Аналого-цифровой преобразователь

(19) (11) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ЗОБРЕТЕНИ ельСТВУ ИЕ инский,А.Г.в тельскйй ин ских пробле етельство СС 3/15, 1980 ОВОЙ ПРЕОБРА 913585, о ттем, что, с вномерных по ЦИФРв. И Е АВТОРСКОМУ СВИД(46) 15.10.83. Бюл. И (72) Е.В.Белогорцев, О.ПуУрбан и А.К,Якуш (71) Научно-исследов тут прикладных физич им.акад.А.Н,Севченко (53) 681.325(088.8) (56) 1,Авторское сви йф 913585, кл. Н 03 К (прототип).(54)(57) АНАЛОГОЗОВАТЕЛЬ по авт.с л и ч а ю щ и й с я целью устранения нер диапазону погрешностей и повышениябыстродействия аналого-цифрового преобразователя при регистрации амплитудных спектров потоков входных сиг-налов в широком динамическом диапазоне, в него введены последовательносоединенные полосовой Фильтр, компаратор, одновибратор повторного запуска и одновибратор начала пре"образования, выход которого подключен к дополнительному входу параллельного занесения счетчика и ктретьему входу блока управления, приэтом вход полосового фильтра соединен с вторым выходом элемента ана"логовой памяти, а второй вход ком"паратора подключен к общей вине.0485741 1 1Изобретение относится к цифровойизмерительной технике,и может бытьиспользовано для преобразования аналоговых сигналов в цифровой код вшироком диапазоне.По основному авт.св. М 913585известен аналого-цифровой .преобра"зователь ( АЦП), содержащий генераторразрядного тока, сетку уровней квантования, выходы которой соединеныс первыми входами п-,компараторов,выходы которых .соединены со входамикодирующей матрицы, а выход генератора тактовых импульсов соединенс первым ,входом элемента И, счетчик,селектор-мультиплексор данных,блок управления и элемент аналоговой памяти, первый вход которогосоединен со входной шиной, второйвход и первый выход соединены соот ветственно с первыми выходом и входом блока управления, третий входчерез генератор рязрядногь тока соединен со вторым выходом блока управ"ления и через элемент И подключенк первому входу счетчика, а второйвыход подключен ко вторым входам компараторов, выходы которых соединеныс первыми входами селектора-муль.типлексора данных, вторые входы которого соединены с выходами кодирую"щей матрицы и вторыми входами счет.чика, а выход соединен со вторымвходом блока управленияЩ,Недостатком известного преобразователя является то, что выбор По-.стоянного времени. хранения амплитудывходного сигнала приводит к ограничению быстродействия преобразовате"ля и неравномерным по диапазону погрешностями измерения амплитуды,Длительность переходного процессазависит от величины запоминаемой амплитуды сигнала. Вследствие этогоддя каждой амплитуды входного сигнала а начале преобразования будутиметь место разные амплитуды переменных составляющих переходного процесса, обуславливающих неравномернуюпо шкале погрешность измерения амплитуды входного сигнала. Кроме того,. при постоянном времени хранения происходит потеря времени на малых амплитудах входного сигнала, так какдля них переходной процесс на запоминающем элементе по длительностименьше и поэтому преобразование можноначинать раньше. В связи с этимцикл,запоминание амплитуды входного сигнала и ее хранение до начала преобразования, можно значительно сократить, что в свою очередь повышаетсреднее быстродействие преобразова 5 теля. Это подтверждается аналитическимрассмотрением переходногопроцесса на запоминающем элементе.В данном случае используется эквивалентная схема конденсатора в эле 10 менте аналоговой памяти, представленная на фиг.1 (С- запоминающаяемкость; НР, р, С - соответственно паразитное сопротивление, индуктивность и емкость монтажа; Е - за 15 поминаемое напряжение). Уравнение,которому подчиняется напряжениеС (й) на запоминающей емкости, имеетаид="с+8 "сфо 1 сОРгде 2= - ; с =25 1,о 1 СР Р Така как 8 (с ыо, то в данной цепизатухание переходного процесса описывается следующим выражением:=61-Е соьяЦ=Г-Ее соэЫ=п пер 12) З 5 где Я - преобразуемое напряжение;Га - постоянная составляющая пере"ходного процесса; Гаер - переменнаясоставЛлющал переходйого процесса.Ввиду того, что начало поеобра зования выбирается по максимальномувремени затухания переходного процесса от наибольшего значения амплитуды переменной составляющей до заданного уровня Оо, то при преобразс 45 ванин уровней с имеют место потериво времени. Этот вывод следует извыражения (2). Так как затуханиеколебательного процесса определя ется экспонентой, то оценить поте ри во времени можно, учитывая толькоэкспоненциальный член выражения (2) .Если преобразуется М уровней Г, Е, ,Е, то суммарное время, котороепроисходит до начала преобразованиядостижения,(заданного уровня Оо)равно. Таким образом, абсолютный суммар,".