Аналого-цифровой преобразователь параллельного действия

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз СоветскикСоциалистически вРеспублик Ф(22) Заявлено 01.0775 (2) 2151809/18-21 с присоединением заявки М -Н 03 К 13/175 ГосударствеииыИ комитет СССР по делам изобретеииИ и открытиИОпубликовано 25,09,79. бюллетень Й 935 Дата опубликования описания 29.09.79(71) Заявитель54 ) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОВРА ВОВА ТЕЛЬ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯО Изобретение относится к приборостроению и предназначено для использования в качестве быстродействующего аналого-цифрового преобразователя АЦП) в приборах и системах для измерения различных быстропротекаюших процессов, а также в системах автоматического управления и контроля,Известен АЦП параллельного действия, содержащий компараторы на линейных интегральных элементах, подключенные к транзисторным ключам, диоды и резисторы 1. 5В этих преобразователях компараторы выполнены на линейных интегральных схемах, что требует применения в схеме преобразователя отдельных от цепей компараторов схем сдвига и де О шифрования, усложняющих гхему преобразователя и уменьшающих его быстродействие.Наиболее близким к изобретению является АЦП параллельного действия, который представляет собой четырех- разрядный параллельный аналого-цифровой преобразователь, содержащий компараторы, на основе линейных интегральных схем, транзисторы, ре- . 30 зисторы, диоды клеммы питания, кодовые выходы и входную клемму 2.Кроме многоэтапности преобразования, известный АЦП характеризуется большим количеством точных резисторов.Целью изобретения является повышение быстродействия преобразователя и упрощение устройства.Достигается это тем, что в аналого-цифровом преобразователе параллельного действия, содержащем и компараторов на интегральных микроэлементах и цепь сдвига уровней срабатывания пкомпараторов, подключенную к входу устройства, компараторы выполнены на .логических интегральных элементах, причем выходы компараторов подключены к кодовым выходам аналого-цифрового преобразователя, а цепь сдвига уровней срабатывания п.-1 компараторов содержит последовательно соединенные между собой диоды и источник постоянного тока, подключенный к обшей шине.В результате сокращается число задержек в распространении сигнала и отпадает надобность в применении множества точных резисторов и дополнительных транзисторов, и так каквремя прохождения сигнала через такой преобразователь равняется времекк прохождения сигнала через сос"авляющке преобразователь интегральные лсгические вентили, то временапреобразования АЦП на логическихинтегральных схемах, з зависимостиот применяемой серии интегральныхсхем, могут быть в диапазоне от десятков до сотен наносекунд,Иа чертеже дана структурная схемааналого-цифрового АЦП параллельногодействия,АЦП содержит амплитудные компараторы на логических интегральных инверторах 1 к 2 с резисторами 3 и 4обратной связи для кодового разряда8, на микроэлементе 5 типа2 И-НЕ и кнзерторе б с резисторами 7и 8 для ходового разряда 4, намикроэлементе 9 типа ЗИ"2 ИИЛИ-НЕк инзертсре 10 с резисторами 11 и 12для кодового разряда 2, на микроэлементе 13 типа 4 И-ЗИ"ЗИИ-ИИЛИ-ЯЕ к инверторе 14 с резисторами 15и 6 для кодового разряда 1,диоды 17-26, клемму 27 питания, кодовые выходы 28-31, входную клемму32, источник 33 входного преобразуемого напряжения, источник 34 постоянного тока.Рабата АЦП заключается в следующем. Входное преобразуемое напряжение с источника 33 через клемму 32 идиоды 7-26 поступает на компараторыкодовых разрядов 8 4 2Так как входной преобразуемыйток проходит через смещенную в прямом направлении диодную цепь из диодов 1 7-26, включенную между источником 33 входного напряжения и источником 34 постоянного тока, а величина падения напряжения на смещенных впрямом направлении диодах при достаточной величине проходящего токаочень мало зависит от изменения величины проходящего тока, то применениемтакой входной цепи исключается влияние изменения входных токов логических микроэлементов и инверторов в зависимости от логического положениямикроэлементов и инвертора на величины падения напряжения на элементахцепи подачи входного преобразуемогонапряжения к компараторам. Ввкду того, что потребление входного тока логических интегральных элементов сильно изменяется з зависимости от логического положения вентиля (в,пределах от нескольких микроампер до нескольких миллиампер), Формированиецепи подачи входного напряжения ккомпараторам из резисторов вызывалобы большке измечения падения напря-.жения на этих резисторах и ввело бы,таким образок, з работу преобразователя дополнительный источник погрешности. По результатам экспериментального исследования ЩП на логическихинтегральных ТТЛ-элементах примемдля конкретности уровень срабатывания компараторон равным 1,5 В, а величину квантования примем равной0,7 В (зеличина падения напряженияна кремниевых диодах),При этих условиях полный диапазонвходного преобразуемого напряжениябудет лежать в пределах - 7,8 В, причем диапазон преобразования можнокорригирозать входным масштабнымусилителем, являющимся составнойчастью любого преобразователя.5В соответствии с кодом преобразования (1-2-4-8) начальные уровнисрабатывания компараторов кодовыхявляются, соответственно, следующими;компаратор, соответствующий весу1 и выполненный на микроэлементе 13, кнверторе 14, резисторах 15и 16, срабатывает при величине входного напряжения 1,5 В;квадратор, соответствующий весу2 и выполненный на микроэлементе 9, инверторе 10, резисторах1к 12, срабатывает при величине входного напряжения 2,2 В;30 компаратор, соответствующий весу4 и выполненный на микроэлементе 5, инверторе б, резисторах 7 и 8срабатывает при величине входногонапряжения 3,6 В;35 компаратор, соответствующий весуф 18 ф и выполненный на инверторах1 и 2, резисторах 3 и 4, срабатываетпри величине входного напряжения6,4 В.