Аналого-цифровой преобразователь

(71 ) Таганрогски ескийб институт им. В.Д н(5 б) 1, Гитис Э.И Преобразователи с информации для электронных цифровых г вычислительных устройств М "Энер- в гияп, 1975, с.291. :к 2; Балакай В,Г., и др. Йнтеграль-х ные схемы, аналого-цифровые и цифро- л аналоговые преобразователи, М фЭнер- ц гия", 978 с.49 (прототип). . к. первого компаратора, а второй вход - , то с выходом второго компаратора, пер- р вый вход которогосоединен с первым . э входом первого компаратора, а второй . в вход - с выходом блока уставки, о т- . в л и ч а ю.ш и й с я тем, что,.с це- бюл. РЗОнскийй радиотехничКалмыкова лок ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ВТОРСНОВГФ СВИДЕТ ю повышения быстродействия, в него ведены формирователь выходного коа, блок управления делителем частоты, аспределитель, делитель напряжения, лОк управления делителем напряжеия, цифровой коммутатор, цифроанаоговый преобразователь, аналоговый уммирующий блок, первый вход котороо соединен с шиной входного сигнала, ыход - с вторым входом первого омпаратора, а второй вход - с выодом цифроаналогового преобразовате я, вход которого соединен с выходом ифрового коммутатора, первый вход оторого соединен с выходом счетчика первым входом Формирователя выходго кода, второй вход - с вторым Е ходом .Формирователя выходного кода, ыходом распределителя, генератора илообразного напряжения, входами лока управления делителем частоты С лока управления делителем напряжеия, выход которого .соединен с вхо- ф ом блока уставки и первым входом елителя напряжения, второй вход ко 4рого соединен с выходом генерато-а пилообразного напряжения, при том вход распределителя соединен с:, ыходом.блока управления, а второй ход делителя частоты - с выходом а управления делителем частоты.,1Изобретение относится к информа ходом блока уставки, введены формиционно-измерительной технике и исрователь выходного кода, блок управ- .пользуется для аналого-циФрового ления делителем частоты, распределипреобразования. тель, делитель напряжения, блок упИзвестен аналого-цифровой преоб- . Равления делителем напряжения, цифро. -разователь (АЦП), содержащий гене вой коммутатор, цифроаналоговый прератор тактовых импульсов, вентиль, . образователь (цАП), аналоговыйтриггер, компаратор. генератор пило- суммирующий блок, первый вход котообразного напряжения, счетчик и уст-, рого соединен с шиной входного сигРойство управления, причем выход ге- нала, выход. - с вторым входам первонератора пилообразного напряжения 10 го компаратора, а второй вход -ссоединен с первым входом компаратора, выходом цАП, вход которого соединенк второму входу которого подключен . с.выходом цифрового коммутатора, перисточник входного сигнала, а выход .вйй вход которого соединец с,выхо.-соединен с единичным входом триггера, дом счетчика и первым входом Форьпк второму входу которого подключен : 15.рователя выходного кода, второй входыход устройства управления, выход . с вторым входом формирователя выходриггера через вентиль соединен с . ного кода, выходом рвцпределителя,одом счетчика,. а с вторымвходом . генератора пилообразного напряжения,;.ыход генератора тактов, вход кото-.входами блока управления делителемРого соединен,с устройством управ-: р частоты, блока управления делителемления Г 13; . " , : . . напряжейия, выход которого соединенНедостатком данного устройства . .; с входам блока уставки и первым вхо-.является низкое быстродействие, :. дом делителя напряжения,. Второй входИзвестен АЦП, содержащий генЕ-, . ; котоРого СоединЕн -с выходом генераРатор тактовых импульсов, вентиль, , 25 тора пилообразного напряжения,.:триггер, компаратор, генератор пи-,: . при этом вход распределителя соедилообразного напряжения, счетчик, блок нен с выходам блока управления, ауправления, второй компаратор, вто- второй вход.делителя частоты - с вы.РОй веНтиль, втОРой триггер, блок ходом блока управления делителеМуставки и делитель частоты. ВыХодЧастоты.генеРатора пилообразного напряжения На фиг.1 представлена структурнаяподключен к первым входам обоих сХЕма АЩ 1;на Фиг 2 - временные дка-:компараторов, а выход первого .ком- . граммьг, пояснякюаие его работу.