Следящий аналого-цифровой преобразователь

: РЕСПУБЛИК и .Н 03 К 13/02 СССР ЫТЮ ОПИСАН Н АВТОРСКОМ ИЭОБРЕктельств 8/18-28183. Бюахов и51088,тиаровпреобрадио"(56) 1. Бахго-цифровыенСоветскоерис.2.2. 30 Петренко л, ВЛ.П8)Г.Д. и др. Анаразователи. УЛ.,1980, с.30,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ 2, Там же., с204, рис,7,28 (прототип )(54 ) ( 57 ) СЛЕДЯЩИЙ. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий первый блок выборочной фиксации аналогового сигнала, вход которого подключен к входной шине,- а выход - к первому входу формирователя разностного сигнала, выход которого соединен с.входом цифрового амплитудного анализатора, сумматор, выход которого соеди-., нен .с выходной шиной и входом цифроаналогового, преобразователя и генератор стробирующего сигнала о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьааения быстродействия и точности,. в него введены второй н Третий блоки выборочной Фиксации аналогового сигнала, блок распределения импульсов, блок запуска, блок корректировки и формирователь корректирующего сигнала, выходкоторого подключен к выходной шине знака поправки и первому входу блока корректировки,а первый и второй входы форчнрователя соответственно - к выходам цифроаналогового преобразователя и третьего блока выборочной фиксации аналогового сигнала, вход которого подключен к входной шине и ко входу второго блока. выбороч. ной фиксации аналогового сигнала выход которого соединен со вторым входом формирователя разностного сигнала, при этом входы, управления первого, второго и третьего блоков выборочной фиксации аналогового сиг- нала соединены с соответствующими выходами блока распределения импульсов, первый вход которого подключен Я к выходу генератора стробирующего сигнала и входу стробирования блока запуска, а второй вход - к входу управлений сумматора, выходу блока запуска и входу управления блока корректировки, выходы которого подклю- Я чены к соответствующим цифровым входам сумматора, а входы - к соответст вующим выходам цифрового амплитудного анализатора, выход старшего разряда которого соединен с входом конт роля блока запуска, причем входы сбр са сумматора и блока запуска подключны к шине сброса.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для преобразованиямгновенного значения сигнала в цифровой код в следящем режиме.Известен аналого-цифровой преобра зователь (АЦП) последовательных приближений, содержащий цифроаналоговый преобразовательЦАП), источник опор-, ного напряжения, генератор тактовых импульсов, программное устройство уп-,10 . Равления и компаратор, в основе работы которого лежит принцип дихотомии13,Недостатком данного преобразователя является сравнительно низкое быстродействие, 15Известен также АЦП с обратной свя-, зью, содержащий устройство выборочной Фиксации аналогового сигнала, выход которого подключен последовательно через первый вход Формирователя раз ностного сигнала, малоразрядный циф.Ровой амплитудный анализатор ЦАА), арифметический блок и цАН ко второму входу формирователя разностйого сигна. ла Г 2325Недостатками известного преобразователя являются ограниченные быстродействие и точность из-за наличия в цепи обратной связи арифметического блока и ЦАП, 1(роме того, отсутствие элементов коррекции приводит к тому, что при неправильном срабатывании компараторов в случае попадания сигнала в зону неопрЕделенности происходит ошибочное преобразование сигнала, скорректировать которое мояно лишь повторным преобразованием входной величины, т,е. ценой потери быстродействия.Цель изобретения - повышение быст-; родействия и точности, 40 (Поставленная цель достигается темчто в следящий АЦПсодержащий пер-.вый блок выборочной фиксации аналогового сигнала, вход которого подключен к входной шине, а выход - к первому входу формирователя раэностного сигнала, выход которого соединен с входом цифрового амплитудного анапи-затора, сумматор, выход которого соединен с выходной шиной и входом ЦАП,и генератор стробирующего сигнала, введены второй и третий блоки выборочной.фиксации аналогового сигнала,блок распределения импульсов, блок запуска, блок корректировки и формирователь корректирующего сигнала,выход которого подключен к выходнойшине знака поправки и первому входу блока грррекЖировки, а первый и второй входы формирователя соответствен но - к выходам ЦАП и третьего блокавыборочной фиксации аналогового сигнала, вход которого подключен к выход .