Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6 А Ноз НИЕ ИЭОБРЕТЕНИ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ. ОПИ юЪ 1 3 Аз д ) д ;, 4 ЯфЩМ Ы(БлЫдТВМЧй:1 ЮУд РСКОМ К АВ меритель Иляндина детельство СССРК 13/02, 1979. Май Ю ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(71) Винницкий политехнический институт(56) 1. ЦиФровые электроиз ные приборы, Под ред. В.М. "Энергия" 1972, с. 282.2. Стахов А.П., Вишняков Ю.М. О повышении инФормационной надежности аналого-циФровых преобразователей следящего типа. Сб. "Проблемы созданйя преобразователей Формы инФормации". Материалы 111 Всесоюзного симпозиума, Киев. Наукова думка", 1976, с. 16.3. Авторское сви9 783979, кл. Н 03(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий элемент сравнения, первый вход которого соединенс входной шиной, циФроаналоговыйпреобразователь, логический блок,блок управления, блок анализа кодов,первый реверсивный счетчик, выходкоторого соединен с входами блокаанализа кодов и циФроаналоговогопреобразователя, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом логического блока, выходы которого соединены с первыми входамипервого реверсивного счетчика, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения линейности выход,ЯО 1046,ной характеристики аналого-цифрового преобразователя, в него введеныблок выделения нулевого кода, второй реверсивный счетчик, коммутатор, первый и второй блоки синтезакодов; блок циФровых элементов сравнения, блок регистров, блок адресации, первые выход и вход которогосоединены с первым выходом и входомблока .регистров соответственно,второй выход которого соединен спервым входом блока циФровых элементов сравнения, второй вход которогосоединен с,выходом первого реверсивного счетчика, а выход - с первыми входами блока управления и второго блока синтеза кодов, второй,вход которого соединен с выходомпервого реверсивного счетчика, третий вход - с первым выходом блокауправления, второй выход которогосоединен с вторьм входом первогореверсивного счетчика, третий входкоторого соединен с выходом коммутатора, первый и второй входы которого соединены с выходами первогои второго блоков синтеза кодов соответственно, а третий вход - с третьвыходом блока управления, второйвход которого. соединен с выходомблока выделения нулевого кода, входкоторого соединен с выходной шинойи выходом второго реверсивного счетчика, первые входы которого соединены с выходами логического блока,а второй вход - с четвертым выходомблока управления, третий и четвертый входы которого соединены с выходами блока анализа кодов и элемента сравнения соответственно.образователя 40 Преобразователь 3, первый реверсивный счетчик 4, второй реверсивныйсчетчик 6, логический блок 5,45 коммутатор 7, блок 8 анализа кодов,первый блок 9 синтеза кодов, второйблок 10 синтеза кодов, блок 11 цифровых элементов сравнения, блок 12регистров, блок 13 адресации, блок14 выделения нулевого кода, блок 15управления, выход 16 аналого-цифрового преобразователя.Вход 1 аналого-цифрового преобразователя, на который подаетсяпреобразуемая аналоговая величина,соединен с первым входом элемента2 сравнения, второй вход которогосоединен с выходом цифроаналогового .преобразователя 3, выход элемента2 сравнения соединен с четвертым60 входом блока 15 управления, обеспечивающего работу всего устройства,и с управляющим входом логическогоблока 5, управляющего работой реверсивных счетчиков 4 и б. Выход5 первого реверсивного счетчика 4, вь Изобретение относится к вычисли-тельной и измерительной технике и может быть использовано для преобразования аналоговых величин в цифровые.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок сравнения, генератор импульсов, блок логики., реверсивный счетчик, преобразо, ватель код-напряжение, дешифратор и блок отсчета 1Недостатком аналого-цифрового пре образователя.является зависимость линейности преобразования от линейности выходной характеристики цифроаналогового преобразователя.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий устройство сравнения, реверсивный счетчик, преобразователь код-напряжение, логическое устройство, генератор импульсов и фильтр 2.