Преобразователь напряжение-цифровой код

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 9) (И) И 03 К 13 20 НИЯ О 8 ТО У ЕТЕПЬСТВ ПредеЧернико 03, рек 973,еп 1 з апй ель СТМдпе,ХпзСппвР 2, ретельст13/20,о СС 1974 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) (57) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЕЦИФРОВОЙ КОД, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами, первую и вторую группысчетных триггеров счетчика, счетныевходи которых подключены соответственно к выходам первого и второгоэлементовИ, первые входы которыхсоединены с выходом генератора и первьм входом блока управления,при этомвторой вход блока управления соединен с выходом комваратора, первыйвыход - с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход -с управляющим входом ключа, третийвыход - с управляющим входом линейнопропускающего устройства, а третийвход - с входом преобразователя ивходом линейно-пропускающего устройства, выход которого соединен с входом первого зарядного устройства,выход которого подключен к первомувходу генератора разрядного тока,второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства,вход которого подключен к выходу ключа, при этом вход ключа соединен систочником смещения, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия при сохраненииточности преобразования, в него введены (й) дополнительных компараторов, элементов И, ключей, зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика (п-целое, и3), при этом выходы дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика подключены соответственно к входам управления сложением предыдущих второй груп" пы и дополнительных четных групп счетных триггеров счетчика, выходы которых соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы и дополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика, причемсчетные входы (п) дополнительных групп счетных триггеров счетчика соединены соответственно с выходами (и) дополнительных элементов И, первые входы которых под-ключены к выходу генератора,при этом вторые входы всех элементов И подюночены соответственно к четвертому, пятому ( и+2) -му дополнительным вихо дам блока управления, четвертый пятый (8+1) -й дополнительные вхо- а ды которого соединены соответственнос выходами (й) дополнительных компараторов, а (я+4) -й, (и +5) -й, ..,(2 я+1) -й дополнительныевыходы - с управляющими входами (й) дополни" тельных ключей, выходы которых подключены соответственно к входам (ядополнительных зарядных устройств, при этом выходы (л) .дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с (П) дополнительными входами генератора разрядного тока, а дополнительные выходы первого, вто рого и первых (й) дополнительных зарядных устройств соединены соот- . ветственно с входами (и) дополнительных ключей, первьви входами ком" паратора и входами первых (и) дополнительных компараторов, причем дополнительные выходи (й)-,го и (и)-го дополнительных зарядных устройств соединены соответственно с первым и вторым входами.(Й -2) -го дополнительного компаратора, при этом .1075402 генератора разрядного тока, второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройства, вход которого подключен к выходу ключа, вход которого соединен с источником смещения 3 .Недостатком известного преобразователя является ограниченное быстродействие при заданной точности преобразования, при этом, если точность легко может быть обеспечена выбором количества триггеров счетчика, то быстродействие определяется числом ступеней преобразования, которое в данном преобразователе ограничено двумя ступенями, поскольку какие- либо технические средства, позволяющие увеличить число ступеней, в структуре преобразователя отсутствуют.Цельк изобретения является повышение быстродействия.