Аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала

Е ИЗОБРЕТЕНИ ОП ТЕНТУ 36 Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(71) Особое конструкторское бюро Спектр" лриРязанском радиотехническом институте(73) Особое конструкторское бюро "Спектр" приРязанавм радиотехническом институте(И) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВТОМАТИЧЕО(ОЙ НАСТРОЙКОЙ НАДИАПАЗОН ВХОДНОГО СИГНАЛА(7) Изобретение относится к цифровой информациоею-измерительной технике и может быть ис 9 ИЦ3 ВЫЙ СС(51) НО М 1 3 пользовано дпя преобразования аналоговых сигналов в цифровой код в информационно-измерительных и управпеощих системах Цепь изобретения - повышение точности преобразования. Аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала содержит комщратор 1, блок управпеея 2, генератор актовых импуасов, ооюетой цифроаналоговый лреобразоватетв (ЦАП) 4 и ряд новых блоков: цифровой комларатор 5, злемепы И 6, ИЛИ, дополнительный ЦАП 7 и регистр 9, позволякхцих осущеавить плавную настройку на диапазон входного сигнала 1 ипИзобретение относится к цифровой информационно-измерительной технике и может быть использовано для преобразованиявнэлоговых сигналов в цифровой код в информационно-измерительных и управляющих системах, а также для сопряженияцифровых вычислительных машин с аналоговыми каналами, имеющими различныединамические диапазоны сигналов,Известно устройство аналого-цифровогп преобразователя с автоматическим выбором предела измерений, содержащее блоквыбора масштаба, аналого-цифровой преобразователь АЦП, выход которого соединен с первыми выходными шинами черезлогический блок, регистр масштаба, блоксинхронизации, связанный с АЦП и регистром масштаба, соединенным с блоком масштаба, вход которого является входомустройства, а выход через блок аналоговогозапоминания подключен к входу АЦП,Недостатками данного устройства являются сложность построения, необходимость воздействия на входной сигнал,отсутствие возможности плавной настройки на диапазон входного сигнала,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому аналого-цйфровомупреобразователю является выбранный в качестве прототипа АЦП, содержащий основной цифроаналоговый преобразователь(ЦАП), блок управления, выходы которогоподключены к первым входам ЦАП и являются шиной выходного кода, компаратор,первый вход которого является шиной входного напряжения, второй вход соединен свыходом ЦАП, а выход - с первым входомблока управления, второй вход которого является шиной запуска, а к третьему входуподключен выход генератора тактовых импульсов,Однако данное устройство не можетбыть оперативно адаптировано под изменяющийся диапазон входного сигнала,Цель изобретения - повышение точности преобразования,Цель достигается тем, что в аналогоцифровой преобразователь введены цифровой компаратор, дополнительныйцифроаналоговый преобразователь, элементы ИЛИ, элементы И и регистр, первыевходы которого объединены с входами цифрового компаратора и информационнымивходами основного цифроаналогового преобразователя, второй вход - к выходу элемента И, а выходы соединены с первымивходами элементов ИЛИ, вторые входы которых являются шиной "Выбор" и объединены с первым входом элемента И, а выходыэлементов ИЛИ подключены к соответству 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ющим входам дополнительного цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с опорным входом основного цифроаналогового преобразователя, второй вход элемента И подключен к выходу цифрового компаратора.Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: цифровогл компаратора 5, элемента И б, дополнительного ЦАП 7, элемента ИЛИ 8, регистра 9, Таким образом. заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна", Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что ЦАП 7, элементы ИЛИ 8. И б, регистр 9, компаратор 5 известны. Однако при их введении в указанной связи между собой и с остальными элементами схемы в заявляемый аналого-цифровой преобразователь с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала укаэанные элементы проявляют новые свойства, что обеспечивает возможность плавной настройки преобразователя на различные диапазоны входных сигналов.Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".На чертеже представлены структурная схема устройства аналого-цифрового преобразователя с автоматической настройкой на диапазон входного сигнала,Устройство содержит компаратор 1, блок управления 2, генератор ТИ 3, основной ЦАП 4, цифровой компаратор 5, элемент И б, дополнительный ЦАП 7, элемент ИЛИ 8, регистр 9,Устройство работает в два этапа следующим образом,На первом этапе производится измерение диапазона входных сигналов и автоматическая настройка преобразователя по результатам измерения. Второй этап - рабочий, на котором происходит кодирование поступающих на вход сигналов, Текущее значение напряжения на выходе основного ЦАП 4 равно:Опр= У 3 Ооп,где у - текущий код на входе ЦАП 4;Опп = у а - напряжение на выходе опорного ЦАП 7;а, /3 - постоянные коэффициенты.