Аналого-цифровой преобразователь

Союз Советских Социалистических Республик(о 1) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 250180 (21) 2874150/18-21с присоединением заявки йо(5)М. Кп,Н 03 К 13/17 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(72) Автор изобретения В;А. БагацкийОрдена Ленина институт кибернетикиАН Украинской ССР(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ 10 5 Изобретение относится к цифровой измерительной технике и аналогоцифровой вычислительной технике и предназначено для аналого-цифрового преобразования напряжения в цифровойКОДеИзвестен аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной усилитель, быстродействующий ключ, усилитель, токозадаюший резистор, нуль- орган, цифроаналоговый преобразователь и устройство управления (11.Недостатком данного устройства является невысокая точность, зависящая от большого дрейфа нуля компаратора,Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий входной измерительный преобразователь,цифроана логовый преобразователь, состоящий из источников разрядных токов на резисторах и разрядных токовых ключей, токозаДаюший РезистоР Ко, блок коР- рекции погрешностей, два ограничительных диода, компаратор р блок управления 21.Недостатком этого преобразователя является низкая точность преобра. эования. 30 Цель изобретения-повыаение точности преобразования;Поставленная цель достигается тем, что в аналого-циФровой преобразователь, содержащй входной измерительный преобразователь, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходу подключен первый вывод токоэадающего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов цифроаналогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей. цифроаналогового преобразователя, введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к общей шине, а второй вывод соединен со вхо" дом компаратора и через промежуточный измерительный преобразовательподключен ко второму выводу токоэадающего резистора, причем катод пер. вого и анод второго диодов через соответствующие источники напряжений соединены с общей шиной.На фиг. 1 представлена стРУктУР- ,ная электрическая схема аналого-цифрового преобразователя.Предлагаемое устройство содержит блок 1 коррекции погрешностей, входной измерительный преобразователь 2, компаратор 3, блок 4 управления, промежуточный измерительный преобразователь 5, токоэадающий резистор б, цифроаналоговый преобразователь 7, состоящий иэ разрядных источников 8 токов и разрядных токовых ключей 9, резистор 10 нагрузки, первый и второй ограничительные диоды 11 и 12, первый и второй источники напряжений 13 и 14.Введение новых блоков позволяет 20 получить величину кванта по напряжению в суммирующем узле такой, чтобы практически полностью исключить влияние дрейфа напряжения нуля компаратора на погрешность всего ана лого-цифрового преобразователя.Устройство работает следующим образом.Входной сигнал Бх поступает навход входного измерительного преоб- ЗО разователя 2. Выходное напряжение преобразователя 2 преобразуется в ток с помощью токоэадающего резистора б. Ток, соответствующий входному сигналу Бх, поступает на вход промежуточного измерительного преобразователя 5, выход которого является генератором тока. В начальном состоянии выходные цифровые сигналы блока 4 управления таковы, что разрядные источники 8 тока цифроаналогового 40 преобразователя 7 отключены от суммирующего узла, т.е. узла, где соединяются выходы разрядных токовых ключей 9, выход промежуточного измерительного преобразователя 5, вход ком паратора 3, катод и анод ограничительных диодов 11 и 12 и первый вывод резистора 10 нагрузки.На первом такте с первого выхода блока 4 управления на первый управ- О ляющий вход соответствующего разрядного токового ключа 9 поступает цифровой сигнал, под воздействием которого ключ подключает к суммирующему узлу соответствующий разрядный истОчник 8 тока. Так как к этому же узлу с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 поступает ток, противоположный по знаку току разрядного источника тока и зависящий от значения входного еО сигнала Пх, то в суммирующем узле происходит вычитание токов. Раэностный ток создает на резисторе 10 наг" рузки падение напряжения, под воздействием которого на выходе компара тора 3 проявляются уровни сигналов, поступающие по цепи обратной связи на вход блока 4 управления. Если входной сигнал х таков, что зависящий от него ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 больше чем противоположный по знаку выходной ток разрядного источника тока, то падение напряжение на резисторе 10 нагрузки приводит к появлению на выходе компаратора 3 такого сигнала, в соответствии с которым разрядный источник тока остается подключенным к суммирующему уэлу до конца цикла преобразования. Если входной сигнал Бх таков, что ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 меньше чем выходной ток разрядного источника тока, то на выходе компаратора 3 появляется сигнал, в соответствии с которым разрядный источник тока отключаетсяот суммирующего узла. Если раэностныйток образует на резисторе 10 нагрузки падение напряжения больше, чем -(Е + Ц.) - +(Е + П), то это напряжение ограничивается схемой ограничения иэ диодов Д, Д и источников напряжений Е и Е)- падение напряжений на открытом ограничительном диоде).