йой шине и ко входу второго блока выборочной фиксации аналогового сигна- у ла, выход которого соединен со вторым входом Формирователя разностно,го сигнала, при этом входы управле-. ния первого, второго и третьего блоков выборочной Фиксации аналогового сигнала соединены с соответствующими выходами блока распределения импульсов, первый вход которого подключен к выходу генератора стробирующего . сигнала и входу стробирования;блока запуска, а второй вход .- к вхбду управления сумматора, выходу блока запуска и входу управления блока корректировки, выходы которого подключены к соответствующим цифровым входам сумматора, а входы - к соответствующим выходам ЦАА,выход старше-го разряда которого соединен с входом контроля блока запуска, причем входы сброса сумматора и блока запуска подключены к шине сбросаНа фиг.1 приведена структурная электрическая схема следящего АЦП, на фигура - временные диаграммы входного сигнала 0 з;на Фиг.26 - импульсы стробирования генератора стробирующего сигнала; на фиг.2 ввременные диаграммы компенсирующего сигнала Ои величины погрешности Рпогрпреобразования.Следящий АЦП содержит первый,вто. рой и третий блоки выборочной Фикса. ции аналогового сигнала(БВФ) 1-3.с входами управления, формировательраэностного сигнала 4 с первым и вторым входами, ЦАА 5, блок корректировки б с двумя входами управления, сумматор 7 с цифровым входом, входами управления и сброса, ЦАП 8, формирователь корректирующего сигнала 9, блок запуска 10 с входами конт. роля, стробирования и сброса, блок распределения импульсов 11 с двумя входами и тремя выходами и генератор 12 стробирующих сигналов.Работа следящего, АЦП заклю" чается в следующем.В исходном состоянии сумматор 7 и БВФ 1-3 дбнулены. Импульсы стробировання от блока распределения импульсов 11 поступают только на вход БВФ 1. Навходы БВФ 2 и 3 импульсы не поступают, и они находятся в состоянии хранения нулевого уровня сигнала. При подаче сигнала по шине фСбросф, на вход сброса блока запуска 10 и вход сброса сумматора 7, последний обнуляется, а блок запуска 10 переходит в ждущий режим, БВФ 1, на вход которого поступают импульсы стробирования с периодоглТ, запоминает в моменты прихода импульсов стробирования уровня входного сивнала. Сигналы с выходов БВФ 1 и 2 поступают соответственно на первый и второй входы формирователя разностного сигнала 4, где ФормируетсяГ сигнал, равный величине эапомненного в БВФ 1 уровня входного сигнала.Сигнал с выхода формирователя разност.ного сигнала 4 поступает на входЦАА 5. Если входной сигнал превышает ,величинЯАО(фиг. 2 а), равную максимальной величине измеряемого ЦАА 5 5напряжения, то ЦАА 5 выдает унитарный код, состоящий из одних фединнцф,Часть кода, соответствующая старшимразрядам, йоступает на вход контроляблока запуска 10. Пока поступающая 10часть кода состоит из фединицфблок.запуска 10 продолжает находиться врежиме ожидания, иуправляющий сигнал .насуммированы с его выхода не пос.тупает на вход управления сумматора157, При этом управляющйй сигнал также .не поступает.на.второй вход блокараспределения импульсов 11, Блок расаределейия импульсов 11 стробирующие сигналы на входы УВФ 2 и 3 не вы-дает.Пусть в момент времени 6 входнойсигнал Ор стал ло амплитуде меньше( бна некоторую заранее установленную величину, равную нескольким уровнямквантования ЦАА 5. Разряди уни.тарного кода, соответствующие этимконтрольным уровням ЦИ: 5 и посту-.пающие на вход контроля блока запуска 10, .изменяют свои состояния со значения "1" на.значение ф 0",чтоозначает.факт вхождения сигналав;диапазон ЦАА 5:. Как только сигнал вошел в.диапазон ЦАА 5 блок запуска16 выдает сигнал на вход управления суююатора .7 на начало суммирования . З 5и на второй вход блока распределения импульсов 11 на начало стробирования ЯВФ 2 и З,.после чего он вы.ходйт из режима ожидания. Унитарныйкод через. блок корректировки б пос тупает, на вход сумматора 7, где преобразуетсявдвоичный код, суммирует ся .схранящимся в сумматоре 7 теку,щим значением кода, а результат суммировация поступает на вход ЦАП 8 и .45 на.выход устройства. После прихода управляющего сигнала с выхода бдока запуска 10 на.второй. вход блока распределения импульсов 11, последний вьщает.