паратора - к первому входу первого, , АЦп содержит генератор 1,пилообразтриггера, выход которого через пер-ного напряжения, делитель 2 напряжевый вентиль соединен с первым вхо- З ния, комйараторц 3 и 4, блок 5: уставдом элемента ИЛИ, выход которого ки, триггер б, вентиль .7, делительподключен к входу счетчика резуль 8:ча 6 тотыр генератор 9 тактовых имтата, а второй вход через второй . пульсов, блок 10 управления делитевентнль - к делителю частоты, вход лем частоты, распредЬлитель 11, блок,которого соединен с вторым входом 40 12 управления делителем напряжения,первого вентиля и выходом генера- . : . цифровой коммутатор 13, формировательтора тактовых импульсов выход блока .14 вйходного кода,.счетчик 15, блокуставок подключен к второму входу : .16 управления, .ЦАП 17, аналоговыйвентиля, а второй вход соединен с суммирующий блок 18, кину 19 входнб,вторым входом первого триггера; с ге. го сигнала,нератором пилообразного напряже-. Выход генератора 1 чЕрез делительния и выходом устройства управлейия, . 2 напряжейия соединен с .входами ком-.к.второму входу первого компаратора г параторов 3 и 4, К второму входу комподключена шина входного сигналаЦ 1 паратора 3 подключен выход блока 5Цель изобретения - повышение. 5 О уставки, с помощью которого. Порогбыстродействия срабатывания компаратора 3 устанавпоставленная цель достигается ливается равным нижнему значениюдиа.тем, что в АЦП содержащий блок уп- , пазона преобразования Ой ВЫход комравления,генератор пилообразного . паратора 3 соединен с первым входоМнапряжения, делитель частоты, первый триггера б . с вторым входом котороговход которого соединен с выходом ге соединен вйход компаратора 4, Выходнератора тактовых импульсов, а вы- . триггера б подключен к первому. входуход - с первым входом вентиля, вентиля 7, с вторым входом котороговыход которого соединен с входомсоединен:через делитель 8 частотысчетчика, а второй, вход - с выходом генератор 9 тактовых импульсов,триггера, первый выход которого 60 Е управляющему входу делителя 8 чассоединен с выходом первого компара- тоты подключен выход блока 10 управтора, а второй вход - с выходом вто- .ления делителем частоты. Выход рас"рого компаратора, первый вход которб- пределителя 11 соединен с входамиго соединен с первым входом первого генератора 1, блока 10 управлениякомпаратора, а второй вход - с вы делителем частоты, блока 12 управления делителем напряжения, цифрового коммутатора 13 и Формирователя14 выходного кода. К вторым входамкоммутатора 13 и формирователя 14подключен выход счетчика 15, входкоторого соединен с выходом вентиля 57. Выход блока 16 управления подключен к входу распределителя 11. Выход коммутатора 13 соединен с входом ЦАП 17, который подключен к первому входу аналогового суммирующего 10блока 18, с вторым выходом которогосоединена шина 19 входного. сигнала.Выход блока 18 подключен к второмувходу компаратора 4, а выход блока.12.- к второму входу делителя 2 напряжения и входу, блока. 5 уставок.ЬЦПработает следующим образом.- Импульсом подготовки распредели+.тель 11, .блоки 10 и 12, счетчик 15и триггер 6. устанавливаются в ну- .левое исходное состояние. Процесспреобразования осуществляется на Р. циклов. Преобразуемый сигнал Оу пошине 19 поступаетна вход суммирующего блока 18, на второй вход ко-. торого с выхода .ЦАП 17 поступаетсигнал, равный нулю. Таким образом,йа первый вход компаратора 4 подает, ея сигнал,. равный О. На первый входкомпаратора,3. с блока 5 поступаетсигнал уставки ЦД равный минимально Му значению диапазона изменения вход- ного сигнала 0 . По команде с блока 16 управления распределитель 11 .вырабатывает первый импульс, с которого начинается первый цикл измере . ния. Осуществляется запуск генератора :, 1 пилообразного напряжения, сигналс которого через делитель 2 напряжения поступает на вторые входы компараторов 3 и 4. Блок 12 устанавливает 4 Окоэффициент передачи делителя 2 равным У . По достижению сигналом с :делителя 2 значения равного 0 Д ком-,паратор 3 переводит триггер 6 в еди-.ничное состояние и открывает вентиль 457, через который импульсы с делителя8 частоты генератора 9 поступают в .:счетчик 15, Коэффициент передачи де .лителя 8 устанавливается блоком 10 равным значению С . Когда сигнал на выходе делителя 2 достигает значения,равного входному сигналу компаратор 4 переводит триггер 6 в нулевое состояние и закрывает вентиль 7. К этому моменту в счетчике 15 оказываетсязаписанным число 4 импульсов, про порциональное Уч причем разрядность числа, получающегося на первом цикле. равна иф . Это число й.