Недостатком такого аналого-цифрового преобразователя яЖтяется зависимость линейности от погрешности линейности выходной характеристики цифроаналогового преобразователя,Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является аналого-цифровой преобразователь, содержащий элемент сравнения первый вход которого соединен с входной шиной, цифроаналоговый преобразователь, логический блок, блок управления блок анализа кодов, первый реверсивный счетчик, выход которого соединен с входами блока анализа кодов и цифроаналогового преобразова теля, выход которого соединен с вторым входом элемента сравнения, выход которого соединен с входом логического блока выходы которого соединены с первыми входами первого реверсивного счетчика ГЗ 3.Недостатком этого преобразователя является низкая линейность выходной характеристики при наличии отклонений от требуемых значений весов разрядов цифроаналогового преобразователя.Цель изобретения - повышение линейности выходной характеристики аналогоцифрового преобразователя.Для достижения цели в аналогоцифровой преобразователь, содержащий элемент сравнения, первый вход которого соединен с входной шиной, цифроаналоговый преобразователь, логический блок, блок управления, блок анализа кодов, первый реверсив. ный счетчик выход которого соединен со входами блока анализа кодов и цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с входом элемента сравнения, выход которого . соединен с входом логического блока, выходы которого соединены с первыми входами первого реверсивного счетчика, введены дополнительно блок выделения нулевого кода, второй реверсивный счетчик,. коммутатор, первый и второй блоки синтеза кодов,блок цифровых. элементов сравнения,блок регистров, блок адрессации,5 первые выход и вход которогосоединены с первым выходом .и входом бло-,ка регистров соответственно, второйвыход которого соединен с первымвходом блока цифровых элементов10 сравнения, второй вход которого соединен с, выходом первого реверсивного счетчика, а выход - с первыми. входами блока управления и второгоблока синтеза кодов, второй вход5 которого соединен с выходом первогореверсивного счетчика, третий входс первым выходом блока управления,второй выход которого соединен свторым входом первого реверсивногосчетчика, третий вход которого соединен с выходом коммутатора, первыйи второй входы которого соединеныс выходами первого и второго блоковсинтеза кодов соответственно, а5 третий вход - с третьим выходом бло ка управления, второй вход которогосоединен с выходом блока выделениянулевого кода, вход и выходом второго реверсивного счетчика, первыевходы которого соединены с выходамиЗ 0 логического блока, а второй вход -с четвертым выходом блока управления, третий и четвертый входы которого. соединены с выходами блокаанализа кодов и элемента сравнения35 соответственно,На чертеже представлена функциональная схема аналого-цифрового преУстройство содержит вход 1 анало. го-цифрового преобразователя, элемент 2 сравнения, цифроаналоговыйполняющего также функции блока с точностью до младшего кванта. Р -я свертки и развертки кодов, соединен, ,переходная кодовая комбинация выэыва с входом блока 3, с вторым информа- ет появление на выходе цифроаналоционным входом блока 13 адресации, гового преобразователя 3 аналоговой обеспечивающего запись и выборку величины, соответствующей реальному кодов в блоке 12 регистров, с вто весу Р-го разряда цифроаналоговорым входом блока 11 цифровых эле- го преобразователя 3 минус один ментов сравнения, осуществляющих младший квант. сравнение содержимого счетчика 4 Цифроаналоговый преобразователь 3 с содержимым блока 12, с первым вхо- устройства должен быть построен дом блока 9 синтеза кодов, формирую на основе избыточно-весовых кодов, щего кодовую комбинацию по содержи-, например, кодов фибоначи и кодов мому реверсивного счетчика 4 и од- "золотой" р -пропорции. ного из регистров блока 12, с вторым В режиме преобразования входных входом блока 10 синтеза кодов, пред- аналоговых величин А в код фзолоназначенного для Формирования ко той" р -пропорции, при условии, довой комбинации по содержимому счет. что (р +1).младших .