Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1647895 А ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(5)5 Н 03 М 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рми рова- ф ю шину 9.ь 10, вы шину 12, О у 14 уста- (Л По принципу дейтавляет собой аналоователь следящегооторого является тоогарифмическая шри которой границызадаются соотно ствия устроиство предго-цифровой преобратипа, особенностью что в нем реализуется кала преобразования,интервалов квантова- шениями ния О, Х 1 = аХ 0, Х 2 а Х 02 х=ах,; хп; - а 1(71) Рязанский радиотехнический институт (72) А,И.Бобиков, В.В,Симкин и М,А.Трофимов(57) Изобретение относится к средствам формы представления информации и может быть использовано в системах передачи и преобразования информации. Цель изобретения - повышение точности преобразования. Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены первый и второй делители напряжения, приИзобретение относится к средствам преобразования формы представления информации и,может быть использовано в системах передачи и преобразования информации для представления в двоичный позиционный код аналоговых сигналов, изменяющихся в большом диапазоне,Цель изобретения - повышение точности преобразования.На фиг, 1 представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - его статическая характеристика; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие принцип действия устройства.Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).содержит делители 1 и 2 напряжения,чем инвертирующий вход первого компаратора подключен через первый делитель напряжения к входной шине, а его выход соединен через первый ключ с первым входом формирователя кода, неинвертирующий вход второго компаратора подключен через последовательно соединенные второй делитель напряжения и инвертор к входной шине, а выход соединен через второй ключ с вторым формирователем кода, неинвертирующий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора объединены и подключены к выходу вычитающего устройства, Предлагаемое устройство может быть использовано в автоматике и телемеханике, в системах передачи информации для представления в двоичный позиционный код аналоговых сигналов, изменяющихся в большом диапазоне. 3 ил. компараторы 3 и 4, ключи 5 и 6, фотель 7 кода, инвертор 8, выходнуцифроаналоговый преобразоватечитающее устройство 11, входнуюшину 13 тактовых импульсов, шинновки начального значения кода.где хо - минимальное значение сигнала, подлежащего преобразованию;а 1.Участок статической характеристики преобразователя, реализующего данную 5 шкалу, изображен на фиг, 2, где х - аналоговый входной сигнал; х - квантованный по уровню сйгнал, которому на выходе устройства ставится в соответствие кодовая комбинация Ь. 10В качестве квантованного значения сигнала х целесообразно выбирать середину ингервала квантования. Для 1-га интервала можно записатьх+х - 1а хо+а хо15х =2- а+1=а хо2о е -1Причем х = х, если а хоха х=1,2,.,в.20В соответствии с принципом действия АЦП следящего типа изменение сигнала на входе преобразователя приводит к изменению величины ошибки квантования х - х, которая формируется на выходе вычитаю- щего устройства 11, Так, при возрастании сигнала, когда его значение.достигает, до.пустим, уровня а хо, ошибка квантованияох - х становится равной своему максимальному значению на данном интервале кван, тованияа - 1х - х - ахо прих= эхо2 аСогласно статической характеристике преобразователя компараторам 3 должен быть сформирован сигнал записи единицы в формирователь 7 кода, следовательно, последнее соотношение задает условие, при котором на выходе компаратара 3 должен быть сформирован сигнал логической единицы. Оно может быть представлено в виде равенствах - х-сх=О (1)а - 1где.С -2 а45 и реализовано с помощью типового компаратара, если на его неинвертирующий входОподать разность х - х, а на инвертирующий вход - произведение схоВ устройстве разность х - х Формируется вычитающим устройством 11, В виду того, что с1, произведение сх можно получить с помощью делителя 1 напряжения при подаче на ега вход сигнала х. При уменьшении сигнала на.вхаде устройства на его выходе, как правило, уже бывает сформировано некоторое кодовое значение сигнала Й, которому соатветствуфет квантованное значение сигнала х на выходе цифроаналогового преобразователя 10- ,а+1х =а Хо2Согласно статической характеристикепреобразователя (фиг; 2)их-а хоизменение квантованного значения сигналадолжно г 1 роизойти только тогда, когда входной сигнал уменьшится до значениях=а хо.1оПри этом разность сигналов х - х достигнет по абсолютной величине своего максимального значенияи, и ,а+1х - х=а хо-а хо2.а - 1, и,= --- в хоПринимая во внимание, что в данныйа - 1момент времени а хо = х и чтос,2 апоследнее сотношение преобразуется к видуох - х+ асх =О, Р)Оно непосредственно задает условие,ии котором на выходе компаратора 4 должен быть сформирован сигнал логической.единицы (сигнал управления формирователем 7 кода по входу "-1"). Соотношение мо-.жет быть реализовано с помощью типовогокомпаратора, если на его инвертирующийвход подать с выхода вычитающего устройоства разность сигналов х - х, а на неинвертирующий вход подать входной .сигнал хустройства, предварительно пропустив егочерез делитель напряжения с коэффициентам передачи а с и проинвертиравав.В рассматриваемом устройстве делителем напряжения является блок 2, инвертором - блок 8, кампаратором - блок 4.