Аналого-цифровой преобразователь

(71) Институт проблем управленияавтоматики и телемеханики)(57) Устройство относится к автоматике и может быть исполвэовано для аналого-циФрового преобразования по алгоритму поразрядного уравновешивания ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЩРЫТИВМПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОК А ВТОРСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬС с повышенным быстродействием. Повы"шение быстродействия достигается засчет коррекции динамических погрешностей ЦАП непосредственно в процессе уравновешивания, Это позволяетуравновешивать старшие разряды болеегрубо и поднять тактовую частоту вначальных тактах преобразования безувеличения погрешности всего устройства, АЦП содержит первый ЦАП 1,резистор 2, блок сравнения 3, тактовый генератор 4, выполненный намультивибраторе 5управляемом конденсаторе б, регистр последовательныхприближений 7, цифровой сумматор 8,второй ЦАП, шунтирующий элемент 10на управляемом резисторе 11, управляемый источник тока смещения 12,блок управления3, выполненный натриггерах 14, элементе ИЛИ 15, счет-чике 16, 2 э,п, ф-лы, 1 ил.Изобретение относится к автоматике и может быть использовано для связи аналоговой и цифровой вычислительных машин,Цель изобретенияповышение быстродействия эа счет коррекции динамической погрешности,На чертеже показана структурнофункциональная схема преобразователя, ОПреобразователь содержит основнойцифроаналоговый преобразователь (ЦАП)1, токоограничивающий элемент, выполненный на резисторе 2, блок Эсравнения (например, груботочный, как 5в известном преобразователе), тактовый генератор 4, выполненный, например, на мультинибраторе 5 с частотозадающим управляемым конденсатором 6(например, магазином конденсаторон, 20варикапом) регистр 7 последовательных приближений (РПП), выходы которого (их число больше, чем числоразрядов ЦАП 1 и )1 АЦП в целом) разбиты на две группы следующим образом,Первый выход РПП 7 (нумерация входови выходов узлов и блоков преобразователя ведется, начиная со старшегоразряда) относится к первой группеи подключен к первому из входов ЦАП 301 и первому из первых нходов цифрового сумматора 8, Если 1-й выход РПП7 янляется выходом перной группы иподключен соответственно к -му входу ЦАП 1 ( с весом соответствующегоразряда Я .,) и к -му входу сумматора8 ( с тем же весом), а 1+1-й выходРПП 7 также является выходом первойгруппы, то последний подключен к+1-му входу ЦАП 1 и к +1-му из первых входов сумматора, Если -й выходРПП 7 является выходом первой группыи подключен к -му входу ЦАП 1, а+1-й - выходом второй группы, топоследний подключен к соответствующему входу второго (корректирующего)ЦАП 9 с весом соответствующего разряда Й Если -й выход РПП 7 является выходом второй группы, то -1-йвыход РПП 7 является, естественно,выход РПП 7 является, естественно, выходом первой группы и подключен к 1-му входу ЦАП 1 и к 1-му из первых входов сумматора 8, а 1+1-й выход РПП 7 непременно является выходом первой группы и подключен к .+1-му входу ЦАП 1 и к .+1-муиз первых входов сумматора 8, Пос-,ледним выходом РПП 7 является входпервой группы,Таким образом, выходы второй группы РПП 7 как бы втиснуты по одномумежду некоторыми из выходов первойгруппы,Вторые входы сумматора 8, не соединенные с выходами второй группыРПП 7, образуют вторую группу вторыхвходов сумматора 8 и соединены с шиной низкого логического уровня преобразователя (с шиной логического "0"),. Веса соседних разрядов ЦАП 9 относятся как целые степени двойки (в товремя как для ЦАП 1 эти отношениястрогоравны двум),Преобразователь содержит такжеуправляющий шунтирующий элемент 10,выполненный, например, на управляемом реэ и с торе 11( полевом тр анзи стор е,магазине резисторов, оптроне и т.д,),управляемый источник 12 тока (это тоже ЦАП, который включен в суммарнуюточку АЦП, причем источник 12 нужендля того чтобы имелась возможностьс помощью ЦАП 9 компенсировать ошибки ЦАП 1 любого знака), блок 13 управления, который выполнен, например, на счетных триггерах (в частности, 1 К-триггерах) 14, элементе ИЛИ15 и счетчике 16,Преобразователь рабтает следующимобразом,Запуск осуществляется подачей импульса на вход "Запуск" преобразова.теля, Прн этом РПП 7 переходит в ис- .ходное состояние и включается первый, 13 управления и выходной (нулевой)код счетчика 16, во"первых, устанавливает минимальное значение емкостиконденсатора 6, обеспечивая тем самым максимальную частоту тактовогогенератора 4, во-вторых, устанавливает минимальное сопротивление резистора 1 в управляемом шунтирующем элементе 10, в-третьих, устанавливает соответствующий ток источника 12, Вес этого тока равен примерно половине веса того разряда ЦАП 1,который будет корректироваться в первую очередь, т,е, половине веса старшего разряда ЦАП 9. Однако нсе разряды ЦАП 9 пока выключены, так каквторая. группа выходов РПП 7 имеетпока низкий логический уровень,Начинается обычный процесс поразрядного уравновешивания, в которомучаствует РПП 7 (первая группа его1, Аналого-цифровой преобраэова- тель, содержащий первый цифроаналоговый преобразователь, выход которого через токоограничительный элемент соединен с входной шиной, а через шунтирующий элемент - с общей шиной и подключен к входу блока сравнения, выход которого соединен с информационным входом регистра последовательных приближений, вход запуска которого подключен к шине запуска, а тактовый вход - к выходу тактового генератора,.