разряда, точные, чика 4 и выходным сигналам блока 11 устройство работает следующим обрацифровых элементов сравнения, и с зом.входом блока 8 анализа кодов, анали- Преобразуемая аналоговая величизирующего содержимое счетчика 4. Вы на А х с входа 1 подается на перход блока 8 соединен с третьим вхо- вый вход элемента 2 сравнения, кото. дом блока 4.5 управления. Первый рый осуществляет сравнение входной вход блока 11 соединен с вторым вы- аналоговой величины с величиной ходом блока 12 регистров, в котором сигнала Я к обратной связи, поступасодержатся переходные кодовые ком ющего с выхода цифроаналогового бинации по числу "неточных" раэря- преобразователя 3. Разность вышеукадов цифроаналогового преобразовате- эанных величин д А =А - А преобля 3. Выход блока 11 соединен с пер- разуется в код "золотой" р -пропорвым. входом блока 10 синтеза кодов ции по методу следящего уравновешии с первым входом блока 15 управ- вания с помощью логического блока ления. Первый выход блока 12 соеди 305, реверсивного счетчика 4 и блока нен с первым входом блока 13 адре управления. Результат преобраэова. сации, первый выход которого соеди- ния формируется в реверсивном счетнен с входом блока 12, а второй вы- чике б, причем в Процессе прямого ход - с вторым входом блока 9 син- счета содержимое счетчика 4 постотеэа кодов. Выходы первого и второ- З 5 янно сравнивается с помощью блока 11 го блоков 9 и 10 синтеза кодов сое- цифровых элементов сравнения, с содинены через коммутатор 7 с инфор- держимым блока 12 регистров, в кото- мационным входом реверсивного счет- ром содержатся переходные кодовые чика 4, Первый и второй. счетные комбинации, определенные в режиме входы реверсивных счетчиков 4 и б 40 поверки Каждая 1 -я переходная соединены с выходами логического кодовая комбинация вызывает появлеблока 5. Выход реверсивного счетчи- ние на выходе цифроаналогового прека б является выходом аналого-цифро- обраэователя 3 аналоговой величины, вого преобразователя и соединен с . соответствующей реальному весу входом блока 14 выделения нулевого 45 1 -го разряда цифроаналогового преоб кода, выход которого соединен с вто- раэователя 3 минус один младший рым входом блока 15 управления. Вто- квант. Тогда, чтобы исключить разрырой, первый, третий и четвертый вы- вы в выходной характеристике цифроходы блока 15 управления соединены аналогового преобразователя 3, высоответственно с управляющими вхо .званные несоответствием весов раэдами реверсивного счетчика 4, блока рядов требуемым значениям, в процес адресации, коммутатора 7 и ревер- се прямого счета включение каждого сивногосчетчика б. 1-го "неточного" разряда разрешаетАналого-цифровой преобразователь ся .лишь после формирования в счет- работает в двух режимах, "режиме . чике 4 кода, равного Р-й переход- поверки, в процессе которого опреде ной кодовой комбинации. ляют переходные кодовые комбинации Если на 1-м такте преобразования и режиме непосредственного преобра. - один из цифровых элементов сравнеэования входной аналоговой величины ния блока 11 выработал сигнал, свив код "золотой" р -пропорции. детельствующий о том, что содержимоеПереходная кодовая комбинация яв счетчика 4 равно содержимому одного ляется одной иэ форм представления , из регистров блока 12, то бпок 15 заданного числа, для которой вы- управления переводит счетчик 4 иэ ходная аналоговая величина цифроана- режима счета в режим записи. В блологового преобразователя 3 соответ- ке 10 синтеза кодов по содержимому ствует заданной цифровой величине, 65 счетчика 4 сигналом из блока цифро 1046926вых элементов сравнения формируется код, аналоговый эквивалент которого точно на младший квант больше выходной аналоговой величины цифроаналогового преобразователя 3 на 1-м такте преобразования. 5На следующем такте по сигналу из блока 15 происходит запись, через коммутатор 7, содержимого блока 10 в реверсивный счетчик 4, Затем блок 15 управления переводит счетчик 4 10 в режим счета.В процессе обратного счета блок 8 анализа кодов анализирует содержимое реверсивного счетчика 4 и выделяет все кодовые компбинации, в ко торых 0 -й "неточный" разряд является значащим, а разряды с номерами ( 0 - нулевыми. По сигналуиэ блока 8 анализа кодов блок 15 управления переключает реверсивный счет- щ чик 4 из режима счета в режим записи, .