в одном из двух напряжений

интервал времени между моментами перехода через нуль отрицательных полуволн. Отсюда ясно, что погрешность от наличия постоянной составляющей можно исключить, если фазовый сдвиг определять как среднее арифметическое измерений t1 и t2 за один период входного напряжения.

55

может быть неидентичность формирователей Ф1 и Ф2. Для исключения такой погрешности применяют метод периодического сравнения. Структурная схема АЦП с коррекцией инструментальной погрешности приведена на рис. 2.16, а

Рисунок 2.16

временные диаграммы работы АЦП, поясняющие принцип коррекции, изображены на рис. 2.17. Блок управления (БУ) подключает к формирователю Ф1, то напряжение U1, то напряжение U2 . Поэтому на выходе триггера за

обусловленного неидентичностью формирователей Ф1 и Ф2. Второй интервал времени t2 равен t , поскольку он формируется тогда, когда на оба формирователя подано одно и то же напряжение U2 . Импульсы с блока управления синхронно с изменением положения ключа Кл изменяют режим работы реверсивного счетчика СТ. В процессе квантования t1 счетчик работает

56

Рисунок 2.17

на сложение, а t2 - на вычитание. При наличии неидентичности формирователей из результата, полученного на счетчике в первую половину периода TБУ , во второй половине TБУ из счетчика будет исключено количество импульсов, пропорциональное t .

2.4. Аналого-цифровое преобразование частоты периодического сигнала

Принцип действия наиболее распространенных АЦП частоты основан на сопоставлении суммарного времени прохождения N x импульсов, которые формируются по одному на каждый период неизвестной частоты f x , с

известным промежутком времени t0 . В этом случае без учета погрешности имеем

Nx

∑Txi = t0

i=1

или при Txi =Tx

N x Tx = t0 .

а)

б) Рисунок 3.18

и N x пропорционально среднему за время t0 значению искомой частоты f x .

Рассмотрим структурную схему АЦП, изображенную на рис. 2.18а. Входной периодический сигнал с измеряемой частотой f x поступает на вход

58

формирователя импульсов Ф. С выхода формирователя Ф импульсы прямоугольной формы и той же частоты f x подаются на один из входов схемы совпадения И. На другой вход схемы совпадения поступает разрешающий

Г. Счетчик СТ подсчитывает количество импульсов частотой f x , прошедших через схему совпадения И за время t0 . В рассмотренной схеме осуществляется квантование известной длительности интервала t0 периодом Tx искомой

частоты f x . Поэтому абсолютная погрешность дискретности (t2 −t1) +(t4 −t3 )

уменьшению быстродействия АЦП. Другим способом повышения точности преобразования низких частот является умножение искомой частоты на постоянный коэффициент k . Тогда длительность квантующих импульсов

59

Рисунок 2.19

уменьшится k раз и, следовательно, в k раз уменьшится погрешность дискретности.

Умножители частоты. Рассмотрим две реализации умножителей частоты. Первая из них (рис. 2.19) основана на формировании из входного сигнала симметричного треугольного напряжения с последующим

60

двухполупериодным выпрямлением. Затем из полученного напряжения треугольной формы с частотой равной 2 fx необходимо исключить постоянную составляющую U и сформировать импульсы прямоугольной формы. Для

последующих удвоений следует между формирователями Ф2 и Ф3 установить соответствующие количество выпрямителей.

Другая реализация схемы умножения частоты входного сигнала (рис. 2.20) основана на формировании импульсов в каждый из моментов перехода

ОД1 и ОД2, и суммируются в ИЛИ. В результате этого, такая схема позволяет умножить на два частоту входного сигнала.

Рассмотренные способы уменьшения погрешности дискретности направлены на увеличение числа квантующих импульсов либо за счет увеличения интервала квантования t0 , либо за счет уменьшения длительности квантующего импульса Tx .

Доизмерение дробной части периода. Известен метод повышения

импульсов. Для упрощения рассмотрения метода растягивания дробной части