Аналого-цифровой преобразователь

й(Щф+ ь",ОП ИСАЙ ИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистинеских Республик(22) ЗаЯвлеио 190773 21) 1945163/18-21 И 03 К 13/17 с присоединением заявки Ио(23) Приоритет -Государствениь(й комитетСССР по делам изобретений и открытий(2) Авторы изобретения К.Г.Самофалов, Я,В,Мартынюк и А.Д.Харламов Киевский ордена Ленина политехнический институтим.50-летия Великой Октябрьской социалистической революции(1) Заявитель 54) АНАЛОГО-БИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение касается электроприборостроения и может быть использовано в устройствах автоматики, в системах информационно-измерительной техники и в аналого-цифровых вычислитель" 5ных устройствах для преобразованиябыстро изменяющихся аналоговых сигналов напряжений, токов, временныхинтервалов) в цифровой код.Известен аналого-циФровой преоб- . 10разователь, содержащий источникиэталонных уровней, ключи, компараторы, триггер 1),Однако, функциональные возможностиустройства ограничены, 15Известен аналого-цифровой преобразователь обобщенного многошкальногосчитывания, содержащий источники эталонных уровней шкал, ключи, компара-,торы, информационные входы которых 20объединены между собой и черезключ, цифровой вход которого черезтриггер подсоединен к синхронизатору, соединены с входом преобразова-.теля, а выходы компараторов через . 25регистрирующие триггеры соединеныс шифратором двоичного кода и одновременно с дешифратором, подсоединенным через триггеры к цифровымвходам ключей 2). 30 К недостаткам устройства относится невозможность функциональнойперестройки электрическим путем, сложность схемы, трудоемкость процессанастройки при изгстовлении, низкаянадежность работы,Бель изобретения - введение электрической перестройки с запоминанием для аналого-циФрового преобразования по различным Функциональным зависимостям, повышение технологичнос"ти и надежности,Для этого в аналога-циФровой преобразователь, содержащий блок управления, компараторы, аналоговыеключи, два блока триггеров, шифратор,дешифратор, введены блок формирователей сигналов перестройки эталонных уровней, сегнетоэлектрическиепьезотрансформаторы и формирователи,причем входы блока формирователейсигналов перестройки эталонных уровней соединены с выходной шиной источника напряжения поляризации и выходами блока управления, а выходы подсоединены к информационным входным шинами опорным входным шинам компараторов,которые через сегнетоэлектрическиепьезотрансформаторы и формирователисоединены с выходными шинами компараторов, а так же введены источникопорного сигнала и конденсаторы, причем выход источника опорного сигнаЛасоединен с первыми входами аналоговых ключей, вторые входы которыхсоединены с общей шиной устройства,выходы первого аналогового ключачерез конденсаторы соединены с первыми опорными входными шинами компараторов, а выходы остальных аналоговыхключей соединены через конденсаторы с осоответствующими выходами блока Формирователей сигналов перестройки. На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства,Аналого-цифровой преобразователь 15содержит блок 1 формирователей сигналов перестройки эталонных уровней,компараторы 2,3,4, конденсаторы 5,аналоговые ключи 6-11, источник 12опорного сигнала, блок 13 триггеров, 20шифратор 14, дешифратор 15, блоктриггеров 16, регистр 17 старшихразрядов кода, регистр 18 младшихразрядов кода, блок 19 управления,.сегнетоэлектрический пьезотрансформатор 20, состоящий из входных электродов 21, пьезокерамической пластины 22,. экранирующего электрода 23,пьезокерамической пластины 24,выходного электрода 25, Формирователей 26,27,28,Аналого-цифровой преобразовательработает следующим образом. Двоичныйкод И эквивалентный выборке преобразуемого сигнала Х, определяется в 35результате сравнения ее последовательно с грубой и составной шкаламиэталонов, Эталонные уровни каждойиз шкал формируются непосредственнов компараторах 2-,4 путем масштабногоизменения в соответствии с амплиту Одами коэффициентов передачи задействованных сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов и суммирования сиг-.