при сохранении точности преобразования.1Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь напряженке- цифровой код, содержащий два зарядных устройства с накопительными конденсаторами первую и вторую группы счетных триггеров счетчика, счетные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго элементов И, первые входы которых соединены с выходом генератора и первьм входом блока управления, при; этом второй вход блока управления соединен с выходом компаратора, первый выход " с управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход - с управляющим входом ключа, третий выход - о управляющим входом линейно-пропускающего устройства, а третий вход - с входом преобразователя и входом линейно-пропускающего устройства, выход которого соеди" нен с входом первого зарядного устройства, выход которого подключен к первому входу генератора разрядного тока, второй вход которого соединен с выходом второго зарядного устройст. ва, вход которого подключен к выходу ключа, при этом вход ключа соединен с источциком смещения, введены (И) до" полнительних компараторов, элементов И.ключей зарядных устройств и групп счетных триггеров счетчика ( И целое, И 3), при этом выходы дополнительных иечеФщх групп счетных триггеров счетчика подключены соответственно к Изобретение относится к вычислительной и импульсной технике и предназначено для быстрого кодированияамплитуд импульсных сигналов и постоянного тока в вольтметрах. 5Известен время-импульсный преобразователь амплитуд импульсов в циф- .ровой код, содержащий линейно-пропускающее и зарядное устройства, запоминающий конденсатор, сравнивакщее Оустройство, устройство управления,генератор разрядного тока с токовычключом, а также генератор тактовыхимпульсов с импульсным ключом и счетчик импульсов 1 .15Недостатком данного преобразова",теля является ограниченное быстродействие,Известен также преобразовательнапряжение - цифровой код, содержащий ускоренный время-импульсный пре Ообразователь, разряжающий запоминающий конденсатор двумя разряднымитоками, значительно отличаецимисяпо величине 2 .Основным недостатком этого преобразователя является сложность создания двух генераторов импульсного тока с высокой стабильностью отношенияэтих токов, что не позволяет достигнуть теоретического предела быстро- .ЗОдействия,Наиболее близким к предлагаемомуизобретнию по технической сущностии достигаемому результату являетсяпреобразователь амплитуд импульсов 35в цифровой код, содержащий два зарядных устройства с накопительными кон- .денсаторами первую и вторую группысчетных триггеров счетчика, счетныевходы которых подключены соответст Овенно к .выходам .первого и второгоэлементов К первые входы которых соединены с выходом генератора и нервьмвходом блока .управления, при этом второй вход блока управления соединен свыходом компаратора, первый выходс управляющим входом генератора разрядного тока, второй выход - с уп:равляющим входом ключа, третий выходс управляющим входом линейно-пропускающего устройства, а третий вход -с входом преобразователя и входомлинейно-пропускакщего устройства,выход которого соединен с входомпервого зарядного устройства, выход .которого подключен к первому входу 5.,второй вход компаратора соединен спервым входом первого дополнительного компаратора, а второй вход каждого предыдущего дополнительного компаратора подключен к первому входу последуаиего дополнительного компаратора.входам управления сложением предыд 7=щих второй группы и дополнительныхчетных групп счетных триггеров счетчика, выходы которых соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих первой группы идополнительных нечетных групп счетных триггеров счетчика, причем счет-ные входы (я) дополнительных группсчетных триггеров счетчика соединенысоответственно с выходами (и) дополнительных элементов И, первые входы которых подключены к выходу генератора, при этом вторые входы. всехэлементов И подключены соответственно к четвертому, пятому (П+2)-му 15доПолнительным выходам блока управления, четвертый, пятый (и+1)-йдополнительные входы которого соединены соответственно с выходами (и)дополнительных компараторов, а(и+4) -йу (8+5), .. (2 п+1) -й дополнительные выходы - с управлякщими входами (П) дополнительных ключей,выходы которых подключены соответственно к входам (и) дополнительных зарядных устройств, при этом25выходы (Ь"2) дополнительных зарядныхустройств соединены соответственно с(й) дополнительными входами генератора разрядного тока, а дополнительные выходы первого, второго и первых(И) дополнительных зарядньвс устройств соединены соответственно.свходами (ц) дополнительных ключей,первыми входами компаратора и входами первых (-3) дополнительных 35.