Аналого-цифровой преобразователь

287422 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республикависимое от авт. свидетельствааявлецо 14.11.1969 ( 1313108118-24) Кл, 42 птз, 3/00 присоелинецием заявкиела Комитет п зооретений при Совете тл ССС. В. Матвеев 325 втел НАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ другой вход ко пилообразнооатора соединен пропсканиятора пилооорази запускаемый с дискриминатора торого соединенца 1 ряжеци 51, 2 с правляОиимсо входом зазго напряжения палом выходцоицтервала 1123 ломпаратора,с геиератороВЫХОД КОМП 2 РВХОЛОМ СХЕМпуска гецерачерез триггерго импульсаряда. и-схема пр - электричкаскада, лцого устр 1 аграмма,епа олофиг, 2а 1 ощего и заряная д преПП На фиг. жен ного схема зине мирующсго ва, на фиг цяющая радлоскал сум- Ойстца оп тел явремеЦП. оясИзобретение относится к аналого-цифровым преобразователям непрерывных или импульсных случайных сигналов, широко используемым в различных областях радиотехники и, в особенности, в ядерной радиоэлектронике в качестве входного устройства для многока ы 1 ых амплитудных апалзаторов.Известен аналого-цифровой преобразователь (,1 ОП), сздерж 2 ции .; и иеЙцо-прои ска Оций каскад, зарядное устройство, подключенное к амплитудному компаратору, второй вход которого соединен с преобразователем цифраацалога, входы которого соединены с выходами регистра адрес 2, и содергкащи 1 такке блОк умецьшеия дифференциальной нелинейности, вклОчающий в себя дополнительный регистр, преобразователь, соединенный с этим регистром, причем выход преобразователя соединен со входом сукзируощего усилителя, включенного мегкду линейно-пропускающим каскадом и зарядным устройством, а выходы регистра адреса и дополнительного регистра соединеш. со входами суммирующего регистра.11 едостатком этого преобразователя является его громоздкость и сложность,Цель изобретения - упрощение схемы, Лостигается это тем, что в предложенном преобразователе его выход через ипвертор подключен к одному из входоз амплитудного Лгпе 1 но-прОпмск 21 ощи 1 :,ас(ад 1 соединен со входоз суммируОщего усилителя 2, выхол которого подключен через зарядцо-разрядное устроиство г к дискриминатору 4 интервала разряда. Генератор 5 кодовых импульсов и дискриминатор 4 подключены ко входам схемы 6 прочускацпя, выход 7 которой соединяется с адресным счетчиком. Регистр 8 связан с преобразователем 9 цифра-аналог, выход которого подключен ко второму входу усилителя 2 и к инвертору 10. Инвертор 10 соединен с одним из входов амплитудного компаратора 11, выход которого соединен с триггером 12. Триггер 12 управляет генератором пилообразного напряжения 1 г, подключенного своим вы 287422Входной сигнал отрицательной полярности со входа через резистор 14 поступает в базу транзистора 15, который вместе с транзисторами 1 б, 17, 18 и 19 образует сум ирующий усилитель 2, линейно-пропускающий каскад 3 и зарядное устройство. В исходном состоянии транзистор 16 открыт, а 19 - закрыт соответствующим потенциалом, управляющим пропусканием сигналов (вход 20 - база трапзи 6065 ходом ко второму входу компаратора 11, исхемой б совпадения,Преобразователь работает следующим образом.Входной сигнал через линейно-пропускающий каскад 1 и суммирующий усилитель 2 поступает в зарядно-разрядное устройство 3.