Аналого-цифровой преобразователь

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ739732 Союз Советски кСоциалистнческнкРеспублик б ) Дополнительное к авт, свил-ву22) Заявлено 31.01.78 (21) 2575067/18 - 21 Гооударстоаииый комитет к открытийН 03 К 13/0253) УДК 681.325 (088.8) с и исоелинением запек Приоритет Оиубликов 80, Бюллетень 3 й 21 опубликования описания 05.06.80г) Авторизобретеии дионов явитель,(54) АНАЛОГО-,Ц ОЙ ПРЕОБРАЗОВАГЕЛЬ и вы- ользо томати т быть ователь, атора,сравУ н Изобретение относится к ав ке числительной технике, н може исп вано для преобразования напряженияв цифровой код.Известен аналого-цифровой преобраз5 содержащий два запоминающих конденсстройство, задающее порог, устройствоения и ключи 11.Этот аналого-цифровой преобразователь предназначен для преобразования в код быстро меняющегося напряжения, которое в каждом такте запоминается на запоминающем кон. денсаторе и в следующем такте сравнивается со входным напряжением. Если при этом разница сравниваемых напряжений больше напряжения, определяемого устройством, задающим порог, то выходной код получает единичное приращение, а если разница сравниваемых напряжений меньше порогового напряжения, то выходной код остается без изменений.Недостатком известного преобразователя заключается в том, что в случае медленно меняющегося напряжения из.за утечек в запоми- нающих конденсаторах снижается точность; прн этом невозможно преобразование в кодпостоянных напряжений.Известен аналого-цифровой преобразователь,содержащий усилитель с резисторами во входной цепи и в цепи обратной связи, входнойключ, два запоминающих конденсатора с ключами в цепи заряда и устройство сравнения 2),В этом преобразователе реализован алгоритмпоследовательного уравновешивания, причемэлементом удвоения входного напряженияи вычитания опорного напряжения являетсясумматор на операционном усилителе, содержащем прецизионные резисторы. Промежуточныенапряжения запоминаются потактно на двухзапоминающих конденсаторах. Выходная информация представляется в виде последовательноготока,Недостатком известного аналого-цифровогопреобразователя является невысокая точность.Целью изобретения является повышениеточности работы устройства.Указанная цель достигается тем, что в из.вестный аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной ключ, подключенный ко9732 Яр Ф 3 73входу усилителя, устройство сравнения, одиниэ входов которого соединен с выходом усилителя, другой вход - с первым внешним источником опорного напряжения, выход - свыходом преобразователя, первый и второйключи, один из входов которых соединен совходом усилителя, другие входы - с выходомусилителя, а выходы - с одной из обкладок,соответственно первого и второго запоминающих конденсаторов, третий ключ, один из входов которого соединен с шиной нулевого потенциала, а другой вход - со вторым внешнимисточником опорного напряжения, введены пятьключей и два дополнительных запоминающихконденсатора. Одни из входов четвертого ипятого ключей соединены с выходом усилителя, другие входы - с одними из входов соответственно шестого и седьмого ключей, а выходы - с одной из обкладок соответствующихдополнительных запоминающих конденсаторов,другие обкладки которых соединены с выходами соответственно третьего и восьмого ключей.ЛОдин из входов восьмого ключа соединен со- вторым внешним источником опорного напряже.ния, другой вход - с шиной нулевого потен.циала и другим входом седьмого ключа, авыходы шестого и седьмого ключей соединеныс другими обкладками соответственно первогои второго запоминающих конденсаторов.На чертеже представлена электрическая схе.ма устроиства.Устройство содержит ключ 1, входной ключ2, усилитель 3, устройство сравнения 4, клю.чи 5, 6, запоминающие конденсаторы 7 - 10и ключи 11 - 15.Аналого-цифровой преобразователь работаетследующим образом,Для реализации алгоритма последовательногопоразряд 1 того кодирования входное напряже.ние О должно сравниваться с опорным напряжением О, равным половине опорногонапряжения 11, т.е. 01 - 0,5 О . Есливходное напряжение меньше опорного напряжения О, то старшему разряду кода присваивается нулевое значение, а напряжение Оьудваивается и снова сравнивается с напряжени.ем 0 . Если входное напряжение большеопорного напряжения О, то старшему разряду кода присваивается единичное значение,напряжение О удваивается и из него вычитаЬтется опорное напряжение О, Разность этихнапряжений снова сравнивается с опорнымнапряжением О,Таким образом, в каждом такте напряжение, поданное на вход преобразователя, срав.нивается с опорным напряжением О 1 и уд. ваивается, если определяемый код в данном.такте равен нулю, или удваивается и иэ это." "го удвоенного напряжения вычитается опорное 5 10 15 го 25 ЗО 35 40 45 напряжение Оа, если код равен единице Получаемое напряжение снова подается на вход преобразователя для определения кода в следующем такте.В предлагаемом преобразователе процесс удвоения напряжения и вычитания из него опорного напряжения происходит на запоминающих конденсаторах и заключается в следующем.