Преобразователь напряжения в код

(19) (11) А 4(51) Н 03 М 1/50 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТВ код,то,б.В.Кармалианикидзеехнический идетельство СССР 13/20, 1979. етельство СССР 13/20, 1981ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ( СВИДЕ(54)(57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ В КОД, содержащий преобразователь напряжения во временнойинтервал, вход которого соединенс входной шиной, а выход - с водомблока задержки, основной формирователь импульсов сброса, 11 блоковпреобразования временного интервала в код (11 - число разрядов),каждый иэ которых содержит первыйфотоприемник, формирователь импульсов, квантроны, оптический выходкаждого из последующих квантронов,оптически соединен с первым оптическим входом каждого предыдущего квантрона, в каждом из и -1 блоков преобразования временного интервала вкод оптический выход каждого предьдущего квантрона соединен свторым оптическим входом каждогопоследующего квантрона, а оптический выход последнего квантрона -с оптическим входом первого фотоприемника, вход которого соединен свходами возбуждения квантронов ивыходом предыдущего блока преобразования временного интервала в отличающийся тем, ч с целью повышения точности прео разования, в него введены элемент НЕ и световод, а в каждый блок пре образования временного интервала в код введены формирователь импуль сов сброса, два элемента ИЛИ, а в первый блок преобразования временного интервала в код введены второ и третий фотоприемники, два элемен та ИЛИ-НЕ, электронно-оптические ключи, два оптических жгута,.излучатель света, вход которого соединен с входом блока задержки, входа ми трех фотоприемников первого блока преобразования временного интервала в код,.первым входом пер . вого элемента ИЛИ всех блоков преобразования временного интервала в код, выход каждого первого элеме та ИЛИ через формирователь импульсов, сброса соединен с первыми входами сброса всех квантронов, вторые входы сброса которых, кроме квантронов старших разрядов, соединены. с выходом основного формирователя импульсов сброса, вход которого через элемент НЕ соединен с выходом блока задержки и непосредственно - с первыми входами двух элементов ИЛИ-НЕ, второй вход первого элемента ИЛИ-ЙЕ,соединен с выходом первого фотоприемника первого блока преобразования временно Вф го интервала в код, а второй вход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго фотоприемника, вторым входом первого элемеитаИЛИ,и первым входом второго элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом1145 третьего фотоприемника и третьим входом первого элемента ИЛИ, а выход через формирователь импульсов соединен с выходом первого блока преобразования временного интервала в код, выход каждого из и -1 блоков преобразования временного интервала в код через последовательно соединенные формирователь импульсов и второй элемент ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого фотоприемника, причем оптический выход излучателя света через световод соединен с вторыми оптическими входами первых квантронов , И -1 блоков преобразования временного интервала в код, а через первый и второй оптические жгуты - с оптическими входами соответственно первого и второго электронно-оптических ключей, оптические выходы первого из которых оптически соединены соответственно с оптическими 78входами первого и второго фотоприем" ников и через третьи электронно-оптические ключи - с вторыми оптическими входами квантронов первого блока преобразования временного интервала в код, а оптические выходы второго электронно-оптического ключа оптически соединены соответственно с оптическими входами третьего фотоприемника и через четвертые электронно-оптические ключи - с вторыми оптическими входами квантронов первого блока преобразования временного интервала в код, при этом вход первого электронно-оптического ключа и входы третьих электронно- оптических ключей соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, а вход второго электронно-оптического ключа и .входы четвертых электронно-оптических ключей соединены с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ, Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения аналогокодовых преобразователей.Известен преобразователь напряжения в код, содержащий блок преобразования напряжения во временнойинтервал, блок задержки, светоизлучатель, управляющий элемент, формирователь импульса сброса, квантроны,1 бразвязывающий диод, диод, формирователь импульсов, фотоприемник, блоки преобразования временного интервала в код 111.Недостатком такого преобразователя являются большие погрешностиквантования, обусловленные тем,что невозможно достичь строго одинакового времени квантования и погреш.