налов, поступающих на опорные входыкаждого из компараторов 2-;4. Одновременно с этим эталонные уровни сравниваются с выборкой преобразуемого сигнала Х, Амплитуды коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 являются следующи Оми:по входу ВХ 1 К = Кг=К 1: 1по входу ВХ 2 Кг - К г -Кг1/2по входу ВХЗ К.,: К =К =1/432 ЗЪпо входу ВХ 4 К 4 = 3/16К аг= 1/8К+у 1/16Указанные значения коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 приведены в относительных единицах для частного случая, когда преобразование является линейным, а величина опорного сигнала равна допустимому максимальному значению преобразуемого сигнала Хм . В общем случае данные коэффицентыпередачи могут принимать различныезначения как по величине,так и познаку и определяются уровнем и направлением спонтанной поляризацииучастков пьезокерамики под входнымиэлектродами 21. Электрическая перестройка с запоминанием для аналогоцифрового преобразования по различным функциональным зависимостямосуществляется в преобразователепутем изменения по амплитуде и познаку коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов20 по их входам, достигаемого в результате управления уровнем и направлением спонтанной поляризацииучастков пьезокерамики под входными электродами 21 при помоши воздействия электрического поля, Управляющие сигналы требуемой амплитудыполярности, длительности, частотыследования, количества импульсовв пачке вырабатывает блок 1. Входным сигналом Х для предлагаемогопреобразователя могут являться напряжение, ток и временной интервал,представленный длительностью импульса тока Фиксированной амплитуды. Величина амплитуды входного сигнала Хмвыбирается такой, чтобы амплитудаимпульса напряжения, прикладываемого при этом ко входам сегнетозлектрических пьезотрансформаторов 21,была значительно меньше амплитудынапряжения переполяризации пьезокерамической пластины 22. Вследствиеэтого значения коэффициентов передачи сегнетоэлектрических пьезотрансформаторов 20 не изменяются в процессе многократного аналого-цифровогопреобразования, т,е. не разрушаетсяинформация об эталонных уровнях,причем эта информация может храниться без разрушения, практически, скольугодно долго и при полном отключении питающих напряжений. В начальномположении аналоговые ключи 6-,11 соединяют с корпусом устройства все входы компараторов 2-,4, т,к. триггерыуправления блока 16 находятся всостоянии 0. Период преобразования выборки входного сигналасостоит из четырех тактов. В первомтакте через аналоговый ключ б производится выборка преобразуемогосигнала Х 1, а через аналоговыеключи 7 и 8 опорный сигнал подаетсяна соответствующие входы компараторов2-,4. При этом в компараторах 2-:4Формируются эталоны грубой шкалы,а именно: в компараторе 2 - эталонс весом 11/2+1/4)Хтак как задействованы входы ВХ 2 и ВХЗ; в компараторе 3-1/2 Хтак как задействованвход ВХ 2; в компараторе 4-1/4 Хм,так как задействован вход ВХЗ,Одновременно с этим данные зтапосравниваются с выборкой Х, поступившей на входы ВХ 1. Если Х в каком-либо из компараторов 2-.4 превышаетэталонный уровень с точностью довеличины зоны нечувствительности, тов результате сравнения на его выходепоявляется импульс стандартной амплитуды. Импульсы со сработавших компараторов переводят соответствующиетриггеры блока 13 в состояние " 1,Кроме того, в конце первого тактапреобразуемый и опорный сигналыотключаются от компараторов 2-;4, Вовтором такте периода преобразованияпроисходит Формирование старших разрядов выходного кода Й, в шифРаторе 14, а также управляющих уровней - вдешифраторе 15, В третьем такте кодс шифратора 14 записывается в регистр1 7, опорный сигнал подается черезаналоговый ключ 11 на входы каждогоиз компараторов 2-;4. Этим обеспечивается формирование эталонов точнойшкалы; в компараторе 2 эталона с весом 3/16 Х , в компараторе 3-1/8 Х,в компараторе 4-1/16 Х, В каждом изкомпараторов 2-;4 формируется наибольший по весу эталон