На первом этапе работы сигналу лог.1 на шине "Выбор" элементы ИЛИ устанавливают на цифровых входах дополнительного ЦАП 7 максимальный код уполз в результате чего на его выходе появится напряжениеОоп п 1 ах гсуп 1 пк2001518 или Напряжение на выходе основного ЦАП 4будет Опр =а / 7 вах )Максимальному значению сигнала на входе устройства Оех будет соответствовать максимальное значение напряжения на выходе ЦАП 4Опрп 11 = афпех . )а,где уп - код максимального сигнала на выходе блока управления 2,Оптимальной работой аналого-цифрового преобразователя считается такая, когда уп =успех. т,е. самое большое напряжение на его входе кодируется максимально возможным кодом, Значение уе для данной выборки входных сигналов выделяется на регистре 9, Происходит это следующим образом,Текущие коды у каждого входного сигнала поступают с блока управления 2 после кодирования по сигналу "Запуск" на регистр 9 и цифровой компаратор 5. Если код текущего сигнала больше кода предыдущего, то цифровой компаратор 5 выдает через открытый сигналом "Выбор" элемент И импульс на регистр 9. который записывает этот код, Если текущий код меньше или равен предыдущему, то запись не происходит.Таким образом, по окончании этапа настройки на регистре 9 будет записан код максимального сигнала )Ъ, После снятия сигнала "Выбор" этот код поступит на дополнительный ЦАП 7 через элементы ИЛИ 8 и на его выходе появится напряжение01- а ув.На втором этапе работы после снятия сигнала "Выбор" производится рабочее кодирование поступающей на вход устройства информации, При этом элемент И 6 не позволяет производить новых записей в регистр и он в течение всего второго этапа хранит значение. Выходное напряжение осФормула изобретения АНАЛОГО. ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ С АВ. ТОМДТИЧЕСКОЙ НДСТРОЙКОй НД ДИДПДЗОН Входного сигндлд. содержащий основной цифроаналоговый преобразователь, блок управления, выходы которого подкеочены к информационным входам цифроаналогового преобразователя и являются выходной шиной, комп аратор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом цифроаналыового преобразователя, а выход - с первым входом блока управления. второй вход которого является шиной запуска, а третий вход подключен к выходу генератора тактовых импульсов, отличающийся тем, что, с новного ЦАП 4 дчя максимальноо сигналаравно Опрп,2 =аущ )е 1,где уе 1- код максимального сигнала5 Напряжение Ое, поступающее как нвпервом, так и на втором этапах на компаратор 1 аналого-цифрового преобразовзтеля,для максимального сигнала диапазона однои то же. Следовательно, исходя из принципапоразрядного уравновешивания,Опрд 1 - Опрп,2Оехщ,)а 1 - Гщ ехСледовательно, диапазон устройства поставлен в полное соответствие с диапазоном входных сигналов, При изменении диапазона входных сигналов достаточно однократно перейти в режим настройки и продолжить рабочее кодирование,Техническая реализация предложенного решения не вызывает затруднений, поскольку допускает использование серийно выпускаемых микросхем: в качестве блока управления 2 подходит любой регистр последовательного приближения, например К 155 ИР 17, в качестве ЦАП 4 и 7 - умножающие преобразователи, цифровой компаратор ИП 2 или СП 1.Таким образом, предложенное устройство по сравнению с известными позволяет автоматически плавно производить настройку АЦП на диапазон входного сигнала, в результате чего входной сигнал квантуется на максимально возможное число градаций, что увеличивает точность рабОты преобразователя,(56) Авторское свидетельство СССР40 М 1248067, кл. Н 03 М 1/38, 1986.Бахтияров Г.Д.и др, Аналого-цифровыепреобразователи, М,: Сов. радио, 1980, с.29-30. целью повышения точности преобразования. в него введены цифровой компаратор, дополнительный цифроаналоговый преобразователь, элементы ИЛИ, элемент И и г 0 регистр, первые входы которого обьединены с входами цифрового компаратора и информационными входами основного цифроаналогового преобразователя, второй вход подключен к выходу элемента И, 5 а выходы соединены с первыми входамиэлементов ИЛИ, вторые входы которых являются шиной "Выбор" ы объединены первым входом элемента И, а выходы эпе ментов ИЛИ подключены к соответствую щлм входам дополнительногоТираж Подписное НПО "Поиск" Роспатента113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Заказ 3132 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с опорным входом основного цифроаналогового преобрээователя, второй вход элемента И подключен квыходу цифрового компаратора,