Вероятностный аналого-цифровой преобразователь

(514 Н 03 ОМИТЕТТНРЫТИЯМ СУДАРСТВЕННЫО ИЗОБРЕТЕНИЯМРИ ГННТ СССР ВСЕСОЮЗНАЯЕНТЮ- ТЕХНИЕФНЮБЯБлиОТе)А САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ чно-производЭлектронмашОстудин др. Стохаститка непрерывнатне, 1983,ство СССР1/04, 1984. свидетел Н 031 си шин 17 нулево айньм чисел иговый реэлемент д 21 генера 22 аэователь 3выполненвом 23, втоых транзисй 27 конбВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ(71) Ленинградское науственное объединение(56) Билинский И.Я, ическая цифровая обрабоных сигналов. Рига: Зис. 15.Авторское ьР 1229950, кл 1(57) Изобретение относится к циАров Изобретение относится к циФровои измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности.На чертеже представлена функциональная схема устройства.Вероятностный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержит шину 1 тактовьм импульсов, генератор 2 псевдослучайных чисел, цифроаналоговый преобразователь 3, компаратор 4, первый 5 и второй 6 счетчики импульсов, выходной регистр 7, первый 8 и второй 9 элементы НЕ, элементы И 10- 12, элемент 13 задержки, входную шину 14, выходную шину 15, шину 16 измерительной и вычислительной технике и может быть использовано в приборах для измерения параметров постоянного и переменного тока. Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности, Цель реализуетсяэа счет использования в вероятностных аналого-цифровых преобразователях, содержащих генератор псевдослучайных чисел, компаратор, счетчикиимпульсов, в качестве цифроаналогового преобразователя одноразрядногоемкостного циАроаналогового преобразователя по крайнеймере на трех ключах, выполненных на полевых транзиторах, и двух конденсаторах одинаквой емкости. 1 табл. 1 ил. опорного напряжения Уго потенциала,Генератор 2 псевдослучсодержит и-разрядный сдвгистр 18, дешифратор 19,ИСКЛОЧАЯЩЕЕ ИЛИ 20, выхотор 2 псевдослучайных чисел,дешийратора 19.Цифроаналоговый преобр(ЦАП) содержит три ключа,ные соответственно на перром 24 и третьем 25 полевторах и первый 26 и второденсаторы.Устройство работает следу разом,С шины 1 тактовых импульсов науправляющий (синхронизирующий) входгенератора 2 псевдослучайных чиселпоступает последовательность прямоугольного импульсов Г , при этом на сдвиговом регистре 19, содержащем и-двоичных разрядов, образуется последовательность чисел длиной 2 -1, При несовпадении информации с и-го и д-го, где 11и выходов сдвигового регистра срабатывает элемент ИСКЛОЧАРЦЕЕ ИЛИ 20 и сигнал "1" поступает на информационный вход сдвигового регистра 18 и на первый выход генератора псевдослучайных чисел, дешифратор 19 выделяет одновременно одно из состояний сдвигового регистра 18 и передает его на вход счетчика 5.Сигналы с первого выхода генератора 2 псевдослучайных чисел через элементы 8-11 поступают на затворы транзисторов 23 и 24 в моменты действия Рд. При появлении логической "1" на затворе транзистора 23 (на затворе транзистора 24 в этот момент логической "0") конденсатор 26 заряжается до величины опорного напряжения Е , при появлении логической "1"офна затворе транзистора 24 конденсатор 26 разряжается на общую вину. Результирующее напряжение на конденсаторе 26 соответственно равно Е или О.После окончания импульса Г транзисторы 23 и 24 закрываются, а транзистор 25 открывается, происходит а ределение емкостей между конденсат 1 рами 26 и 27, а следовательно, и деление, напряжений, При равенстве емкостей конденсаторов на параллельно соединенных конденсаторах устанаь.нвается новое эна ег;с напряжения+ Ео К ф 1м 1 2где О, - новое значение напряже 1+ния на конденсаторах;0 - предыдущее значение наконденсаторе 26;Ед - опорное напряжение,К . - коэффициент, принимающийН 1н и н изначение "1" или "0 (взависимости от предыдуще.го состояния транзисторов 23 и 24).Через и тактов иа сдвиговом ре- , гистре 18 устанавливается числогде К;, - значение старшего разряда регистра в момент де ления напряжения на конденсаторах 26 и 27,К - значение младшего раэря 1да сдвигового регистра в момент деления напряжения.Так как операция сдвига двоичного числа в регистре есть деление кода числа на два, то между рядом на выходе цифроаналогового преобразователя 3 и кодом, накопившемся в сдвиговом регистре 18 устанавливает-. ся взаимно однозначное соответствие.При достаточно большом и зто соответствие устанавливается независимо от первоначального напряжения на конденсаторе 26, так как последовательность (2) есть цепная дробь 1 О 15 20 и - 2. А.+ Е фм+ К 1 и2 и при достаточно большом и величинаК35 253- стремится к улюСоответствие значений двоичнойпсевдослучайных последовательностичисел на выходе генератора 2 псевдослучайных чисел и напряжений на вы ходе цифроаналогового преобразователя 3 в предлагаемом устройстве иллюстрируется примером для и3, ш2 в виде таблицы. 