компараторов, причем дополнительныевыходы (я) -го и (и) -го дополнительных зарядных устройств соединенысоответственно с первьм и вторымвходами (я)-го дополнительного 40компаратора, прн этом второй входкомпаратора соединен с первым входомпервого дополнительного компаратора,а второй вход каждого предыдущегодополнительного компаратора подключен 45к первому входу последующего дополйительного компаратора.На Фиг. 1 приведена функциональ.ная схема предлагаемого преобразователяу на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие его работу,50Вход преобразователя соединен стретьим входом блока 1 управления нлинейно-пропускакщим устройством 2,выход которого подключен к входупервого зарядного устройства 3. 55Зарядное устройство содержит усилитель 4, зарядный диод 5, накопительный конденсатор б н согласовательнмпедансов 7.При этом выход усилителя 4 через 60последовательно соединенные зарядный,дяюд 5.и накопительный конденсаторб подключен к щине нулевого потенцизрд аобщая точка зарядного диода 5и накопительного конденсатора б че рез согласователь 7 импедансов соединена с первым входом усилителя 4 идополнительным выходом зарядного устройства, вход которого подключен к второму входу усилителя 4, а выход " к общей точке зарядного диода 5 и накопительного конденсатора б. Входы второго зарядного устройства Зу и (П) дополнительных зарядных устройств 33 подключены соответственно к выходам ключа 8 и (я"2) дополнительных ключей 8 8.ялу управляющие входы которых соединены соответственно с вторьвс, (6+4)-ьак, (и+5)-ым, (2 я+1)-ым выходами блока 1 управления, Вход ключа 8( соединен с источником 9 смещения, а вхо ды дополнительных ключей 8, 8 я соответственно с дополнительньаии выходами зарядных устройств 31,3,, 3 При этом первый, второй и (1-2) дополнительных входов генератора 10 разрядного тока соединены соответственно с выходамн зарядных устройств Зф ЗЗя, а управляющий входс первьм выходом блока 1 управления. Выход компаратора 11 и выходы (й) дополнительных компараторов 11, 113,, 11. подключены соответственно к второму, четвертому, пятому , (в+1)-му входам блока 1 управления, первые входы -к дополнительным выходам первого, второго и (я) дополнительных зарядных устройств 3, З Зй . Причем второй вход каждого из предыдущих ком" параторов 11, 112,.., 11 ясоеди нен с первьве входом последующего компаратора, а второй вход компаратора 11., - с дополнительным выходом зарядного устройства ЗП, Первый вход блока 1 управления подключен к первым входам первого, второго и (я) дополнительных элементов И 12, 12 у 12 я н выходу генератора 13, а четвертый, пятый,., (и+2)"ой выходы блока 1 управления соединены соответственно с вторыми входамиэлементов И 12 , 12 д,.12 я, выходы которых подключены соответственно к первой, второй и (я-.2) дополнительным группам счетных триггеров.14, 142, 14 п счетчика 15, При этом выходи четных грУпп счетных триггеров 14, 144,.., соединены соответственно с входами управления вычитанием предыдущих нечетных групп счетных триггеров 14(,14, а входы управления сложением их - с выходами последующих нечетных группсчетных триггеров 14, 14 у,Преобразователь напряжения - циф ровой код работает следующим образОМеВ исходном состоянии ключи 84, 88 ьзамкнуты, накопительные конденсаторы б.нечетных зарядных устройств З, 3 разряжены, йа выходах четных зарядных устройствЗ, 34 напряжение равно напряжению смещения источника 9 смещения "свВходной сигнал (фиг. 2 п) через открытое линейно-пропускающее устройство 2 поступает на зарядное устройство 3 и через усилитель 4, зарядный диод 5 заряжает накопительный конденсатор б до максимальной амплитуды входного сигнала, при этом во всех остальных нечетных за-рядных устройствах З, 35 напряжение на накопительных конденсаторах б будет меняться аналогичным обра" эом.В моментблок 1 управления за крывает линейно-пропускающее устройство 2, размыкает ключ 8 , окрывает элемент И 12 и дает команду генератору 10 разрядного тока на начало разряда накопительного конденсатора 20 б зарядного устройства 3, причем на. чало разряда и момент открывания элемента И 12( блок 1 управления синхронизирует с частотой генератора 13 (фиг. 2 б.