Аналого-цифровой преобразователь

.СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19)1) 5 Н 03 М 1/34 НИЕ ИЗ ТЕКИЛ ых орь иком ключе ствую дующи элеме с (-) )) объедисторовИ-НЕ и дополнительных груп женися,по (1 - дам рменто ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(56) 1. Волгин Л.И. Измерительные преобразователи переменного капряже - ния в постоянное. М Советское ра - дио", 1977.2. Е 1 есТгоп 1 сз. 1976, 49, В 19, 103-105 (прототип).(54)(57) АНАЛОГО в ЦИФРОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержаший и компараторов по числу разрядов, первые входы которых объединены и соединены с входной шиной, (и - 1) инвертор, (и) резистор, первые выводы которых объединены меж - ду собой и соединены с выходом источника опорного напряжения, (и - 1) группу по (1-1) объединенных по первым . выводам резисторов в каждой, где 1= 1,2,3, и, вторые выводы одноименных резисторов групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (и - 1) резисторов,.о т л и ч а ю щ и й с я тем; что, с .целью расширения функциональных возможностей, в него введены дополнительный резистор, и операционных усилителей, ь повторителей напряенных по первым вывокаждой (о(п)/2 эле- -1) +(и)(в/2 аналогоючей, информационные входы кообъединены и соединены с источопорного напряжения, управляюоды (и) первых аналоговыхсоединены с выходами соответщих инверторов, а(п)(п) послес выходами соответствующих тов И-НЕ, а выходы - с соответствующими первыми выводами резисторо всех групп резисторов, вторые выводы одноименных резисторов дополнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (и - 1) резисторов и первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вторые входы всех операционных усилителей соедине- фны с общей шиной, а выходы - с вторыми входами соответствующих компараторов, выходы которых соединены с вхо- дами соответствующих повторителей напряжения, все выходы которых соединены с соответствующими выходными шинами, выходы, кроме первого разряда - с входами соответствующих инверторов, и выходы, кроме первого и второго раз рядов - с первыми входами соответствующих элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с соответствующими выходными шинами предыдущего мпадшего разряда, кроме первого, при этом первый вход операционного усилителя старшего разряда через до ф полнительный резистор соединен свыходом источника опорного напряжения.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых вольтметрах с квадратичной характеристикой детектирования для вычисления среднеквадрати ческого значения напряжения из результата аналогового возведения в квадрат и усреднения.Известны устройства для извлечения квадратного корня, осуществляющие извлечение квадратного корня из результата квадрирования напряжения входного сигнала с помощью термопары, включенной в цепь обратной связи выходного усилителя 1 1. 15Недостатком такого устройства для извлечения квадратного корня является низкая температурная и временная стабильность, при этом для выражения результата измерения в цифровой фор ме на выходе приборадолжен.включаться линейный аналого-цифровой преобразователь.Наиболее близким к предлагаемому является аналого-цифровой преобразователь, содержащий о компараторов, первые входы которых обьединены между собой и соединены с входной шиной, (л) инвертор, Ь -1) резистор, первые выводы которых объединены и под ключены к выходу источника опорного напряжения, (и - 1) группу объединенных по первым выводам резисторов, каждая из которых содержит по (1-1) резистору (=1,2,3,ь), а вторые выводы одноименных резисторов объединены и соединены с вторым входом со - ответствующего компаратора 21. Недостатком устройства-прототипа являются его ограниченные возможностиЦелью изобретения является расширение функциональных возможностей преобразователя, заключающееся в по - лучении цифрового эквивалента пропорционального значению корня квадрат.ного из значения напряжения преобразуемого сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий и компараторов по чиспу разрядов, первые входы которых объединены и соединены с входной ши,ной, (й) инвертор, ( - 1) резистор, первые выводы которых объединены между собой и соединены с выходом источника опорного напряжения, (и) группу по ( - 1) объединенных по первым выводам резисторов в каждой, где=1,2,3, вторые выводы одно -именных резисторов групп объединеныи соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (и) резисторов, введень 1 дополнительный резистори и операционных усилителей, ь повтоУи рителей напряжения,., допол - -1)1=2нительных групп по (-1), объединенных по первым выводам резисторов вкаждой,(пИ/2 элементов И-НЕ и(п - 1)+(п)(п.