Дискриминатор 4 интервала разряда формирует импульс, длительность которого пропорциональна амплитуде входного сигнала. Вы Оходы дискриминатора 4 и генератора 5 кодовых импульсов соединены со входамп схемыпропускания, на выходе 7 которой образуетсяпачка импульсов с частотой генератора 5,равная по длительности импульсу дискримпнатора 4. Состояние регистра 8, т. е. код Д,записанный в нем, изменяется по произвольному закону, С выхода преобразователя 9 напряжение Ьо подается на второй вход суммируощего усилителя 2. Через инвертор 10 на Опряжение Уо поступает на амплитудный компаратор 11, Триггер 12 запускается дискриминатором 4, и от генератора 13 пилообразногонапряжения на второй вход компаратора 11начинает поступать линейно-изменяющееся 25напряжение Уо в момент равенстза напряжений Уи Ео сигналом компаратора 11 триггер12 возвращается в исходное состояние. Импульс, пропорциональный по длительности напряжению ув, поступает на третий вход схе- ЗОмы б и пачка импульсов генератора 5 снова поступит на выход 7, который соединен совходом регистра адреса (на схеме не показан).Итак, мы вначале подали с выхода 7 в ЗРА единичный последовательный код М+Ди затем, после окончания преобразования сигнала 0 м +.Уо в код, добавили в РА код Д,причем, в отличие от прототипа, в результатеэтого в РА будет образовываться не истин О-- иный код М, а код И+Р, где Р=Д-Д:-2",т. е, вся шкала АЦП сдвинется вправо на2 каналов, где п - число разрядов регистра 8. Этот сдвиг постоянен, не зависит от кода в регистре 8 и его легко учесть при регулировке соответствующим смещением начальной точки шкалы АЦП,Такое построение блока уменьшения дифференциальной нелинейности не требует большого количества оборудования и значительнопроще известного.Вариант электрической схемы некоторых узлов предложенного АЦП, приведенный нафиг, 2, представляет интерес для рассмотренияработы преобразователя по блок-схеме фиг. 1. стора 19), Благодаря 1004-ной отрицательной обратной связи (когда сопротивление резистора 14 равно сопротивлению резистора 21) коэффициент усиления суммирующего усилителя равен 1. Резистор 22 определяет коэффициент усиления для напряжения добавки с выхода преобразователя 9 и его сопротивление обычно значительно больше сопротивления резисторов 14 и 21. Под воздействием внешнего управляющего импульса в момент вершины входного сигнала транзистор 19 открывается, и ток транзистора 23 протекает теперь через диод 24. При этом потенциал эмпттера транзистора 17 становится ниже исходного (см. эпюру 1 на фиг. 3). Так как ток транзистора 19 больше тока транзистора 25; диод 26 закрывается и напряжение в эмпттере транзистора 18 возрастает до тех пор, пока оно не станет равно входному (на клемме 13). Резистор 27 имеет то же сопротивление, что и резисторы 21 и 14. Этим обеспечивается неизменность входного сопротивления схемы при различных состояниях (пропускание или запрет - в зависимости от потенциала на входе 20), что существенно при повышении загрузки, а также автоматически обеспечивается постоянство коэффициента деления напряжения от преобразователя 9 на делителе: резистор 22 - входное сопротивление схемы.Эмиттерный ток транзистора 17 заряжает запоминающий конденсатор 28 через повторитель 29 тока. Генератор тока разряда на транзисторах 30 и 31 обеспечивает линейный разряд конденсатора 28. Импульс, пропорциональный по длительности амплитуде входного сигнала, формируется дискриминатором интервала линейного разряда 4 (см, эпюру 2 на фиг, 3). От генератора кодовых импульсов на схему б пропускания поступает нспрерывная последовательность импульсов и только на время длительности импульса дискриминатора 4 схема б часть из них пропускает на выход 7, подключенный ко входу адресного счетчика (эпюры 3, 4 и 5). Задним фронтом импульса дискриминатора 4 запускается триггер 12 на туннельном диоде 32. Транзистор 33 открывается, и конденсатор 34 заряжается постоянным током, Лмплитудный компаратор на транзисторах 35, 3 б и 37 в исходном состоянии устанавливается так, чтобы проводил транзистор 3 б. При заряде конденсатора 34 коллекторным током транзистора 33 фиксирующий диод 38 закрывается, и напряжение на базе транзистора 35 возрастает по линейному закону до тех пор, пока транзистор 35 не откроется, что приводит к перебросу триггера 12 в исходное состояние, Конденсатор 34 перезаряжается через резистор 39 до тех пор, пока диод 38 снова не откроется.