Аналого-цифровой преобразователь

(54)(57) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий компараторы,первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последователь ную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, а вход переключателя соединен с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы : которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элементов И старших и младших разрядов, регистр старших разрядов,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ: СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ ОПИСАНИЕ ИЗК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(1) Ленинградский ордена Ли ордена Красного Знамени мский институт.й" 630743, кл, Н 03 К 13/022."Вапе 1 ешепТе бег Е 1 е 1 с1972, ВА 7, В 5, с. 66, ристотип),входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младшего компаратора, триггер управления, входы которого соединены не- Р посредственно и через элемент задержРки с выходом блока управления, а 1 с" прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым входам элементов И младших разрядов, выходыпоследних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шияами, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и экономичности, введены третий и четвертый генераторы тока и ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с выходом тре-. тьего генератора тока непосредственно и через ключ - с выходом четвертого генератора тока, вход управления ключа соединен с прямым выходом триггера управления, а шина токового питания цифроаналогового. преобразователя подключена к второму выходу переключателя.3резисторы второй цепи из последовательно включенных резисторов. Совместно с входными емкостями комлараторов резисторы указанной цепи образуют интегрирующие цепи с различными постоянными времени, что вызывает появление дополнительной и различной по величине для разных кбмпараторов задержки в срабатывании и, следовательно, также снижает быстродействие преобразователя.Известен также аналого-цифровой преобразователь, содержащий компа- . раторы, первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компараторов, два генератора тока, переключатель, причем выходы первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом старшего компаратора, авход переключателя - с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов и первыми входами элемен" тов И старших .и младших разрядов, регистр старших разрядов, входы которого соединены С выходами элеменГтов И старших разрядов, цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы которого подключены к выходам регистра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым вхоуправления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам элементов И старших разрядов и к вторым дов, выходы последних и выходы старших разрядов соединены с выходнымишинами 2 ,Однако применение В цифроаналоговом преобразователе известного шкалы, сдвига точной шкалы и в цифроаналоговом преобразователе является неэкономичным. 1 1117835Изобретение относится к областивычислительной техники и может бытьприменено для представления аналоговых сигналов в цифровой форме.Известен аналого-цифровой преобра 5эователь (АЦП), содержащий компараторы, преобразователь кода, входыи выходы которого соединены соответственно с выходами компараторов ис входами регистров старших и млад-. 10ших разрядов, выходы регистров - свыходными шинами устройства, а входыуправления регистров подключены кодному выходу блока управления и к)выходам триггера тактов преобразо 5вания, входы которого соединены сдругими выходами блока управления,дешифратор, входы и выходы которогоподключены соответственно к выходамрегистра старших разрядов и входамуправления многопозиционного переклю-.чателя, первую цепь из последовательно включенных резисторов, выводы которой соединены с одними входамикомпараторов и с выходами многопозиционного переключателя, а крайниевыводы этой цепи подключены также квыходам первого и второго стабилизаторов тока, вторую цепь из последовательно включенных резисторов, выводы которой соединены с другими входами компараторов, один из крайнихвыводов этой цепи - непосредственнос источником преобразуемого сигналаи через первый ключ с третьим стабилизатором тока, а второй крайнийвывод подключен через второй ключ дом младшего компаратора, триггерк четвертому стабилизатору тока,причем управляющие входы .первого ивторого ключей соединены с выходамитактов преобразования.40Данный АЦП преобразует аналоговый сигнал в цифровую форму за дватакта при-одном наборе компараторови не содержит аналогового сумматора и цифроаналогового, преобразо- входам элементов И младших разря 45вателя обратной связи 1 .