ность квантования может накапливаться с каждым Шагом;Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности являетсяпреобразователь напряжения в код,содержащий блок задержки, формирователь импульса сброса и блок преобразования временного интервала в кодкаждый из которых выполнен на фото" элементеформирователе импульсов,двух развязывающих диодах и квантронах, а также преобразователь напряжения во временной интервал, выходкоторого через блок задержки соединен с входом первого блока преобразования временного интервала в код,а через формирователь импульса сброса и первые развязывающие диоды соединен с входами сброса всех квантронов, кроме первых, оптический выход каждого предыдущего квантронаоптически соединен с первым оптическим входом каждого последующегокванттрона, а оптический выход последнего квантрона - с оптическим входом фотоэпемента, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, а выход формирователя импульсовчерез второй развязывающий диодсоединен с входом второго блока преобразования временного интервала вкод, оптоэлектронный элемент ИЛИ,а каждый блок преобразования временного интервала в код содержитэлемент НЕ и блок контроля, причемвход каждого блока преобразованиявременного интервала в код сое78 1тьего пороговых оптронов соответственно объединены, а оптические выходы светодиодов первого и третьего пороговых оптронов оптически соединены с первым и вторым входами фотоприемника второго порогового оптрона 2 .Недостатком преобразователя является то, что время возбуждения и гашения квантронов является нестабильным и погрешность квантования может накапливаться после каждого шага квантования, что отрицательно влияет на точность преобразования.Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряжения в код, содержащий преобразователь напряжения во временной интервал, вход которого соединен с входной шиной, а выход - с входом блока задержки, основной формирователь импульсов сброса, И блоков преобразования временного интервала в код (б- число разрядов), каждый из которых содержит первый фото- приемник, формирователь импульсов, квантроны, оптический выход каждого из последующих квантронов оптически соединен с первым оптическим входом каждого предыдущего квантрона, в каждом из И -1 блоков преобразования временного интервала в код, оптический выход каждого предцдущего квантрона соединен с вторым оптическим входом каждого последующего квантрона, оатический выход последнего квантрона - с оптическим входом первого фотоприемника, вход которого соединен с входами возбуждения квантронов и выходом предыдущего блока преобразования временного интервала в код, введены элемент НЕ и свения временного интервала в кодвведены формирователь импульсов сброса, два элемента ИЛИ, а в первыйблок преобразования временного интервала в код введены второй и третий фотоприемники, два элементаИЛИ-НЕ, электронно-оптические ключи,два оптических жгута, излучательсвета, вход которого соединен с вхо",дом блока задержки, входами трехфотоприемников первого блока преобразования временного интервала в коди первым входом первого элемента ИЛИвсех блоков преобразования времен 3 11454динен с входами установки всех квантронов и фотоэлемента, выход элемента НЕ соединенс входом сброса первого квантрона, а его вход - с входами сброса остальных квантронов,оптический выход каждого квантронаоптически соединен соответственнос вторым оптическим входом каждогопредыдущего квантрона и с соответствующим входом блока контроля, оптические выходь 1 первого и последнегоквантронов оптически соединены соответственно с вторым и первым ихоптическим входами, при этом выходкаждого блока контроля оптически соединен с соответствующим входом опто. электронного элемента ИЛИ, а квантрон выполнен на светодиоде, диоде,трех фотоприемниках и транзисторе,эмиттер которого соединен с общейшиной, а коллектор через светодиодсоединен с шиной питания и первымвыводом первого фотоприемника, второй вывод которого соединен с базойтранзистора, которая через второйфотоприемник соединена с общей шиной, через третий фотоприемник -с входом установки квантрона, а через диод - с входом сброса квантрона причем оптические входы перЭ30вого, второго и третьего фотоприемников,соединены соответственно с первым оптическим выводом светодиодаи оптическим выходом квантрона, первым и вторым оптическими входамиквантрона, а блок контроля выполненна трех пороговых оптронах, каждыйиз которых выполнен на светодиоде,транзисторе и фотоприемнике, крометого, третий пороговый онтрон,содержит резистор, причем первый выводфотоприемника каждого порогового оптрона подключен к базе его транзистора, а анод светодиода - к коллек.