45 Из таблицы следует, что значениенапряжения на выходе ЦАП с погрешностью, меньшей значения единицымладшего разряда, соответствует значению двоичного кода псевдослучайного числа, если эа старший Разряд кода принять его первый разряд.На компараторе 4 сравниваютсявходные сигналы, поступившие по входной шине 14, и значение напряженияс выхода ЦАП 3, при этом выходнойсигнал компаратора, появляющийся вмоменты превышения напряжения сЦАП 3 над входным сигналом, черезэлемент И 12 поступает в счетчик 5,5 15312 и по разрешению со счетчика 6 переписывается в выходной регистр, где хранится до завершения следующего цикла преобразования.Следовательно, значение кода на выходной шине 15 пропорционально значению входного сигнала. КоэААициент пропорциональности зависит от величиныисточника опорного напряжения и числа повторной псевдослучайной последовательности,Методическая погрешность преобразования складывается из ранее определенной погрешности ЦАП и погрешности сравнения, равной половине значения единицы младшего разряда.Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает предельную скорость преобразования псевдослучайных АП, достижимую при использовании параллельных ЦАП, независимость скорости преобразования от разрядности псевдослучайного числа, увеличения разрядности и, соответственно, точ ности АП беэ увеличения разрядности ЦАП, простоту реализации с минимальным количеством прецизионных элементов, возможность реализации псевдодовероятностных АЦП методом интегральной полупроводниковой технологии. Формула изобретения Вероятностный аналого-циАровой преобразователь, содержащий компаратор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом циАроаналогового преобразователя а выход - подключен к перВ40 вому входу первого элемента И, выход которого соединен со счетным входом первого счетчика импульсов, второй счетчик импульсов, генератор псевдослучайных чисел, второй элемент И, шину тактовых импульсов, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения устройства и повышения точности, в него введены два элемента НЕ, третий элемент И, элемент задержки и выходной регистр, генератор псевдослучайных чисел выполнен в виде и"разрядного сдвигового регистра,16 6лешиАратора и элемента ИСКЛЮОЩЕЕ ИЛИ, аиАроаналоговй преобразователь выполнен в виде трех ключей на полевом транзисторе, кахдьп из двух накопительных элементов на первом и втором конденсаторах одинаковой емкости, при этом затворы первого и второго полевых транзисторов подключены соответственно к выходам второго и третьего элементов И, исток первого полевого транзистора соединен со стоком второго полевого транзистора, с первым выводом первого конден-, сатора и истоком третьего полевого транзистора, исток второго полевого транзистора подключен к второму выводу первого конденсатора и к первому выводу второго конденсатора и является шиной нулевого потенциала, сток первого полевого транзистора является шиной источника опорного напряжения, сток третьего полевого транзистора соединен с вторым выводом второго конденсатора и является выходом цифроаналогового преобразователя, а его затвор - с выходом первого элемента НЕ и вторым входом первого элемента И, причем управляющий вход сдвигового регистра подключен к шине тактовых импульсов и объединен с входом первого элемента НЕ и первыми входами второго и третьего элементов И, инАормационный вход сдвигового регистра подключен к выходу элемента ИСКЛИЧАИЕЕ ИЛИ и объединен с вторым входом второго элемента И и через второй элемент НЕ " с вторым входом третьего элемента И, выходы и-разрядов сдвигового регистра соединены с соответствующими входами дешифратора, а выходы и-го и 1-го (где 1( и) разрядов - с соответствующими входами элемента ИСКЛОЧАИЕЕ ИЛИ, выход дешиАратора через второй счетчик импульсов подключен к первому входу выходного регистра и к входу элемента задержки, выход которого соединен с установочным входом первого счетчика импульсов, выход которого соединен с вторым входом выходного регистра, выходы которого являются выходной шиной.1531216 Значение напряжения на выходе ЦАП Ошибка в1/8 Еоп Значение числа в СР оичный Десятичныйкод код В двоичных В Е, /8долях Еол Ааа 6Составитель В.СолодоваТехред Л.Сердюкова Корректор С.Черни Редактор Г.Волкова Заказ 7966/56 Тираж 884 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Иосква, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 Значение сигнала на выходе ИСКЛЮЧЮЩЕЕ ИПИ 1 .1 0 1 О 0 ;0 100 110 011 101 010 001 000 4 6 3 5 2 1 0 22 +2О+2+23 +О+2 12 +22 ф+2 +2 463,755,52,751,3750,6875 00