сигналы стробирования на все три БВФ, причем последовательность импульсов, поступающая на БВФ 1 теперь имеет период следования импульсов 2 Т, ВВФ 2 также стробируется с периодом 2 Т, но последовательность импульсов, поступающая на стробирова- ,нне БВФ 2 сдвинута относительно последовательности импульсов,.стробирующих БВФ 1 на величину периода Т. На БВФ 3 подается последовательность строрирующих импульсов с периодом Т. 66Таким образом, начиная с момента 1.стробнруются все три БВФ. В момент времени Ф в БВФ 1 продолжает храниться уровень О соответствующий ио менту + а БВФ 2 н 3 запоминают вмоментуровень О,Формирователь разностного сигнала 4 формирует разность Д еО - 0которая поступает на вход ЦАА 5. Унитарный код через блок. корректировки б поступает на вход сумматора7, где преобразуется в двоичный коди юуммируется с текущим значениемкода сумматора 7. Новое значеййекода поступает.с выхода сумматора 7на вход ЦАП 8 и на вход устройства.В сумматоре 7 происходит процесссуммирования цифровых эквивалентовприращения сигнала за время Т. При;ращение измеряется с погрешностью,равной шагу квантования ЦАА 5. Присумкировании приращений сумматором7, суммарный цифровой эквивалентсигнала будет отличаться от текущего.значения сигнала Оа на величину О,фиг.2 в ), значениекоторой можетпревышать шаг квантования,ЦАА 5.Чтобы снизить ошибку преобразованиядо величины, не превышающей шагаквантования ЦАА 5 производится корректировка цифрового эквивалентасигнала, иакапливаемого в сумматоре 7.ВВФ 3:в.момент 4 запоминает уровень О,.Сигнал с выхода БВФ 3 поступаетна вход Формирователя корректирующего сигнала 9 на второй вход которого поступает сигнал е выхода ЦАП 8соответствующий накопленному цифровому эквиваленту входного, сигнала кмоменту сравнивания; (фиг.2 в 1. В формирователе корректирующего сигнала:9 сравйиваются: величины этих сигналов. Если уровень входногб сигналаменьше уровня ЦАП 8 Ролеечемна.величину шага квантования ЦАА 5 тоФормирователь корректирующего сйгнала.9 выдает сигнал на "минусовуюф коррекцию кода. Этот сигнал подаетсяна выход и одновременно на первыйвход блока корректировки б, гдеунитарный.:код, соответствукщий приращению сигнала в.,последующий моментвремени 1+ будет уменьшен на единицУ,При:йревыаении уровйя БВФ 3над уровнем ЦРЛ 8 более чем на величину Шага квантования ЦАА 5, формирователь корректирующего сигнала 9 выдает сигнал на "плюсовую" коррекциюкода, и унитарный код, соответствующий приращению сигнала в последующий момент времени будет увеличенна единицу.В момент времени Ф 3 стробируйтсяБВФ 1 и 3, где фиксируется уровень ОЗНа первый вход формирователя разностного сигнала 4 подается уровень сигнала О с выхода БВФ 1, на второй,вход - уровень О с выхода БВВФ 2.С выхода Формирователя разностнагосигнала 4 вновь сформированная разность ЬО: О -0, соответствующаямоменту Вз, подается на вход ЦАА 5.1035792 НИИПИ Заказ 5854/59 Тираж 936 Подписно филиа ПП "Патент", г,ужгород,ул,Проектная,4 С выхода ЦАА 5 унитарный код подается на вход блока корректировки 6,где код корректируется. С выходаблока 6 скоРРектиРованное значениекода поступает на вход сумматора 7и весь цикл повторяется,Для возобновления работы следящего АЦП перед подачей входного,сигнала на шину "Сброс" подаетсясигнал сброса при этом сумматорФ107 и блоки БВФ 1-3 обнуляются.Быстродействие АцП удается повысить за счет того, что цепь обратнойсвязи, содержащая ЦАП, не участвует непосредственно в процессе преобразования, а является элементом кор.Рекции и не снижает быстродействияустройства, так как коррекция осу.ществляется одновременно с очереднымцнклом преобразования входной величины.го Кроме того, предусмотренный выход величины и знака корректирующего сигнала позволяет определить неточные значения выходного кода, и если необходимо, скорректировать последующей обработкой выходного кода преобразователя. Не снижая быстродействия устройства можно Расширить диапазон сигналов формирователя корректирующего сигнала 9 до нескольких уровней квантования ЦАА 5, что.позволяет корректировать погрешности преобразования, превышающие несколько шагов квантования ЦАА 5 ( если использовать в блоке формирователя корректирующего сигнала 9 не один элемент сравнения, а дополнительный анализатор), и рас ширяет функциональные возможности устройства.