тору транзистора, вторые выводы товод, а в каждый блок преобразовафотоприемников и катоды светодиодовпервогои второго пороговых оптронов,а также катоды светодиодов первого .и второго. пороговых оптронов, атакже катоды светодиода и второйвывод резистора третьего порогово- ,фОго оптрона подключены к источникупитания, первый вывод резистора сое.- :динен с базой транзистора третьегопорогового оптрона, эмиттеры транзисторов и второй вывод фотоприем- " ффника третьего порогового оптронаподключены к общей .точке, оптическиевходы фотоприемников первого и тре1145478 ного интервала,в код, выход каждого первого элемента ИЛИ через формирователь импульсов сброса соединен с первыми входами сброса всех квантронов, вторые входы сброса которых, кроме квантронов старших разрядов,. соединены с выходом основного формирователя импульсов сброса, вход которого через элемент НЕ соединен с вы 7 содом блока задержки и непосредствен но с первыми входами двух элементов ИЛИ-ВЕ, второй вход первого элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом первого фотоприемника первого блока преобразования временного интервала в код, а второй вход второго элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом второго фотоприемника, вторым входом первого элемента ИЛИ и первым входом второго элемента ИЛИ, второй 20вход которого соединен с выходом третьего фотоприемника и третьим входом первого элемента ИЛИ, а выход через Формирователь импульсов соединен с выходом первого блока преобразования временного интервала в код, выход каждого из й -1 блоков преобразования временного интервала в код через последовательно соединенные Формирователь импульсов и второй элемент ИЛИ соединен с вторым входом первого элемента ИЛИ и выходом первого фотоприемника, причем оптический выход излучателя света через световод соединен с вторыми оптическими35 входами первых квантронов 0 -1 блоков преобразования временного интервала в код, а через первый и второй оптические жгуты - с оптическими входами соответственно пер" вого и второго электронно-оптических ключей, оптические выходы перво-. го из которых соединены соответственно с оптическими входами первого и второго Фотоприемников и через третьи электронно-оптические ключи -с вторыми оптическими входами квантронов и первого блока преобразования временного интервала в код,.а оптические выходы второго электронно-оптического ключа оптически соединены соответственно с оптическими входами третьего Фотоприемника и через четвертые электронно-оптическиеключи - с вторыми оптическими входа 55ми квантронов первого блока преобразования временного интервалав код, при этом вход первого электронно-оптического ключа и входы третвих электронно-оптических ключей соединены с выходом второго элемента ИЛИ-НЕ, а вход второго электронно-оптического ключа и входы четвертых электронно-оптических ключей соединены с выходами первого элемента ИЛИ-НЕ.На фиг.1 приведена структурная схема преобразователя; на фиг,2 а,б) - структурные электрические схемы квантронов, на фиг.3 - временная диаграмма работы преобразователя,выход формирователя 18 соединен свторыми входами сброса квантронов19, 20, 21, 23, 24 и 25, а оптические выходы каждого из последующихквантронов 20, 21, 22, 24, 25 и 26 5соединены с первыми оптическимивходами каждого предыдущего квантрона, вторые оптические входы квантронов 24-26 соединены соответственно с оптическими выходами квантронов 23-25, выход преобразователя 3соединен также с входом излучателя 27света, оптический выход которогоявляется оптическим входом оптических жгутов 28, выходы первого из которых соединены через электроннооптические ключи 29-33 соответственно с вторыми оптическими входамиквантронов 19-22, а выходы второгооптического жгута через электрон Оно-оптические ключи 34 - 38 в , соответственно с вторыми оптическимивходами квантронов 19-23, второйоптический вход квантрона 23 соединенпосредством световолокна с выходом 25излучателя 27 света, выход элемента ИЛИ-НЕ 9 соединен с входами электронно-оптических ключей 29-34, а выход элемента ИЛИ-НЕ 8 соединен свходами ключей 35-38, электронно- зроптйческие ключи предназначены дляразрешения или запрета пропусканиясвета на оптические входы квантронов,выход элемента ИЛИ 13 соединен свходом формирователя 39 импульсов,.