К недостаткам данного устройстваследует отнести;. Большое число последовательновключенных после компараторов узлов(преобразователь кода, регистр старших разрядов, дешифратор, многопо- устройства операционного усилителязиционный переключатель),что уве- увеличивает время преобразования,личивает задержку в цепи обратной а использование разных источниковсвязи и след, снижает быстродействие 55. для формирования напряжения грубойпреобразователя.2. Преобразуемый сигнал проходитк другим входам компараторов через, Цель изобретения состоит в повышении быстродействия устройства и экономичности.Указанная цель достигается тем,. что АЦП, содержащий компараторы, первые входы которых подключены к источнику преобразуемого сигнала, последовательную цепь из резисторов, выводы которой подключены к вторым входам соответствующих компарато О ров, два генератора тока, переключатель, причем выход первого генератора тока и первый выход переключателя соединены с вторым входом . старшего компаратора, а вход переключателя - с выходом второго генератора тока, преобразователь кода, входы и выходы которого соединены соответ .твенно С выходами компараторов и первыми входами элементов И старших и младших разрядов, регистр старших разрядов, входы которого соединены с выходами элементов И старших разрядов, .цифроаналоговый преобразователь, цифровые входы ко торого подключены к выходам регист" ра старших разрядов, а аналоговый выход соединен с вторым входом младшего компаратора, триггер управления, входы которого соединены непосредственно и через элемент задержки с выходом блока управления, а прямой и инверсный выходы подключены соответственно к входу управления переключателя и регистра старших разрядов, к вторым входам35 элементов И старших разрядов и к вторым входам .элементов И младших разрядов, выходы последних и выходы регистра старших разрядов соединены с выходными шинами, введены третий и четвертый генераторы тока и ключ, причем второй вход младшего компаратора соединен с выходом третьего генератора тока не 45 посредственно и через ключ - с выходом четвертого генератора тока, вход управления ключа - с прямым выходом триггера управления, а шина токового питания цифроанало-50. гового преобразователя подключена к второму выходу переключателя. 5 4нераторы тока, переключатель 8, преобразователь 9 кода, элементы И 10старших разрядов, элементы И 11 младших разрядов, регистр 12 старшихразрядов, цифроаналоговый. преобразователь ЦАП) 13, триггер 14управления, элемент 15 задержки,блок 16 управления, выходные шины17, третий генератор 18 тока, четвертый генератор 19 тока, ключ20,Принцип действия аналого-цифрового преобразователя состоит в следующем,В исходном состоянии, когда напряжение на выходе источника 5 равно нулю, триггер 14 управления находится в нулевом состоянии, ключ20 разомкнут, переключатель 8 находится в положении, когда ток генератора 7 тока проходит через вто рой выход переключателя 8 на входЦАП 13. Если выходные напряжениярегистра 12 старших разрядов соответствуют логическому нулю, то токна выходе ЦАП 13 отсутствует. Таким образом, через резисторы 3 и 4последовательной цепи 2 протекаетток генератора 6 тока, а через ре"зистор 4 той же цепи 2 - ток от генератора 18 обратного знака. Указанные токи создают на резисторах.последовательной цепи 2 опорные напряжения для компараторов 1, причемзначения опорных напряжений соответствуют точной шкале преобразова-.теля и для каждого последующего компаратора 1 отличаются от опорногонапряжения предццущего компаратора 1на величину падения напряжения нарезисторе 3 от протекания тока генератора 6 тока. Выходные напряжениявсех компараторов 1 соответствуютлогическому нулю. При наличии напряжения источника 5 сигнала и поступлении импульса с блока 16 управления триггер 14 управления переходит в единичное состояние, что вызывает изменение поло- жения переключателя 8 и замыкание ключа 20. С единичного выхода триггера 14 управления поступают разреша55 На чертеже приведена структурная схема АЦП.АЦП содержит компараторы 1, последовательную цепь 2 из резисторов 3 и 4, источник 5 преобразуемого сигнала, первый 6 и второй 7 геющие сигналы на вторые входы элементов И 10 старших разрядов и сигнал обнуления регистра 12 старшихразрядов. Ток генератора 7 токас первого выхода переключателя 8 протекает через резисторы 3 н 445 5 1117835последовательной цепи 2, а ток генератора - через резистор 4 той же цепи 2. Совместно с токами генераторов19, 6 и 18 тока подключенные токи формируют на резисторах последовательной 5цепи 2 опорные напряжения грубой шкалы преобразователя.