Если два конденсатора зарядить до напря. жения О, а затем включить их последовательно между шиной нулевого нотенцнала и усилителем с единичным коэффициентом передачи,то, . на выходе усилителя установится. напряжение 2 О. Если зти же конденсаторы включить последовательно с шиной опорного напряжения, имеющего ту же полярность, что и напряжение 1.1, то на выходе усилите. ля установится напряжение О-0 где О - напряжение источника опорного напряжения.Таким образом, при помощи конденсаторов можно с высокой точностью удваивать напряжение, либо удваивать и вычитать опорное напряжение. При этом номиналы конденсаторов, их разброс и разброс параметров ключей не влияют на точность выполнения этих операций.В первом такте происходят следующиекоммутации.Входной ключ 2 замыкается и соединяет внешний источник входного сигнала со входом усилителя 3, имеющего единичный коэффициент усиления (например, операционный усилитель с большим входным сопротивлением, включенный в режиме повторителя напряжений). Напряжение ОО с выхода усилителя поступает на один из входов устройства сравнения 4 и на запоминаюцие конденсаторы 7 и 9, которые включены при помощи ключей 5, 13 и 11, 1 между выходом усилителем 3 и шиной нулевого потенциала. Эти конденсаторы в этом такте заряжаются до напряжения О=О На устройстве сравнения 4 определя-. ется старший разряд кода.: Если О .О старший разряд кода равен нулю, если О ) О 1, то единице. Во втором такте входной ключ 2 размыкается, а запоминающие конденсаторы 7 н 9 включаются последовательно прн помощи ключей 5, 13 и 11, 1 между входом усилителя 3 и шиной нулевого потенциала, если значение кода в предыдущем разряде равнялось нулю, или между входом усилителя 3 и шиной второго внешнего опорного напряжения О если значение кода равнялось единице. При этом в первом случае на вход усилителя 3 подается напряжение 20, а во втором случае, 1 напряжение 2 О - О Это напряжение через739732 5усилитель 3 поступает на вход устройствасравнения 4 для определения следующего разряда кода и заряжает запоминающие конденсаторы 8 и 10, которые в этом такте подключаются при помощи ключей б, 14 и 12, 15между выходом усилителя 3 и шиной нулевого потенциала.В следующем, третьем, такте запоминающиеконденсаторы 8 и 12 подключаются последовательно при помощи ключей 6, 14 и 12, 15между входом усилителя 3 и шиной нулевогопотенциала, если разряд кода, определяемыйво втором такте, равен нулю, или междувходом усилителя 3 и шиной опорного напря.жения О, если разряд кода, определяемыйво втором такте, равен единице. Запоминающие конденсаторы 7 и в этом такте включаются между выходом усилителя 3 и шинойнулевого потенциала,В следующих тактах процесс повторяется,т,е. если запоминающие конденсаторы 7 и 9подключаются последовательно со входом уси.лителя 3, то запоминающие конденсаторы 8и 10 подключаются к выходу усилителя 3и наоборот. 25Таким образом, устройство реализует алгоритм последовательного поразрядного кодиро.вания.В предложенном аналого-цифровом преобра.зователе не содержится ни одного прецизионного элемента и переходное сопротивление .ключей не влияет на точность работы устройства. При высокой точности преобразованиявходного напряжения в код преобразовательне требует никакой предварительной подгонки по точности, и разброс номиналов злемен.тов, входящих в него не влияет на точностьпреобразования.Предлагаемое техническое решение по сравнению с известным устройством позволяет повысить точность за счет выбора режима работы элементов, разброс и величина параметровкоторых не влияют на точность преобразования. 6Формула изобретения Аналого-цифровой преобразователь, содер. жащий входной ключ, подключенный ко входу усилителя, устройство сравнения, один из входов которого соединен с выходом усилителя, другой вход - с первым внешним источником опорного напряжения, а выход - с выходом преобразователя, первый и второй ключи, один из входов которых соединены со входом усилителя, другие входы - с выходом усилителя, а выходы - с одной из обкдадок соответственно первого и второго запоминаю. щих конденсаторов, третий ключ, один из входов которого соединен с шиной нулевого потенциала, а другой вход - со вторымГвнешним источником опорного напряжения, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повыше. ния точности, в него дополнительно введены пять ключей и два дополнительных запоминаю. щих конденсатора, при этом одни из входов четвертого и пятого ключей соединены с выходом усилителя, другие входи - с одними иэ входов соответственно шестого и седьмого ключей, а выходы - с одной из обкладок соответствующих дополнительных запоминаю. щих конденсаторов, другие обкладки которых соединены с выходами соответственно ,трепего и восьмого ключей, один из входов вось. мого кльзча соединен со вторым внешним источником опорного напряжения, другой вход - с шиной нулевого потенциала и дру. гим входом седьмого ключа, а выходы шестого и седьмого ключей соединены с другими обкладками соответственно первого и второго запоминающих конденсаторов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР У 474930,кл. Н 03 К 13/02, 1972.2. Шляндин В. М. Цифровые измерительныепреобразователи и приборы. М., иэд во Выс.шая школа" 1973, с, 202 (прототип).739732 Составитель А. Кузнецо А.Ще панская Редактор Б. Федотов. Техред ректо уска Заказ 2957/50 одни сно СРЦНИИПИ Государственного комитета СС по делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 и