выход которого является выходом первого разряда преобразователя и соединен с входами возбуждения квантронов 23-26 и входом фотоприемника7, выход элвмента ИЛИ 15 соединен с 4входом формирователя 40 импульсов,выход которого является выходом второго разряда преобразователя и можетбыть соединен с входом следующегоразряда преобразователя, формирователи импульсов 39 и 40 предназначены для формирования импульса разрешения возбуждения последущего еще невозбудившегося квантрона следующегоразряда преобразователя. На фиг.2 а представлена схема квантронов 19, 20 и 21 на фиг.2 б - квантронов 23, 24 и 25, Квантроны состоят ,из диода 41(42), анод которого является первым входом 43(44) сброса квантронов, а катод подключен к базетранзистора 45(46), эмиттер которого подсоединен к общей шине, а коллектор - к аноду светодиода 47(48), оптические выходы 49(50), 51(52) которого являются выходами квантронов, а катод светодиода подсоединен к минусу питания и к аноду фотоприемника 53(54), катод которого подсоединен к базе транзистора 45(46), к базе транзистора г эдключен один вывод фотоприемника 55(56), вход 57(58) фотоприемника 55(56) является вторым входом сброса, а первым оптическим входом является вход 59(60). Остальные квантроны преобразователя отличаются от квантронов 19-22 тем, что имеют в своем составе резистор 61 (фиг.2 б), вход 62 которого является входом возбуждения -квантронов, а выход соединен с базой транзистора. Квантрон 22 отличается от квантронов 19, 20,и 21,) а также квантрон 26 - от квантронов 23, 24 и 25, тем, что в квантронах 22 и 26 фотоприемник 55(56) отсутствует. Оптические входы 63(64) являются вторыми оптическими входами квантронов.4На временной диаграмме (фиг.3) обоз" начены напряжения на выходах соответствующих блоков.Рассмотрим работу преобразователя, состоящего из двух блоков 1.На вход преобразователя 3 подается напряжение, которое преобразуется в пропорциональный по длительности импульс, который через элемент ИЛИ 12 и 14, Формирователи 16 и 17 поступает на входы 43(44) квантронов и устанавливает их в нулевое, т.е, начальное, состояниеКвантроны работают следующим образом.При одновременной подаче электрического сигнала на вход 62 резистора 61 (фиг.2 б) и оптического сигнала на вход Фотоприемника 53(54) транзистор 45(46) открывается, квантрон переходит в возбужденное состояние, которое сохраняется сколь угод"- но долго вследствие обратной оптической связи между светодиодом 47(48) и фотоприемником 53(54). Особенность квантронов 19-22 заключается в том, что для их возбуждения достаточно присутствия сигнала на входе 63 фотоприемника 53. При воздействии сигнала на вход 43(44) или одновременно оптического и электрического сигналов на входы соответственно 57(58)114549и 59(60) фотоприемников 55(56), транзистор 45(и 6) закрывается, и квантронпереходит в нулевое состояние.Пока происходит установка квантронов в начальное состояние, импульс 5временного интервала поступает на излучатель 27, свет которого попадаетна входы всех световолокон оптических жгутов 28 и распространяетсяпо их длине. Длины световолокон,10через которые свет поступает на фотоприемники 53 квантронов 19-22,подобраны так, что на фотоприемникквантрона 19 свет попадает черезвремя 6 после начала преобразования, 15на фотоприемник квантрона 20 - через время 2 1 и т.д., т.е, еслипреобразование ведется в десятичнойсистеме счислений (и.леется девять. квантронов в каждом разряде), тона фотоприемник 53 квантрона 22 светрпопадает через время 9 1 , через9 1 свет может попадать и на фотоприемники 5 и 6 устройства,г 25Через время 7 инвертированный импульс временного интервала через ,блок 10 и элемент НЕ 11 попадает на элементы ИЛИ-.НЕ 8 и 9, открывай все30 электронно-оптические ключи, и свет попадает на фотоприемиик 4, вход элемента ИЛИ-НЕ 8, посредством которого закрываются электронно-оптические ключи 34-38. Евантрон 19 под воздействием света, который через световолокно и электронно-оптические ключи 29 и 30 попадает на фотоприемник 53, возбуждается через время 2 Ь после начала преобразования. Через время 3 Ь возбуждаетсяквантрон 20, через время 10 1 - квантрон 22, через время 9свет попа" дает, на фотоприемник 5. Посредством фотоприемника 5 и элемента ИЛИ 12,45 через время (, формирователь 16 вы- . рабатывает сигнал сброса, который, попадая на входы 43 квантронов 19-22, сбрасывает их в нулевое состояние. В это же время посредством фотопри- емника 5 и элемента ИЛИ 13 Формироваф тель 39 импульсов вырабатывает импульс разрешения возбуждения первого еще не возбужденного квантрона следующего разряда. Импульс, который вырабатывает фотоприемник 5, попадая на элемент ИЛИ-НЕ 9, закрывает электронно-оптические ключи 29-33, после чего, посредством фотоприемника 4 и78 10. элемента ИЛИ-НЕ 8 открываются электронно-оптические ключи 34-38.устройство готово для дальнейшихпреобразований,Тепень возбуждение квантроновпроизводится другим аналогичным оптическим жгутом 28 световолокон иэлектронно-оптическими ключами34-38. После того как ключи 29 и 34закрываются, свет еще распространяет"ся по волноводам, и на оптическихвходах ключей 31 и 36 свет присутствует еще не менее 1 6 времени,на входах ключей 32 и 37 - не менее2времени и т.