Принцип действия устройства поясняютвременные диаграммы фиг. 3,Импульсный сигнал, подаваемый на шину 13, устанавливает формирователь 7 кодав исходное состояние, при котором на выходе его появляется кад, соответствуЮщий минимальному квантованному значению сигналах 1, (фиг, 2). Эта значение формируется навыходе цифроаналогового преобразователя10, для чего вход ега соединен с выходомформирователя 7 кода, Квантованное значеоние сигнала х поступает на инвертирующий вход (усИавна обозначен знаком " в ")вычитающего устройства 11, на неинвертирующий вход (обозначен знаком "+") которога поступает входной сигнал х; На выходеоблока 11 формируется разность х - х 1.При нарастании входного сигнала х (нафиг: 3 входной сигнал отображен прямой 1)разность сигналов х - х 1, поступающая свыхода вычитающего устройства 11 на не. инвертирующий вход компаратора 3, тоженачинает нарастать, И когда входной сигналдостигает значения х = ахи, она становитсяравной величинеох - х 1= сахо,при которой выполняется условие (1).Последнее проверяется компаратором 3, Дляэтого на его инвертирующий вход подаетсяс выхода делителя 1 напряжения произведение сх (выходной сигнал делителя 1 напряжений на диаграммах фиг. 3 отображенпунктирной прямой 3).При выполнении равенства (1), котороеприменительно к данному случаю имеет видох - х 1- саха,компаратор 3 срабатывает и выдает сигналлогической единицы, который поступает через ключ 5 на вход "+1" блока 7. Выходнойкод устройства изменяется и его значениеначинает соответствовать второму уровнюо а+1квантования: х 2 = ахо,2Новое квантованное значение сигналаснимается с блока 10 и поступает на неинвертирующий вход вычитающего устройства 11. Выходной сигнал его резкоуменьшается(ломаная 2 фиг, 3) на величинуо финтервала квантования х 2 - х 1, После этогоразность х - х начинает вновь возрастать, ипроисходит это до тех пор, пока компаратор3 не зафиксирует равенство (1) при новомзначении сигнала на выходе блока 10 (х 2 =а+1ахо ). Нетрудно видеть, что это про-изойдет, когда входной сигнал достигнетзначения х = а хо, и соотношение (1),г,применительно к данному .случаю, приниа+1мает вид х - ахо сх = О. Компаратор23 вновь выдает сигнал логической единицы,и весь цикл работы повторяется до тех пор,пока будет возрастать сигнал на входе устройства. Причем увеличение входного сигнала каждый раз обусловливает с помощьюделителя напряжения 1 соответствующееувеличение порога срабатывания компаратора 3, что и позволяет реализовать статическую характеристику преобразователяпри возрастании сигнала на входе (ломаная 4 на фиг, 3). Предположим, что начиная с некоторого момента времени 1 сигнал на входе устройства начинает убывать (прямая 5 на .фиг, 3), Причем на выходе устройства к этому времени уже сформирован код Й, которому на инвертирующем входе вычита ющего устройства 11 соответствует квантованное значение сигналад ь 1 а+1х=а хо2 5Тогда начинает убывать и с некоторогомомента времени становится отрицательнОЙеразность значений х - х. Разность поступает с выхода блока 11 на инвертирующий вход компаратора 4. Одновременно на неинвертирующий вход компаратора 4 подается произведение - сах(пунктирная прямая 7 на фиг, 3). Оно формируется инвертором 8 и 10 делителем 2 напряжения, вход которого подключен к входной шине 12. Для этого15 коэффициент передачи делителя 2 выбранравным са.При равенстве напряжений х - х - -асх,которое выполняется, когдта входной сигналдостигнет значения х = а х, компаратор20 4 срабатывает и выдает сигнал логическойединицы на вход "-1" формирователя 7 кода.Значение выходного кода устройства уменьшается, что обуславливает скачкообразноевозрастание выходного сигнала вычитаю 25 щего устройства 11 (ломаная 6 на фиг. 3).вПосле этого значение разности х - х вновьначинает уменьшаться и весь цикл работыустройства повторяется. Причем уменьшение входного сигнала каждый раз обуслав 30 ливает с помощью делителя 2 напряжениясоответствующее уменьшение порога срабатывания компаратора 4, что и позволяетреализовать статическую характеристикупреобразователя и ри уменьшении входного35 сигнала (ломаная 8 на фиг, 3),Ключи 5 и 6 обеспечивают синхронныйрежим работы устройства, разрешая прохождение выходных сигналов компараторов на входы формирователя кода в строго40 фиксированные моменты времени, когда науправляющие входы ключей поступают тактовые импульсы,Формирователь кода выполнен на последовательно соединенных реверсивном45 счетчике и преобразователе кода.Формула изобретенияАналого-цифровой преобразователь,содержащий первый и второй компараторы,формирователь кода, выход которого явля 50 ется выходной шиной и подключен черезцифроаналоговый преобразователь к первому входу вычитающего устройства, второй вход которого является входной шиной,инвертор, первый и второй ключи, о т л и ч а 55 ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности преобразования, в него введеныпервый и второй делители напряжения, входы которых объединены и являются входнойшиной, выходы первого непосредственно, авторого через инвертор соединены с соот1647895 7ветствующими инвертирующим входом первого и неинвертирующим входом второго компараторов, неинвертирующий вход первого из которых и инвертирующий вход второго объединены и подключены к выходу вычитающего устройства, э выходы соответственно соединены с информационными Х оставитель В.Махнаноехред М. Моргентал тор М,Шарош азаренк эктор Подписноепо изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС-35, Раушская наб., 4/5 гарина, 101 ьский колб аг "Патент". г. Ужгород Производственно.Заказ 1414 Тираж Й ВНИИПИ Государственного комит 113035, Москв8входами первого и.второго ключей, управляющие входы которых объединены и являются тактовой шиной, а .выходы соединены соответственно с первым и вторым входами 5 формирователя кода, третий вход которогоявляется шиной установки в исходное состояние.