Благодаря инвертору 10 временной интервал от пуска триггера 12 и генератора 13 до момента срабатывания компаратора и, следовательно, возврата триггера на туннельном диоде 32 в исходное состояние оказывается тем меньше, чем больше напряжение на выхо 287422де преобразователя 9. Длительность же импульса дискриминатора 4 наоборот становится тем больше, чем больше напряжение на выходе преобразователя 9. Временной интервал триггера 12 преобразуется в код на выходе схемы б аналогично тому, как это происходило с интервалом дискриминатора 4. Таким образом, мы по одной и той же цепи, независимо от состояния регистра 8, досчитываем в адресном счетчике такую пачку импульсов, которая в сумме с лцшцими (из-за добавления напряжения от преобразователя 9 через резистор 22) импульсамц в коде амплитуды сигнала даст постоянную величину, не зависящую ци от амплитуды сигнала, ни от состояния регистра 8.На фиг. 3 приведены эпюры для двух различных значений напряжения на выходе цпфро-ацалогового преобразователя 9, Эпюры 7 а и 7 б показывают, что длительность импульса триггера 12 уменьшается при увеличении (б) напряжения добавкц от преобразователя 9.Необходимо отметить ецте одну особенность предложенного АЦП, Известно, что дифференциальная нелинейность АЦП по методу взвешивания достигается даже при очень тщательном подборе элементов при числе уровней квантования (каналов) в несколько тысяч величины порядка 30 - 40%, АЦП по методу последовательного счета при том же числе каналов имеет дифференциальную нелинейность на порядок меньше (2 - :3%), Поэтому для дальнейшего ее снижения (до 0,1 - 0,2%) достаточно иметь всего 4 - :о-разрядный регистр 8. При этом предполагается, что дифференциальная нелинейность преобразователя зависит главным образом от влияния коррелированцых помех и паводок со стороны адресного счетчика ца дискриминатор 4. Проведенные исследования и эксперименты подтверждают этот вывод. Прп 4-разрядном регистре 8 дифференциальная нелинейность уменьшается примерно в 10 раз. Если генератор бявляется ждущим, то импульс триггера 12подается на его повторный запуск после окончания преобразования каждого входного сигнала.Предложенный АЦП может быть использо 10 ван в качестве прецизионного входного устройства для многоканальных амплитудныханализаторов ядерной физики, в осооснцостипри работе с полупроводниковыми детекторамц частиц ц квантов,15Предмет изобретенияАналого-цифровой преобразователь, содержащий линейно-пропускающий каскад, выхолкоторого через суммирующий усилитель и зарядно-разрядную цепь запоминающего конденсатора соединен со входом дискриминатораинтервала разряда; выход последнего подключен к управляющему входу схемы пропускания, соединенной с выходом генератора кодо 25 вых импульсов, другой вход суммирующегоусилителя подключен к выходу преобразователя цифра-аналог, отлпчаюшшсл тем, что, сцелью повышения точности прсобразованця,он содержит цнвертор, компаратор, триггер цЗО генератор пилообразного цацряжсцця, причемвыход преобразователя ццфра-аналог черезинвертор подключен к одном; вход. компаратора, лругой вход которого сосдццец с генератором пилообразного напряжения, а выход - со входом триггера; другой вход последнего подкгцочсп к выходу дискриминатора, авыход - ко вхолу запуска генератора пилообразного напряжения ц другому входу схемыпропускания..-ИПИ Комитета по лолам изобретений и открытий.осква, 7 К, зауцская наб.,шографня, пр. Сапунова, 2 Г ьР Полписиоепри Совете Министров ССС 1