о т л и ч а ю щ и й с я 488выходов, ЦАП 1, блок 3 сравнения,тактовый генератор 4, Погрешностьпоразрядного уравновешивания в этовремя составляет примерно + 1/2 весастаршего разряда ЦАП 9 (а не + 1/25младшего разряда всего АЦП как в известном преобразователе), поэтомучастота генератора 4 существенно выше, чем у известного преобразователя, 0Процесс уравновешивания протекаеттраДиционно, пока РПП 7 не "доберет 11ся до первого из своих выходов второй группы и не выставит на нем высокий логический уровень, По переднему фронту импульса на первом извыходов второй группы РПП 7 взводится ( устанавливается в логическую"1") один из триггеров 14 ( первый изних), Его выходной импульс, поступая 20через элемент 15 на вход счетчика16, увеличивает его содержимое наединицу и одновременно сбрасываеттриггер 14 по его входу сброса, Новый код на выходе блока 13 несколько снижает частоту генератора 4, увеличивает сопротивление шунтирующегоэлемента 10 и переключает источник12 тока, устачавливая вес его токаравным половине веса второго разряда 30ЦАП 9,Кроме того, высокий логическийуровень на первом из выходов второйгруппы РПП 7 включает старший разрядЦАП 9, вес которого равен весу разряда ЦАП 1, уравновешенному непосред 35ственно перед этим.Очередным импульсом генератора 4РПП 7 уравновесит, но теперь уже через ЦАП 9, тот же разряд всего АЦП,но уже более точно, поскольку частота генератора 4 понижена, а чувстви"тельность входной цепи блока 3 сравнения повышена,Таким образом, этот разряд уравновешивается дважды, причем результаты45уравновешивания складываются (с одинаковыми, естественно, весами) в сумматоре 8,Далее процесс поразрядного уравновешивания вновь продолжается с пониженной частотой и повышенной чувствительностью через первую группу выходов РПП 7 и через ЦАП 1, пока РПП7 не "доберется" вновь до следующего(второго) из своих выходов второйгруппы и не уравновесит повторно соответствующий разряд, еще понизив через блок 13 управления тактовую частоту и повысив чувствительность блока 3 сравнения.Так при работе, преобразователяпроцесс поразрядного уравновешиваниячерез ЦАП 1 время от времени прерывается процессом коррекции через ЦАП 9,После коррекции последнего подлежащего коррекции разряда АЦП, вес которого равен весу младшего разрядаЦАП 9, источник 12 тока отключается (отключенному состоянию источника12 соответствует максимальный кодсчетчика 16), шунтирующий элемент 10переходит в разомкнутое состояние,обеспечивая максимальную чувствительность блока 3 сравнения, а частота мультивибратора 5 устанавливаетсянаименьшей, Процесс поразрядногоуравновешивания завершается черезЦАП 1, и на выходе сумматора 8 появляется несмещенный кодовый эквивалентвходного аналогового сигнала, образованный, фактически, суммой двух кодов кода на ЦАП 1 и кода коррекциина ЦАП 9 с учетом соответствующихвесов р азрядов ЦАП 9В предлагаемом преобразователе причисле разрядов Л всего АЦП, равном18, требуется всего п=2-3 разряда вЦАП 9, При этом РПП 7 должен иметьБ+п=20-21 разряд, а сумматор 8 - неболее И разрядов, причем И-и вторыхвходов (вторая группа) .соединены слогическим "0", Сумматор, таким образом, может быть относительно простым,При п=2-3 усложнение предлагаемого преобразователя по сравнению сизвестным невелико (около 257), авыигрыш по быстродействию составляет2 - 5 раз в зависимости от качестваблоков 1, 3, 7, 9 и 10,формула изобретенияСоставитель В, Махнатов Техред Л. Олийнык Корректор И.Горная Ретактор Н,Тупица Заказ 2701,/56 Тираж 885 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 6 148 тем, что, с целью повышения быстро" действия за счет осуществления коррекции динамической погрешности, введены блок управления, второй цифроаналоговый преобразователь, управляемый источник тока и цифровой сумматор, выходы которого являются выходной шиной, а первые входы объединены с соответствующими входами первого цифроаналогового преобразователя и подключены к соответствующим выходам первой группы выходов регистра последовательных приближений, выходы второй группы которого подключены к соответствуяцим входам второ- го цифроаналогового преобразователя, к первой группе вторых входов цифрового сумматора и к информационным входам блока управления, вход сброса которогосоединен с шиной запуска, а выходы, - с управляющими входами , тактового генератора, управляемого источника тока и шунтирующего элемента, вторая группа вторых входов циф 18856рового сумматора подключена к общейшине.2, Преобразователь по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блокуправления выполнен на счетчике,элементе ИЛИ н триггерах, счетныевходы которых являются информационными входами блока, а выходы подключены к соответствующим входам элемента ИЛИ, выход которого соединен свходами сброса триггеров и со счетнымвходом счетчика, выходы которогоявляются выходами блока, а входсброса счетчика является входомсброса блока3. Преобразователь по п.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что тактовый генератор выполнен на управляемом конденсаторе и мультивибраторе,выход которого является выходом блока, ак частотозадающим входам мультивибратора подключен управляемый конденсатор, управляющие входы которогоявляются управляющими входами, блока,