в), Импульсы генератора 13 проходят через открытый элемент И 12 на вход первой (старшей) группы счетных триггеров 14 счетчика 15, которая подсчитывает количество импульсов в первой ступени преобразования (фиг. 2 е). Состояние первой группы счетных триггеров 14 образует старшие разряды формируемого цифрового кода.С моментами напряжение на выхо" де зарядного устройства 3 начинает 35 линейно уменьшаться (Фиг, 2 а,1). При совпадении напряжений на дополни-, тельных выходах зарядных устройств 3 и 32 (напряжение на выходе эарядно. го устройства 31, как указывалось ранее, в этот период времени равноОи) срабатывает компаратор 11 (момент времени 1, фиг. 2 ОД) и выдает сигнал в блок 1 управления, который синхронизирует момент срабатывания с частотой генератора 13 и.выдает команды на переключение разрядного тока из зарядного устройства 3 в зарядное устройство З через генера тор 10 разрядного тока, на закрывание элемента И 12 и включение элемента и 121 (Фиг. 2 а, момент(з , Фиг. 26)В момент 1, когда разрядный ток переключается иэ зарядного устройства 3 в зарядное устройство 3, напряжение на выхо де зарядного устройства 3 перестает, изменяться, а напряжение на выходе зарядного устройства З начииает уменьшаться по линейному закону (Фиг 20,2). Емкость накопительного 6 О конденсатора б зарядного устройства З больше емкости накопительного конденсатора б зарядного устройства 3 в 2 ф раз, где Ф - чисЛо триггеров, в первой группе счетных триггеров 65 14 счетчика 15. Поэтому крутизна изменения напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства З меньше крутизны изменения. напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства 3, В момент совпадения напряжений на дополнительных выходах устройств 3 и Зд компаратор 11 вновь срабатывает, при этом блок 1 управления закрывает ключ 8 д и синхронизирует момент совпадения с импульсами генератора 13 (фиг.2 а, момент 4 ), а также закрывает эле-. мент И 12(фиг. 2 ф и открывает элемент И 12 (Фиг. 2) и переключает ток разряда в зарядное устройство З . Емкость накопительного конденсатора б зарядного устройства 33 больше емкости накопительного конденсатора б зарядного устройства З в 2 щ раэ (как и для накопительных конденсаторов б зарядных устройств З и 3 и, следовательно, скорость изменения напряжения на дополнительном выходе зарядного устройства З меньше, чем на дополнительном выходе зарядного устройства Зу (Фиг. 2(,3).Прн совпадении Напряжений на дополнительных выходах зарядных устройств Зу и 39 срабатывает компаратор 11 д и процесс кодирования происходит аналогично описанному ранее, Емкость накопительного конденсатора б каждого последующего зарядного устройства больше емкости накопительного конденсатора б каждого предыдущего зарядного устройства в 2 раз и процесс формирования напряжений, сравнения и переключения ключей 8 и элементов И 12 происходит аналогично описанному выше. Сигналы на выходе элементов И 12, 12 и 12 представлены .соответственно на фиг. 2 З,Ж,М+ Эти пачки импульсов поступают на счетные входы соответствующих групп счетных триггеров 144, 142 и 148 счетчика 15 и пересчитываются,. причем чтобы не исказить конечный результат, результаты счета . в нечетных группах счетных триггеров складываются, а результаты счета в четных группах счетных триггеров вычи-таю 7 ся из числа, полученного в первой группе счетных триггеров 14 счетчика 15Предлагаемый преобразователь позволяет увеличить число ступеней преобразователя до )1, количество котооых выбирается из требуемого быстродействия, по сравнению с двумя ступенями преобразования в известном устройстве, что обеспечивает повьаеиие быстродействия при сохранении точности преобразования. Если для одноступенчатого 12-разрядного преобразователя время преобразования равно 2 ф(ф 4696 Ф)-, гдеги - длительность периода импульсов с выхоца генератора 13, а для двухсту107 5402 илиал ППП "Патент" .Ужгород,ул, Проектн пенчатого преобразователя (по 6 разрядов в каждой группе) - 21+21-"128, то для четырехступенчатого(по 3 разряда в каждой ступени) ВНИИПИ Заказ 515/4 рТираж 862 Подписн 2 Чщ+2 Ч. +2,24 . Из вьвиеиэложенйого следует,что йри увеличении чйсла ступеней в 2 раза,быстродействие преобразователя значительно увеличивается.