В зависимости от величины напряжения источника 5 определенное числокомпараторов 1 переходит в состоя- Оние логической единицы. Двоичныйкод старших разрядов с выходов пре"образователя 9 кода проходит черезэлементы И 10 старших разрядов врегистр 12 и там запоминается. ЦАП 513 устанавливается выходными напряжениями регистра 12 в положение, соответствующее коду старших разрядов.Через время задержки элемента 15задержки триггер 14 управления возвращается в нулевое положение, чтовызывает переключение тока генератора 7 тока от последовательной цепи2 к входу ЦАП 13 и отключение токагенератора 19 от резистора 4 последовательной цепи 2. При этом такжепоявляются разрешающие сигналы навторых входах элементов И 11 младшихразрядов и запрещающие сигналы навторых входах элементов И 10 стар- ЗОших разрядов, ЦАП 13, основанныйна токовых делителях, питаемых одним источником тока, разделяет токгенератора 7 тока на несколько токов, число которых равно числу старших разрядов, а их значения пропорциональны весовым коэффициентамстарших разрядов, в соответствии счем часть тока генератора 7 тока,соответствующая числу логическихединиц в старших разрядах и весовразрядов, проходит на резистор 4последовательной цепи 2 и создает.на резисторе 4 падение напряжения,равное грубо определенному на первом такте. значению напряжения источника 5,Таким образом, токи генераторов 6 и 18 тока формируют на резисторах 3 и 4 опорные напряжения точной шкалы, а токи с выхода ЦАП 13 осуществляют сдвиг точной шкалы. В связи с этим на выходах компараторов 1 появится единичный код, соответствующий результату точного изме.5 рения сигнала от источника 5. Этот код преобразуется преобразователем 9 кода в двоичный код и передается на выходные зажимы младших разрядов,С поступлением следующего импуль-са с блока 16 управления происходитпереход к грубому преобразователю,а содержимое регистра 12 старшихразрядов стирается. Работа преобра-.зователя проходит аналогично.Направление токов генераторов6, 18,и 19 тока, соотношения ихзначений и соотношения между сопротивлениями резисторов 3 и 4 уста"навливаются на основании следующихсоображений.Параллельно-последовательныйр-разрядный АЦП, использующий однии те же компараторы в обоих тактахпреобразователя, содержит (2- 1)компараторов, где Ь- число разрядоввыходного кода, а отношение суммытоков генераторов 6 и 7 тока к значению тока генератора 6 тока равноотношению цены деления грубой шкалы к цене деления точной шкалы, т.е.например, для 8-разрядного АЦП числокомпараторов равно 15, ток генера"тора 7 тока содержит 15 частей, равных току генератора 6 тока. При указанном выборе соотношений блоков создаются на резисторах 3 падения напряжения, необходимые для проведенияпреобразования на первом и на второмтактах. Для повышения экономичностиустройства сдвиг точной шкалы порезультату грубого преобразованияосуществляется с использованием тока генератора 7 тока путем его переключения на втором такте преобразования к вине питания ЦАП 13. Дляслучая 8-раэрядного АЦП (4 старшихгрубых разряда) в ЦАП 13 ток генератора тока 7 делится на части, которые относятся одна к другой как8:4:2:1. В соответствии с значениемкода старших разрядов определенныечасти тока генератора 7 тока проходят с выхода ЦАП 13 к второму входумладшего компаратора 1 и создают нарезисторе 4 напряжение сдвига точнойшкалы, для чего сопротивление резис"тора 4 выбрано в 2 раз, т.е. в1/216 раз для 8-разрядного АЦП, большесопротивления резистора 3 последовательной цепи 2.Такое техническое решение позволяет получить сдвиг точной, шкалыс токами в 16 раэ меньше, чем в слу.чае равенства сопротивлений резисторов 3 и 4, При этом формированиеСоставитель В.ИахнановВ.Данко Техред Л.Коцюбняк Корректор А.Зииокосов еда 727643 Тираж 861 Подва ВНИИПИ Государственного, комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., Зак 4/5 ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Нроектна 7 11 7835 на резисторе 4 падений напряжений, равных цене деления грубой шкалы и точной шкалы, обеспечено действием токов генераторов 18 и 19 тока, При грубом преобразовании через резистор 4 протекает сумма токов генера торов 18 и 19 тока, равная величине тока генератора 7 тока, а при точном преобразовании через резистор 4 течет только ток генератора 18 то О ка, величина которого составляет ( -,Г ф) часть тока генератора 6 тока.Ь 8Предлагаемый АЦП обладает в срав ненни с известными устройствами большой экономичностью, так как в нем использован один и тот же генератор тока для формирования напряжений грубой шкалы и для сдвига точной шкалы, и большим быстро" действием, что обеспечено уменьшением времени задержки при переходе от первого такта преобразования к второму такту за счет использования токового ЦАП,