поступает в формирователь 14 выходного кода и через цифровой коммутатор 13 на 60 управление старшими и разрядами ЦАП обратной связи, который формирует аналоговый эквивалент этого числа 0 . На первом входе компараЯМ М тора 4 формируется разностью=0-0 к, 65 которая.подлежит измерению на второмцикле,По второму импульсу с распределителя 11 начинается второй цикл преобразования. Блок 10 осуществляетпереключение коэффициента передачиделителя 8 на значениеЪ 2,а блок 12переключение коэффициента передачиделителя 2 на значение Еф . На выходе блока уставки вырабатывается сиг.налО, В счетчике 15, как и в первом цйкле, формируется Иф -разрядное число К , пропорциональное разности Ох и ц обозначенной как Ь,Число М через блок 13 поступаетна управление второй группой разрядов ЦАП 17, которое Формирует третью разность Ь+на входе компаратора4. В Формирователе 14 число Иучаствует в. Ущочнении результата, полученного на первом цикле. Третий и последующие циклы осуществляются нналогично описанным, причем в Формировате.ле 14 каждое число К ,.участвует. вМ.уточнении результата Е К,ф Кф, полученного на предыдущих-1 циклах. Уточнение результатана каждом.5возможной погрешностью измеенияна -м цикле. Разность Иф -6обозначается Ф ф ы называется досто-.13верными" разрядами -го цикла.Разрядность Й выходного кодаАЦП определяется из выражения где И - число, получающееся наМЙ-м цикле.Снижение требований к точности, генератора пилообраэеего напряжения и компаратора приводит к тому, что число Кф, получающееся на -м цикле как цифровой эквивалент, находящий 1 ся на входе разности Ь имеет погрешность, величина которой не превщаает значения 2 - . Поэтому, в случае измерения сигнала Ьф. на входе компаратора 4, обеспечйвающего максимальное заполнение разрядной сетны, при максимальной погрешности преобразования на цикле, в е разрядах записан цифровой эквивалент, соответствующий Ь и являющийся достоверным, а в у уи разрядах занесена недостоверная информация,. соответствующая погрешности, вносимой указанными узлами.Для обеспечения компенсации погрешности; возникающей на каждом предшествующем цикле, диапазон измерениу на каждом послржующем цикле в 2-ф раз шире, чем в прототипе, что обеспечивается тем, что коэффициент пе 1035794:е 5Весовой коэффициент цикла опреде.ляется по формуле3К=2 -и -2 е),.а выходной Мф - разрядный код пре 30 образователя формируется согласно выражениюР=.д. к" н"у 3 115Диапазон изменения сигнала на каждом цикле преобразования имеет границы: верхнюю Я и нижнюю Я, которые на первом цикле совпадают с максимальным ОД и минимальным О значениями диапазона изменения входйосо сигнала 0, а на других циклах с максимальными и минимальными значениями диапазона изменения промежуточныхразностей Ь ф Ох-ОкВеличина кванта (К конечного результата определяется из выраженияЪдфц "И2 фДа величина квантана каждом цикле30 определяется по формуле% (к (%а значения напряжений уставки О для 5 каждого цикла рассчитываются по Формуле"и=40Частота поступления импульсов на счетчик 16 определяется по формуле Т%= )где Т - период следования сигналов с генератора 1.КоэФфициент передачи делителя 8 на-м цикле определяется из выражения"Я:и жгде Г - частота генератора 9.По сравнению с известным устройством, реализующим алгоритм груботочного кодирования предлагаемоеустройство обеспечивает существенноеснижение требований и точности преобразования на каждом цикле, котораяопределяется величинойб"= --Ъ3 дК ф,.в то время как в.известном устройстве относительная погрешность сущерт"венно зависит от номера цикла й определяется по ФормулеФ 1 35.,1- д,",Вследствие этого, несмотря на некоторое увеличение числа циклов в устройстве, длительность их существенно снижена, так как используются низкочаототные компараторы, обладающие высокям быстродействием, и в зависимости от скорости нарастания сигнала на входе компаратора увеличивается разрядность получаемого выходного кода, увеличивая частоту генератора тактов по мере уменьшения угла наклона сигнала генератора пилообразного сигнала, что повышает быстродействие преобразования..г Составитель А. Кузнецовор Л, Алексеенко Техред И,Тенер ЕорректорА. Ильин,е длисн 4/5в щи аивщ 4 ВЮШВЕ вВ Шее И М ю т ваВнлиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Прое ктная каз 5 В 54/59 ТирВНИИПИ Государственногопо делам изобретений113035, Иосква, Ж, Р 936сиитета ССоткрытийупуская наб.