С выходов инвертора 1 и микроэлементов 5 и 9 снимаются инвертированные кодовые выходы соответственно181 ф 04 ф 2 ф используемые вР Ю Рпроцессе преобразования.Процесс преобразования в предлагаемом преобразователе происходитследующим образом.При превышении входным напряжением уровня 1,5 В срабатывает компаратор с весом 1 и на клемме31 получается выход кодовой 1.При превышении входньм напряжениемуровня 2,2 В срабатывает компараторс весом 2, на клемме 30 получается выход кодовой 2, одновременно выходное напряжение микроэлемента 9 через микроэлемент 13 отключает компаратор с весом 1, и склеммы 31 исчезает выход кодовой1, При повышении зходнж напря 60 жеяием уровня 2,9 В срабатывает компаратор с весом 1, и на клемме31 получается выход кодовой 1.Этому моменту соответствует код 0011(числовое значение 3 входного напря 5 жеяия) на кодовых выходах 28, 29, 68758630, 31 соответственно. При превышении входным напряжением 3,6 В срабатывает компаратор с весом 4, наклемме 29 получается выход кодовой4, одновременно с этим выходноенапряжение микросхемы 5 через микроэлементы 9 и 13 отключает компараторы с весом 2 и 1 и с клемм30, 31 исчезают выходы кодовых 2и 1 соответственно. На кодовыхвыходах (клеммы 28, 29, 30, 31) при 0этом зафиксировано 0100, что отражает числовое значение 4 входного напряжения, Превышение входным напряжением уровня 4,3 В вызывает срабатывание компаратора с весом 1, наклемме 31 получается выход кодовой1, на кодовых выходах получается код 0101, соответствуюший числовому значению 5 входного напряжения,При превышении входным напряжениемуровня 5,0 В срабатывает компараторс весом 2, на клемме 30 получается выход кодовой 2, одновременно выходное напряжение микроэлемента 9 через микроэлемент 13 отключает компаратор с весом 1 и 25с клеммы 31 исчезает выход кодовой1. Это состояние АцП отражаетсявыходным кодом 0110 или числовымзначением 6 входного напряжения,Превышение входным напряжением уровня 5,7 В вызывает срабатывание компаратора с весом 1, при этом наклемме 31 образуется выход кодовой1, а выходной код имеет вид 0111,что соответствует числовому значению 7 входного напряжения. При превышении входным напряжением уровня6,4 В срабатывает компаратор с весом8, и на клемме 28 получаетсявыход кодовой 8, одновременно сэтим выходное напряжение инвертора 1отключает компаратор с весом 4и с клеммы 29 исчезает выход кодовой 4; компаратор с весом 2и с клеммы 30 исчезает выход кодовой 2; компаратор с весом 1и с клеммы 31 исчезает выход кодовой 1.Данное состояние АЦП соответствует числовому значению 8 входногонапряжения, а выходной код имеетвид 1000. Превышение входным напряжением уровня 7,1 В вызывает срабаты-. вание компаратора с весом 1, на клемме 31 вновь появляется выход кодовой 1, а выходной код 1001 представляет собой числовое значение 9 входного напряжения,Как видно из приведенного описания, в соответствии с кодом преобразования по мере срабатывания компараторов более старших разрядов вводятся запреты срабатывания компараторов более младших разрядов преобразователя.Выполнение параллельного АЦП на логических интегральных элементах согласно схеме изобретения, в которой логические интегральные схемы используются по схеме амплитудного компаратора с одновременным выполнением теми же интегральньви схемами функции сдвига уровней срабатывания компараторов (функция дешифрирования), позволяет значительно повысить быстродействие параллельных АЦП с одновременным упрошением устройства в целом.Формула изобретенияАналого-цифровой преобразовательпараллельного действия, содержашийи компараторов на интегральных микроэлементах.и цепь сдвига уровней срабатывания икомпараторов, подключенную к входу устройства, о т л ич а ю ш и й с я тем, что, с цельюповышения быстродействия и упрошения устройства, компараторы выполнены на логических интегральных элементах, причем выходы компараторов подключены к кодовым выходам аналогоцифрового преобразователя, а цепьсдвига уровней. срабатывания икомпараторов содержит последовательносоединенные между собой диоды и источник постоянного тока, подключенный к обшей шине.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США У 3710377,кл. 340-347, опублик. 21,09. 71.2, СЛ.Ч. Рга 1 ара, КесЫу А-В Соп;чеггег-А гЬгеэйо 1 Й 1 о 9 Ж АрргоасЬ,1 пгегпаг.1 опа 1 Тогпа 1 ой Е 1 есгоп 1 сз1974, ч, 37, 93, р. 367, фиг. 3прототип).687586 Голубовичй Корректор М, Селехман оставитель ехред С.Миг едактор Е. ро Заказ 5744 иал ППП П атент , г; Ужгород, ул. Проектная,Тираж 1060ЦНИИПИ Государственнопо делам изобретений3035, Москва, Ж, Р Подписноекомитета СССРоткрытий .ская наб., д. 4/5