Быстродействующий аналого-цифровой преобразователь

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ин 75 О 722(2) Заявлено 240478 (21) 2608555/18-21с присоединением заявки Мо(5)М К 3 Н 03 К 13/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Пензенский политехнический институт1 О Предлагаемый быстродействующий аналого-цифровой преобразователь (АЦП) может быть использован в электроизмерительной и вычислительной технике, а также в системах передачи информации для кодирования коротких импульсных и быстроизменяющихся сигналов.Известны быстродействующие АЦП, построенные по способу считавания (АЦП параллелЬного типа), а также последовательно-параллельные АЦП (11 . АЦП параллельного типа, обладая высоким быстродействием, в большинстве случаев не позволяет получить необходимую точность из-за резкого увеличения оборудования при числе двоичных разрядов, большем пяти-шести. Последовательно-параллельные АЦП, обладая высокой точностью при относительно небольших аппаратурных затратах, имеют значительно меньшее быстродействие по сравнению с параллельными. 25Иэ известных АЦП наиболее близким по технической сущности к изобрете нию является быстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий две группы дифференциальных переключателей на транзисторах по и переключателей в каждой группе и 2 п источников опорного тока, три амплитудных анализатора, суммирующие резисторы, .причем базы первых транзисторов каждого переключателя соединены со входной шиной и входом первого амплитудного анализатора, а базы вторых транзисторов - с источником опорных напряжений, эмиттер 1( транзисторов каждого переключателя подключены к соответствующим источникам опорного тока, первые выводы суммирующих резисторов соединены с шиной источника питания, а вторые выводы - с входами второго и третьего амплитудных анализаторов соответственно 21 .Такое построение АЦП во многих случаях не дает возможности получить необходимую точность. Это обусловлено тем, что рабочей зоной дифференциальных переключателей является участок переключения транзисторов, т. е. транзисторы работают в усилительном, активном режиме. При этом разброс характеристик транзисторов по напряжению база-эмиттер в паре и от пары к паре, температурнаянестабильвость этих характеристик,нестабильность опорных напряжений,разброс других характеристик транзисторов приводят к увеличению погрешноств АЦП. Может изменяться ихарактер нелинейности рабочей характеристики. Кроме того, на точностьпреобразователя оказывает влияние инелинейность "линейного" участкахарактеристики,Целью изобретения является повышение точности АЦП.Это достигается тем, что в быстроцействующем аналого-цифровом преобразователе, содержащим две группыдифференциальных переключателей натранзисторах по и переключателей в 15каждой группе и 2 и источников опорного тока, три амплитудных анализатора, суммирующие резисторы, базыпервых транзисторов каждого переключателя соединены со входной шиной и входом первого амплитудногоанализатора, а базы вторых транзисторов - с источником опорных напряжений, эмиттеры транзисторов каждого переключателя подсоединены к 25соответствующим источникам опорноготока, первые выводы суммирующих резисторов соединены с шиной источника питания, а вторые выводы - свходами второго и третьего амплитуд-ных анализаторов соответственно,коллекторы первый транзисторов дифференциальных переключателей соединены 1с шиной источника питания,а коллекторы вторых транзисторов дифференциальных переключателей каждой группы,подключены к одним входам второгои третьего амплитудных анализаторовсоответственно, другие входы которыхсоединены со входной шиной.На фиг. 1 представлена схема предлагаемого преобразователя.АЦП содержит амплитудные анализаторы 1, 2 и 3, две группы 4 и 5 дифференциальных переключателей на транзисторах 6-13 и источники опорноготока 1 д - 17 по числуц квантов грубогоотсчета, условно принятого равнымчетырем, хотя это число может бытьлюбым другим, и суммирующие резисторы 18 и 19 на базы правых по схеметранзисторов поданы опорные напряжения О, О +дО, О, О. +дО. На базы левых по схеме транзисторов и первые входы амплитудных анализаторов1, 2 и 3 подан входной аналоговый.сигнал, вторые входы амплитудныханализаторов 2 и 3 соединены с соответствующими суммирующими резисторами. Выходы амплитудных анализаторовобразуют выход устройства.Преобразователь работает следую- щщим образом.При О - 0 левые по схеме транхзисторы закрыты, а правые открыты инапряжения Ои О минимальны. ПустьОлинейно возрастает, Вначале начинает открываться транзистор 8, а транзистор 9 призакрывается, Напряжение О возрастает, а О не изменяется.На фиг, 2 (а, б, в) приведены1 зависимости О,(,= 1 (Ох),причем О представляет собой напояжение И, сме-, щенное по оси ординат. Рабочие участ ки характеристик показаны утолщенными линиями, О возрастают значительное быстрее, чем О . Раэностное напряжение Ох- Она входах амплитудного анализатора 3 линейно возрастает, так как в это время напряжение О не изменяется (участок 1, фиг, 26), Для получения кода О производят одновременный опрос амплитудных анализаторов 1, 2 и 3. Код старших разрядов образуется на выходах амплитудного анализатора 1, а код младших разрядов получают с выходов амплитудного анализатора 3, так как при данном значении О он работает на линейном частке характеристики (линейный часток выбирается в зависимости от кода старших разрядов). При некотором значении О транзистор 8 полностью открывается,а транзистор 9 закрывается,и напрякение О не изменяется. Далее начинает открываться транзистор 6, что обеспечивает соответствующим выбором опорных напряжений Ои и О При работе на этом участке характеристики (участок (, на фиг, 2 б) код младших разрядов снимается с выходов амплитудного анализатора 2.Очевидно, что в предлагаемом устройстве транзисторы дифференциальных переключателей используются в режиме переключения опорных токов, а не в усилительном режиме, поэтому разброс характеристик этих транзисторов не оказывает существенного влияния на точность преобразования. Кроме того, в данном устройстве не предъявляется жестких требований к стабильности опорных напряжений, подаваемых на базы транзисторов, что эквивалентно снижению погрешности от нестабильности этих напряжений.Формула изобретенияБыстродействующий аналого-цифровой преобразователь, содержащий две группы дифференциальных переключателей на транзисторах по и переключателей в каждой группе и 2 и источников опорного тока, три амплитудных анализатора, суммирующие резисторы, причем базы первых транзисторов каждого переключателя соединены с входной шиной преобразователя и входом первого амплитудного анализатора, а базы вторых транзисторов - с источником опорных напряжений, эмиттеры транзисторов каждого переключателя подссединены к соответствующим Висточникам опорного тока, первыевыводы суммируюших резисторов соединены с шиной источника питания, авторые выводы - с входами второго итретьего амплитудных анализаторовсоответственно, о т л и ч а юш и й с я тем, что, с целью повышения точности устройства, коллекторы первых транзисторов дифференциальных.переключателей соединены сшиной источника питания, а коллекторы вторых транзисторов дифференциальных переключателей каждой груп.пы подключены к одним входам второго и третьего амплитудных анализаторов соответственно, другие входы которых соединены с входной шиной.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Гитис Э. М. Преобразователиинформации для электронных цифровых вычислительных устройств.-М.,Энергия, 1975, с. 315, 319.2. АгЬе А Кцгг В Гаям АОС.1 ЕЕЕ Тгапь оп МиС 1 5 с., Чо 1. М 5-22750722 СоставитеКлюкина Техред Г. Шаповалетко Корректор Макаре исно илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Редакто Эаказ 4 70/45 ЦНИИПИ по де 35, Москосударств ам изобре а, Ж,995 ног ний Покомитета СССРи открытийая наб., д. 4/5