грубой шкалысреди тех эталонов, веса которыхоказались меньше выборки Х Этореализуется при помощи аналоговыхключей 7-.10, которые позволяют сформировать любой из эталонов грубойшкалы в каждом из компараторов 2-;4,Одновременно с Формированием эталонов происходит их суммирование, атакже сравнение новой составной 35шкалы с выборкой входного сигналаХ,. Выходные импульсы, сработавмихв результате сравнения компараторов,регистрируются в соответствующихтриггерах блока 13. После этого входной и опорный сигналы отключаются откомпараторов 2-;4. В четвертом тактепериода преобразования выборки Х 1происходит Формирование в шифраторе14 младших разрядов кода И, . В начале следующего периода преобразования код с шифратора 14 записываемого в регистр 18, после чего двоичныйкод Нэквивалентный выборке входного сигнала Х, можно считыватьс регистров 17 и 18. Кроме того,начинается преобразование следующейвыборки Х 2 и т,д. Устройство отличается высокой технологичностью,так как задание тех или иных функциональных особенностей при изготовлении достигается последующей электрической обработкой его узлов (компараторов), а электрическая перестройка преобразователя может происходитьнепосредственно в процессе его функци 60онирования, Существенно повышаетсянадежность аналого-циФрового преобразователя, поскольку в нем отсутствуют механические элементы настройки, а все узлы выполнены в виде интегральных микросхем. Кроме того,благодаря указанным отличиям существенно упрощается схема аналого-цифрового преобразователя, так как отпадает необходимость в использовании суммирующих схем или цифро-аналогового преобразователя, а также за счет уменьшения количества применяемых ключей для коьыутации аналоговых сигналов.Формула изобретения1 Аналого-циФровой преобразователь, содержащий блок управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами двух блоков триггеров, шифратора, дешифратора, регистра младших разрядов кода и регистра старшйх разрядов кода, компараторов, информационные входные шины которых объединены, а выходные шины через первый блок триг - геров соединены с входами шифратора и дешифратора, выход которого через второй блок триггеров соединен с цифровыми входами аналоговых ключей, а выходы шифратора соединены с входами регистров младших и старших разрядов кода, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью введения электрической перестройки с запоминанием для аналого-циФрового преобразования по различным Функциональным зависимостям, повышения технологичности и надежности, введены блок формирователей сигналов перестройки эталонных уровней, сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и Формирователи, причем входы блоков формирователей сигналов перестройки эталонных уровней соединены с выходной шиной источника напряжения поляризации и выходными блока управления, а выходы подсоединены к информационным входным шинам и опорным входным шинам компараторов, которые через сегнетоэлектрические пьезотрансформаторы и формирователи соединены с выходными шинами компараторов2, Аналого-цифровой преобразователь по пункту 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что в него введены источник опорного сигнала и конденсаторы, причем выход источника опорного сигнала соединен с первыми входами аналоговых ключей, вторые входы .которых соединены с общей шиной устройства, выходы первого аналогового ключа через конденсаторы соединены с первыми опорными входными шинами компараторов, а выходы остальных аналоговых ключей соединены через конденсаторы с соответствующими выходами блока Формирователей сигналов перестройки,711676 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1, Гитис Э.И, Преобразователи и "-омации для электронных цифровых.Ужгород, ул,Проектная,4 Патен Фили аказ 9385/66 ПИИИПИ Го по. дела 113035, МосТираж 995дарственногоизобретенийа, Ж, Рауш вычислительных устройств. М., Энергия, 1975, с,50-270.2. Авторское свидетельство СССР Р 200873, кл,С 06 Р, 1967 (прототип) . Подписомитета СССРоткрытий.кая набд.4/5