ный проигрыш времени з известномАЦП определяется выражением: 1 г М а+-(м 4 епе-Е ела;1 тМ.11 етая-еи(п ;.) (51 Целью изобретения является устра-,нение неравнвмерных по диапазонупогрешностей и повышение быстродей"ствия аналого-циФрового преобраэова":ротеля при регистрации амплитудныхспектров потоков входных сигналовв широком динамическом диапазоне.Поставленная цель достигаетсятем,что в аналого-цифровой преобразователь введены последовательносоединенные полосовой фильтр, компа Ратор, одновибратор повторного за"пуска и одновибратор начала преобразования, выход которого подключен кдополнительному входу параллельногозанесения информации счетчика и ктретьему входу блока управления,при этом вход полосового фильтрасоединен со вторым выходом элемента.аналоговой памятй, а второй вход.,35компаратора подключен к общей шине.На фиг.1 изображена схема конденсатора в элементе аналоговойпамяти; на Фиг.2 - структурная элект" 40рическая схема аналого-циФрового пре.образователя; на фиг,3 - временнаядиаграмма работы аналого-цифровогопреобразователя.УСтройство содеРжит и-компарато- .45ры 1-,1,1"И, сетку 2 уровней квантования, кодирующую матрицу 3, счетчик4, генератор 5 тактовых импульсов,элемент 6 И, блок 7 управления, элемент 8 аналоговой памяти, генератор9 разрядного тока, селектор-мультиплексор 10 данных,.полосовой фильтр .11, компаратор 12, одновибратор 13повторного запуска, одновибратор 14начала преобразования.. 55Временная диаграмма работы аналого-цифрового преобразователя (Фиг.3) содержит сигнал 15 "Пуск", базовый . 574 4уровень 16 элемента аналоговой памяти, сигнал 17 с выхода элементааналоговой памяти, сигнал 18 с выхода полосового фильтра, сигнал 19с выхода компаратора 12 для отслеживания переходного процесса, сигнал20 с выхода одновибратора повторногозапуска, сигнал 21 с выхода одновиб"ратора начала преобразования, сигнал22 со второго выхода блока управления, сигналы 23 с выхода элемента6 И, сигнал 24 с выхода селекторамультиплексора данных.Устройствоработает следукщимобразом.В исходном состоянии все разрядысчетчика 4 установлены в "нуль", вхо.ды компараторов 1-1, 1-и находятсяв состоянии логической "1", на выходах сетки 2 уровней квантования установлены соответствующие эталонныеуровни, на выходе элемента 8 анало"говой памяти - "нулевое" напряжение,Блок 7 управления блокирует прохож"дение импульсов через элемент 6 И идержит генератор 9 разрядного токаВ ЭдКРЫТОМ СОСТОЯНИИ.По сигналу "Пуск" 15 из блока 7 управления восстанавливается базовый уровень 16 элемента аналоговой памяти и разрешается запись входного сигнала, После записи выходное напряжение с элемента аналоговой памяти 8-, соответствующее максимальной амплитуде входного сигнала, поступает на входы и-компараторов 1-1,1"иа переменная составляющая переходных процессов на запоминающей емкости воделлетсл при помощи полосового фильтра 11 и поступает на вход компаратора 12. Формируемые на выходе компаратора сигнал 19 .поступают на вход одновибратора 13 повторного запуска. Этот одновибратор формирует сигнал 20, запрещающий преобразование до окончания переходных процессов, По спаду сигнала 20 производится запуск одновибратора начала преобразования, формирующего на выходе сигнал 2 1, который поступает на третий вход блока 7 управления и вход параллельного занесения информации с четчика 4. Результат сравнения .входного напряжения с выхода и-компараторов 1-1,1-п через кодируоцую матрицу 3 заносится по Фронту сигнала 21 в соответствующие разряды счетчика М и одновремейно1048574 йодается нэ управляющие входы селектора-мультиплексора 1 О данных,используемого для выбора выходакомпарвтора, к которому подключенблиаайщий эталонный уровень сетки2, меньший.0, (фиг. 3, сигнал 17с выхода элемента аналоговой памяти, уровень е). 8 следующем тактепреобразования по спаду сигнала 21блок 7 управления формирует на втором выходе сигнал включения генератора 9 разрядного тока и элемента6 И. Сигналы с генератора 5 тактовых импульсов проходят через элемент6 И и заполняют счетчик 4 (фиг. 3сигнал 23). Конец преобразованияопределяется по изменению логического уровня на выходе компаратора бфиг. 3, сигнал 24); который, черезселектор-мультиплексор 10 данныхподается на блок 7 управления, По, окончании преобразования в этом блоке формируется сигнал "Пуск" 15, ко"тарый подготавливает устройство кочередному преобразованию.Таким образом, использование новых элементов: полосового фильтра,компаратора, одновибраторов повтор-,ного запуска и начала преобразования, выгодно отличает предлагаемыйаналого-цифровой преобразователь отпрототипа, так как позволяет повысить быстродействие и устранить неравномерность по диапазону погрешностей при регистрации амплитудныхспектров.