д, Поэтому для того, чтобы возбуждение квантронов непроисходило после отключения ключей 29 и 34 по первому или второмужгуту световодов, применяются ключи30-33 и 35-38.После поступления светового сигнала на фотоприемник 5 посредствомэлемента ИЛИ 13 формирователь 39импульсов вырабатывает сигнал возбуждения следующего невозбужденногоквантрона следующего разряда, а посредством элемента ИЛИ 12 формирователь 16 - импульс сброса, которыйсбрасывает квантроны 19-22. В этовремя поступление света на Фотоприемник 5 прекращается, и с его выхода сигнал поступает на элементИЛИ-НЕ 9, посредством которого открываются электронно-оптические ключи 29-33. Фотоприемник 4, на входкоторого поступает свет, вырабатываетсигнал, который через элементИЛИ-НЕ 8 закрывает электронно-оптические ключи 34-38. Дальнейшее преобразование в блоке 1 производится аналогично описанному.При наличии оптического сигнала . на оптическом входе и электрического сигнала на электрическом входе фото- приемник 7 вырабатывает. сигнал, который поступает на элемент ИЛИ 15 и формирователь 40 импульсов, который вырабатывает сигнал возбуждения последующего еще не возбудившегося квантрона следующего разряда. Через элемент ИЛИ 14 с выхода фотоприемника 7 сигнал поступает на вход формирователя 17, который, вырабатывая импульс сброса,. сбрасывает квантроны 23-26, подготавливая следующий блок 1 к дальнейшему преобразованию. Последующие блоки 1 имеют такую же структурную схему, какблок 1 преобразования, и работают аналогично.По окончании преобразования через блок 10 и элемент НЕ 11 сигнал временного интервала поступает (с задержкой 1 времени) на элементы ИЛИ-НЕ 8 и 9, посредством которых закрываются все электронно-оптические ключи, и поступление света на квантроны 19-22 прекращается10 (возбуждение квантронов завершено). После окончания временного интервала с преобразователя 3 через время Ь возбуждение квантронов прекращается. Пусть в этот момент времени 15 находятся в возбужденном состоянии квантроны 19-21 и 23-25 (временной интервал длительностью 33 1,фиг,3). Через время 1 , после окончания временного интервала формирова тель 18 вырабатывает импульс длительностью Ь , который поступает на входы 57(58) квантронов. Квантроны 19, 20, 23 и 24 сбрасываются (переход из единичного кода в единично позиционный). Квантроны 21 и 25 остаются в возбужденном состоянии в связи с тем, что на входы 59 и 60 оптический сигнал через обратную оптическую связь не поступает, так как30 квантроны 22 и 26 находятся в нулевом состоянии. Для перехода из единичного кода в единично-позиционный при хранении кода необходима обратная оптическая связь между квант Э 5 ронами, например обратная оптическая связь с выхода квантрона 20 на вход квантрона 19.Гашение предыдущих возбужденных квантронов происходит через время 4 Опосле окончания временного интервала, когда все электронно-оптические ключи закрыты и свет на оптических вход 63(64) квантронов не поступает, Время задержки оптического45 сигнала определяется временем. срабатывания квантрона. Время срабатывания квантрона определяется суммой времени срабатывания фотодиода, транзистора и светодиода. Известны све О тодиоды с временем срабатыванияне более 20 нс, транзисторы в , не более 10 нс и фотодиоды - не более 10 нс. Если время включения квантрона Ь = 50 нс, то длина первого световода в оптическом жгу- те и: :С 5 1 о ЗОООоокм 1 сф И1 где С И=20 м - длина второго световода; 100 м - длина десятого (последнего) световода.Сумма всех длин Если используется световод с диаметром сердечника 50 мкм и наматывается на стержень длиной 10 см и диаметром 1 см, то длина первого витка световода по всей длине стержня, в:6280 ндо 8 веем в Чтобы намотать на стержень световод длиной 550 м, нужно не более 100 витков по всей длине стержня, каждый виток толщиной 50 мкм. Следовательно, диаметр стержня с намотанным жгутом световодов 61 йЗХш составит не более 2 см.Применение предлагаемого устройства позволит увеличить точность преобразования напряжения в код вследствие использования световолокна в качестве элементов квантования времени. Ввиду того, что время прохождения света через световолокно зависит лишь от длины последнегоЭ можно добиться большей точности квантования временного сигнала, подбиирая длину световолокна. К оптическому входу каждого квантрона первого блока 1 подсоединено лишь одно световолокно, что исключает зависимость моментов включения квантронов от нестабильности включения предыдущих квантронов.