а также формирует адрес, по которому блок 13 адресации производит выборку иэ блока 12 регистров 1 -й переходной кодовой комбинации. Блок 9 синтеза кодов по содержимому реверсивного счетчика 4 и Г-й переходной кодовой комбинации формирует код, аналоговый эквивалент которого точно на один младший квант меньше выходной аналоговой величины цифро- аналогового преобразователя 3. На следующем такте преобразования по сигналу блока 15 управления происходит запись через коммутатор 7 содержимого блока 9 в реверсивный 35 счетчик 4. Затем блок 15 управления переводит счетчик 4 в режим счета.Таким образом, число импульсов, поступившее на реверсивный счетчик 4, соответствует входной аналоговой 40 величине Л с, точностью до младшего кванта. Одновременно подсчет импульсов от логического блока 5 ведется в реверсивном счетчи ке б, в котором формируется результат преобразования.45В режиме проверки определяют переходные кодовые комбинации. Процесс поверки начинается с (р+2)-го разря; да цифроаналогового преобразователя при условии, что (р+1 ) младших разряда - точные.В этом режиме устройство работает следующим образом.На вход 1 аналогоцифрового преоб. разователя подается ступенчатого-.нарастающая аналоговая величина, 0 -я ступень которой обеспечивает при кодировании включение 1 -го "неточного" разряда цифроаналогового преобразователя 3 и используется для определения 1-й переходной кодо вой комбинации. Процесс определения 1 -й переходной кодовой комбинации состоит из трех этапов.На первом этапе производится преобразование величины -й ступени в код "золотой" Р -пропорции описанным выше способом, причем, счетв реверсивном счетчике б разрешается лишь после. включения в счетчике4. 1 -го разряда.На втором этапе происходит исключение Г-го поверяемого разрядапутем выполнения операции развертки в реверсивном счетчике 4. Затемпроцесс кодирования продолжаетсяв реверсивном счетчике 4, причем,если после исключения поверяемогоразряда состояние, элемента 1 сравнения не изменяется, то реверсивныйсчетчик 4 под воздействием логического блока приводится в режим обратного счета импульсов. Если жесостояние элемента 2 сравнения изменяется, то реверсивный счетчик 4работает в режиме прямого счета импульсов, при этом операция сверткив поверяемый разряд запрещена. Кодирование прекращается при изменениисостоянияэлемента 2 сравнения.На третьем этапе по команде изблока 15 управления реверсивныесчетчики 4 и б начинают работать врежиме обратного счета импульсовдо момента обнуления содержимогореверсивного счетчика б, на что укажет блок 14 выделения нулевогокода. После обнуления содержимогореверсивного счетчика б из содержимого счетчика 4 вычитается еще одинмладший квант. В результате в блоке4 сформируется 1 -я переходная комби.нация, аналоговый эквивалент которой точно на один младший квант меньше реального веса 0 -го разрядацифроаналогового преобразователя 3.По команде из блока 15 управления содержимое счетчика 4 через блок13 адресации записывается в блок 12регистров.Процесс определения (6+1)-й переходной кодовой комбинации аналогиченописанному выше, однако, при этомнеобходнмо читывать ранее определенные переходные кодовые комбинации, использование которых позволяетв процессе кодирования устранитьскачки аналоговой величины, вызван. -ные отклонениями весов разрядовцифроаналогового преобразователя 3от требуемых значений, на участкевыходной характеристики, определяемой разрядами цифроаналогового преобразователя 3 с номерами.Результаты поверки могут многократно использоваться в режиме непосредственного преобразования измеряемой аналоговой величины в код"золотой" р -пропорции,Таким образом, введение новыхблОков и связей позволяет повыситьлинейность выходной характеристикиАЦП, построенного на ниэкоточныханалоговых узлах, более чем на порядок,1046926 ставитель И.Рхред Т.фанта нов ор О,Тиго К ников едакто е Заказ 7752 лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектн ИИПИ по д 3035 Тираж 936осударственно ам изобретени Москва, Ж,Подписнкомитета СССРи открытийаушская наб д, 4,/