с аналоговых ключей, информационные входы которых объединеныи соединены с источником опорного напряжения, управляющие входы (о) первых аналоговых ключей с выходами соответствующих инверторов, а(ь(ь)/2последующих - с выходами соответствующих элементов И-НЕ, а выходы - с соответствующими первыми выводами резисторов всех групп резисторов, вторые выводы одноименных резисторов до -полнительных групп объединены и соединены с вторым выводом соответствующего резистора из (ь) резисторови первым входом соответствующего операционного усилителя, кроме операционного усилителя старшего разряда, вторые входы всех операционных усилителей соединены с общей шиной, а выходы - с вторыми входами соответствующих компараторов, выходы которых соединены с входами соответствующих повторителей напряжения, все выходы которых соединены с соответствующимивыходными шинами, выходы, кроме первого разряда - с входами соответствующих инверторов, и выходы, кроме первого и второго разрядов, с первымивходами соответствующих элементовИ-НЕ, вторые входы которьц соединеныс соответствующими выходными шинамипредыдущего младшего разряда, кромепервого, при этом первый вход операционного усилителя старшего разрядачерез дополнительный резистор соединен с выходом источника опорного напряжения,На чертеже представлена блок-схема аналого-цифрового преобразователя.Преобразователь содержит компараторы 1 - 1-1-Ь, входную шину 2, инверторы 3-1-3(п), резисторы 4-14-(г 1 - 1), источник опорного напряжения 5, первые группы резисторов 6-16(о), содержащих по и, - 1 резисторов,3 115076где= 1,2,3, ,о, операционные усилителя 7-1 - 7-п, повторители напряжения 8-1 - 8-.п, вторые группы резисторов 9 - 1 - 9-(и(п)/2, каждая из которых содержит и;-2 резисторов, причем количество групп с одинаковым числом резисторов определяется разностью между номером и старшего разряда уст. ройства и .номером и соответствующего младшего разряда, элементы И-НЕ О( -Ч( -гчи 11-1 - 11 1 резистор 12,5выходные шины 13-1 - 1 З-л,Первые входы компараторов 1-11-; л объединены между собой и соединены со входной шиной 2 устройства,первые выводы инверторов 3-1 - 3-(и) 20и резисторов 4 - 1 - 4 в (и) объедине -ны между собой и подключены к выходуисточника 5 опорного напряжения, каждая группа резисторов 6-1 - 6(п),объединенных по первым выводам, содержит по (1-1) резисторов, а вторыевыводы одноименньж резисторов данныхгрупп объединены между собой. Неинвертирующие входы операцнонньпс усилителей 7-1 - 7-и подключены к общей шине, инвертирующие входы усилителей 7-1 - 7-(ь)-ко вторым выводам соответствующих резисторов 4-1 - 4(о), а этот вход усилителя и-го через резистор 12. - к выходу 35 источника 5 опорного напряжения, вы-. ходы всех операционных усилителей 7-1 - 7-и соединены с вторыми входами соответствующих компараторов 1-1 1-ь, выходы которых подключены к 40 входам соответствующих повторителей 8-1 - 8-о напряжения, выходы последних являются цифровыми выходными шинами 13-1 - 13-й устройства и, начиная со второго, подключены к вхо дам инверторов 3-1 - 3(п -1), выходы которых соединены с управляющими входами аналоговьпс ключей 11-1 - 1(п - 1), подключенных выходами к объединенным выводам резисторов соответствующих 50 групп резисторов 6-1 - 6(ь -1) в порядке возрастания числа резисторов в группе, выход повторителей 8"2 - 8-и напряжения каждого старшего разряда устройства, кроме второго разряда, 55 соединен с вторыми входами соответствующих элементов 10-1 - О-рЬЦ 2 И-НЕ, первый вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего повторителя 8-3 - 8-(и - 1) напряжения соответствующего младшего разряда, а выходы соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей 11 - д - 11-( - 1)++выходы которых подключены к объединенным первым выводам резисторов соответствующих из групп резисторов 9 - 1 - 9-(оЦп//1, вторые выводы од - ноименкых резисторов каждой из групп резисторов 9-1 - 9-оо)/2 объедине - ны с вторыми выводами одноименньж резисторов из групп резисторов 6-1 6-(о - 1) и подключены к инвертирующему входу соответствующего операционного усилителя 7-1 - 7-.