На втором такте со второго выхода блока 4 управления на управляющий вход соответствующего разрядного токового ключа 9 поступает такой цифровой сигнал, который подключает к суммирующему узлу выход соответствующегоразрядного источника 8 тока. Еслипервый разрядный источник тока остается подключенным ксуммирующему узлу, то к нему протекает сумма токов от первого и второго разрядных источников 8 токов, а также ток, зависящий от входного сигнала Бх и протекающий с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5. Если входной сигнал х таков, что зависящийот него ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 больше чем противоположная по знаку сумма выходных токов первых двух разрядных источников 8 тока, то раэностный ток создает на резисторе 10 нагрузки падение напряжения, которое воздействует на вход компаратора 3 и приводит к тому, что на его выходе появляется сигнал, в соответствии с которым второй разрядный источник8 тока остается подключенным к суммиРующему узлу до конца цикла преобразования. Если входной сигнал х таков, что ток с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 меньше чем сумма выходных токов первых двух разрядных источников тока, то на выходе компаратора 3 появляется сигнал, в соответствии с которым второй разрядный источник тока отключается от суммирующего узла.На следующих тактах происходит ,процесс компенсации тока, зависящего от входного сигнала Бх и протекающего с выхода промежуточного измерительного преобразователя 5 путем включения и в зависимости от выходного сигнала на выходе компаратора 3 отключения разрядных источников 8 токов разрядными токовыми ключами 9 .от суммирующего узла преобразователя.При измерении температуры окружающей среды блок 1 коррекции погрешностей поддерживает такое выходное напряжение, чтобы токи, поступающие от разрядных источников 8 тока через токовые ключи 9 в суммирующий узел, оставались неизменными.15На фиг. 2 приведена одна из возможных схем промежуточного измерительного преобразователя 5.Промежуточный измерительный преобразователь состоит иэ двух анало гичных каналов: канала управляемого генератора тока с отрицательным выходным током и канала генератора тока смещения с положительным выходным током. В связи с необходимостью обеспечить высокую линейность и стабильность коэффициента передачи оба канала построены на основе следящих схем с опрерационными усилителями 15 и 16 в цепях обратной связи по току. Канал генератора тока смещения введен для того, чтобы при Эх=О через транзисторы 17 и 18 протекали токи см, что исключает неустойчивую работу следящей схемы на основе усилителя 15, транзистора 17 датчика и эмиттерного резистора 21.Управляемый генератор тока состоит иэ операционного усилителя 15, резистора 19 смещения, компенсирующего резистора 20, транзистора 17, 40 датчика с эмиттерным резистором 21 и выходного транзистора 18 с эмиттерным резистором 22. Вход промежуточного измерительного преобразователя 5 соединен с неинвертирующим входом 4 усилителя 15, первым выводом резистора 19 смещения и коллектором транзистора 17 датчика. Второй вывод резистора 19 подсоединен к отрицатель-ному. выводу источника опорного напряжения. Инвертирующий вход усилителя 15 подключен к первому выводу компенсирующего резистора 20, второй вывод которого подключен к общей шине. Выход усилителя 15 соединен с базами транзисторов 17 и 18. 55 Эьщттеры транзисторов 17 и 18 подключены к первым выводам резисторов 21 и 22 соответственно. Вторые выводы этих резисторов соединены с положительным выводом источника питания щ "яиц,В суммирующем узле на неинвертирующем входе усилителя 15 осуществляется суммирование токов 3 хД Д и поддерживается отрицательной об ратной связью потенциал фземлиф. При изменении х изменяется 7 х и для сохранения на данном входе потенциала земли выходное напряжение Оз,становится таким, что изменение 3компенсирует изменение Э. Таким образом, изменение 0, а ,затем Э приводит к равному изменению Э . Параметры транзисторов 17 и 18, а также резисторов 21 и 22 одинаковы (например, если транзисторы и резисторы расположены на одном кристалле или подложке), поэтому соот" ветственно изменяется и 7 к, т,е.выходной ток управляемого генератора тока.При изменении коллекторного тока Эиэ-за изменения напряжения питания Ои параметров транзистора 17 с температурой и временем, напряжение ПЕИРЛ изменяется так, чтобы поддерживать постоянный ток 7 кт и, как следствие, выходной ток Экт управляемого генератора тока.Канал генератора тока смещения работает аналогичным образом.В преобразователе масштаб преобразования входного сигнала в ток определяет токозадающий резистор 6. Преобразование раэностного тока во входное напряжение компаратора про" исходит на реэисторае 10, так как с введением промежуточного измерительного преобразователя выходные ,сопротивления ветвей, подключенных :к суммирующему узлу, весьма велики.Формула изобретенияАналого-цифровой преобразователь, содержащий входнойизмерительный преобразователь, вход которого соединен с шиной входного сигнала, а к выходуподключен первый вывод токоэадающего резистора, вход блока коррекции погрешностей подключен к шине опорного напряжения, а выход подключен ко входам источников разрядных токов цифроаналогового преобразователя, выходы которых через соответствующие разрядные токовые ключи соединены со входом компаратора, анодом первого и катодом второго ограничительных диодов, а выход компаратора соединен со входом блока управления, выходы которого соединены соответственно с управляющими входами разрядных токовых ключей цифроаналогового преобразователя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введены промежуточный измерительный преобразователь, два источника напряжения и резистор нагрузки, первый вывод которого подключен к .общей шине, а второй его вывод соединенсо входом компаратора и через промежуточный иэмеритель869023 Электронные измес цифровым от 1970, с.25,.г НИИПИ Эаказ 8355/8 ж 991 Подписное лиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 ный преобразователь подключен ко второму выводу токозадающего резистора,причем катод первого и анод второгодиодов через соответствующие источники напряжений соединены с общей шиной.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Швецкий Б.И. рительняе приборы счетом. "Техника" рис. 4. 2. Автометрия, 1970, М 2, с. 44,рис. 7.