Устройство работает следующим образом.Напряжение входного сигнала поступает на шину 2 устройства. Начальные пороговые напряжения компараторов1 - 1 - 1 - й задаются с помощью резисторов 4 в 1-(и - 1) и 12 через опера - ционные усилителя 7-1 - 7 ь. Начальное пороговое напряжение компаратора 1- создается резистором 4-1 с весовым коэффициентом " 1" и принимается за величину Ц . Весовые коэффициенты резисторов 4 - 1 - 4-(и -1) и 12 выбираются по квадратичному двоичному закону, и начальные пороговые напряжения компараторов 1-1 - 1-ь при этом имеют значения Оо 4 Яо 1613 ь 2 ПоПри превышении значением напряжения входного сигнала величины 0 срабатывает компаратор 1 - 1. Выходной код на цифровьж выходных шинах 13-1 13-й устройства содержит единицу в младшем разряде. При превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 4 Но срабатывает компаратор 1-2. Высокий потенциал с его выхода через повтори- . тель 8-2 напряжения поступает. на вход инвертора 3-. Низкий потенциал с выхода инвертора. 3-1 включает аналоговый ключ 11-1, который коммутирует напряжение источника 5 через резистор с весовым коэффициентом "8" группы6-1 резисторов на суммирующий вход операционного .усилителя 7-1.Пороговое напряженна., поступающее на второй вход компаратора 1-1 становится равным в сумме 9 Ьо, компаратор1-1 при этом выключается. Выходной код на цифровых шинах 13-1 - 13-и устройства содержит единицу во втором разряде. Повторное. срабатывание компаратора 1-1 происходит при превыше нии значением напряжения. входного сигнала величины 9 П, В этом случае выходной код на цифровых выходных шинах 13-1 - 13-и устройства содержит единицы в двух младших разрядах. 10При превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 160 срабатывает компаратор 1-3. Потенциал с его выхода через повторитель 8-3 напряжения и 15 инвертор 3-2 включает аналоговый ключ 11 - 2, коммутирующий напряжение от источника 5 на выходы операционных усилителей 7-1 и 7-2 через резисторы группы 6-2 резисторов с весовыми ко эффициентами " 24" и "32" соответственно, Пороговые напряжения компараторов 7-1 и 7-2 становятся соответственно равными 250, и 36 цо, что приводит к их выключению. Выходной код на цифро вых шинах 13-1 - 13-о устройства содержит единицу в третьем разряде,Срабатывание компаратора 1-1 в третий раз происходит при превышении значением напряжения входного сигнала 3 п величины порогового напряжения 250. В этом случае выходной код на цифровых шинах 13-1 - 13 п устройства содержит единицы в первом и третьем разряде,При превышении значением напряжения входного сигнала величины порого - вого напряжения 36 П повторно сраба - тывает компаратор 1-2. Потенциал с его выхода через повторитель 8-2 напряжения и инвертор 3-1, включает 40 аналоговый ключ 11 - 1. Одновременно высокий потенциал с выхода повторителя 8-3 напряжения поступает на пер - вый вход элемента И-НЕ 10-1, на второй вход которого поступает высокий потенциал с выхода повторителя 8-2 напряжения, Низкий потенциал с выхода элемента 10-1 И-НЕ включает ключ 11 - в, который коммутирует напряжение источника 5 через резистор с весовым коэффициентом "16" группы 9-1 на вход операционного усилителя 7-1, Пороговое напряжение компаратора 1 - 1 становится равным 10,+80+2413,+1613,= 4911, что приводит к его включению, Выходной код на цифровых шинах 13-1 13-о устройства содержит единицы во втором и третьем разрядах.При превышении значением напряжения входного сигнала величины порогового напряжения 490 срабатывает компаратор 1 - 1 в четвертый раз. При этом выходной код на цифровых выход - ных шинах устройства содержит единицы в трех младших разрядах.Таким образом, срабатывание комлараторов старших разрядов устройства приводит к изменению пороговых на - пряжений компараторов младших разрядов так, что цифровой эквивалент на цифровых выходах в двоичном коде пропорционален корню квадратному из значения напряжения входного сигнала,Технико-экономический эффект от применения предложенного устройства состоит в том, что введение операционных усилителей, работающих в режиме суммирования токов и обладающих при этом нулевым входным сопротивлением, повышает точность задания пороговых напряжений компараторов по сравнению с известным устройством, где это же производится на конечном входном сопротивлении компараторов.