Аналого-цифровой преобразователь

" 683 О 17 Сони Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 31.08.79 Государственный комит 3) УДК 681,32делам изобретений и открыти 72) Авторы изобретени В, Н, Махов, А, В, Жуков и Б исов ральский ордена Трудового Красного Зн политехнический институт им. С. М, Ки(71) Зая,вител ени АЛОГО-ЦИФРОВОИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к радиотехнике.Известен аналого-цифровой преобразователь, основанный на методе поразрядного кодирования с последовательным умножением остатков, содержащий несколько 5 ячеек памяти уровня напряжения, включенных в обратную связь усилителя, к входу которого подсоединен также источник эталонного напряжения и источник измеряемого напряжения 11.10Однако устройство имеет низкую точность преобразования.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий блок управления, управляющие выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, блока определения знака, блока дискриминаторов, блока коррекции, блока синхронизации и обработки кода, а управляющие входы соединены с управляющими выходами блока коррекции, блока синхронизации и обработки кода, блока определения знака, блока дискриминаторов, входное устройство, выходы которого соединены со входами блошка определения знака и комму татора, выходы которого соединены со входами усилителя, выходы блока коррекции соединены со входами блока синхронизации и обработки кода и блока эталонов, выход которого соединен со входом З 0 интегратора и блока дискриминаторов 21.Однако устройство имеет низкую точность преобразования и ограниченные функциональные возможности.Целью изобретения является повышение точности и расширение функционал- ных возможностей.Указанная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий входное устройство, коммутатор, усилитель, интегратор, блок коррекции, блок синхронизации и обработки кода, блок определения знака, блок эталонов, блок дискриминаторов и блок управления, введены преобразователь напряжения в ток, согласователь импедансов, блок выбора режима измерения, цифро-аналоговый блок и блок усредненич, причем, аналоговый вход преобразователя напряжения в ток соединен с выходом усилитсля, управляющие входы соединены с выходами блока коррекции, блока управления, а выход соединен со входом интегратора, выход которого через согласователь импедансов соединен с аналоговым входом коммутатора; вход блока выбора режима измерения соединен с аналоговым выходом входного устройства, а выход соединен с измерительным входом блока управления. вход блока усреднения соединен с выходомблока управления, а выход через цифроаналоговый блок соединен с входом блока управления.Структурная электрическая схема предлагаемого преобразователя приведена на чертеже.Устройство содержит усилитель 1 с коэффициентом передачи, равный единице (выполняет роль суммирующего звена), преобразователь 2 напряжения в ток, линейный (1, =- К, СI (1, - ток на выходе преобразователя 2, К, - коэффициент пропорциональности, (1 - напряжение на входе преобразователя), конденсатор 3, согласователь 4 импедансов с большим входйым сопротивлением, ключи 5 и б, входное устройство 7, служащее для формирования сигналов с заданной длительностью, плоской вершиной и с сохранением амплитуды, ключ 8, связывающий вход усилителя 1 и выход повторителя 4, блок 9 генераторов эталонных токов (величина вырабатываемых токов соответственно равна 1- 1; - 1; 2" 1; - 2" 1, где и - число разрядов измеряемого сигнала), блок 10 выбора режима измерения, служащий для задания одного из режимов измерения в зависимости от ситуации в измерительном тракте и вида информации, блок 11 синхронизации, служащий для синхронизации режимов (алгоритмов) работы всего устройства, (вырабатывает синхроимпульсы с периодом Л 1), блок 12 управления, служащий для управления всеми блоками, блок 13 пересчета и вывода кода (служит в качестве адресного регистра счетчика синхроимпульсов сумматора и блока вывода кода), блок 14 дискриминаторов, служащич для оценки величины амплитуды (имеет т дискриминаторов уровней, пороги которых расположены от О до Учерез равные промежутки напряжения ЛУ, = У 2" где ЛЬ - промежуток между двумя соседними порогами), блок 15 коррекции эталонов (служит для коррекции величины эталонов в режиме коррекции), блок 1 б коррекции коэффициента умножения (коэффициента преобразования У - ). Ключи 17 и 18 служат для подачи измеряемых сигналов на вход усилителя, ключ 19 служит для реализации операции инвертирования в алгоритме преобразования. Блок 20 коррекции нулевого уровня, вырабатывает напряжение, которое подается на вход усилителя 1 и компенсирует погрешность нулевого уровня, блок 21 коррекции коэффициента преобразования вырабатыва сигнал, пропорционально которому меняется период следования синхроимпульсов Л 1. Цифро-аналоговый блок 22, выра батывает набор команд, в соответствии с которым блок управления 12 преобразует код (на входе блока 22) и соответствуюп;ее напряжение на конденсаторе 3, блок 23 усреднения вырабатывает цифровой код(число ступенек), в соответствии с которым смещается по (шкале амплитуд) данный измеряемый сигнал. Преобразователь также содержит блок 24 управления эталонами, ключи 25, 2 б, 27 - дискриминатор 28 знака (служит для определения знака измеряемого сигнала), блок 29 индикации знака измеряемого сигнала, блок 30 выбора и управления режимов коррекции, Коммутатор 31 включает в себя все ключи и служит для коммутирования аналоговых сигналов. Блок 32 коррекции включает в себя блоки 15, 1 б, 20, 21, 30), блок 33 синхронизации и обработки кода включает блоки 11, 13, блок 34 определения знака включает в себя блоки 28 и 29, блок 35 эталонов включает олоки 24 и 9, интегратор 3 б служит для накопления зарядов, наиболее простой его реализацией является использованиеконденсатора 3,Работа устройства основана на том, что при строго фиксированном отрезке времени М можно произвести с зарядом Я на конденсаторе 3 операции вычитания эталопа и умножения разности на коэффициент К (в случае преобразования измеряемо;о сигнала по методу умножения остатков К). Для этого необходимо на выход усилителя 1 поставить преобразователь 2, выход которого подсоединен к конденсатору 3, который через согласователь 4 соединен со входом усилителя 1.В исходном состоянии открыты, в зазисимости ог полярности измеряемого сигнала, ключи 5 (при +У.), или б (при - У.,). Входной сигнал У,сформированный по форме во входном устройстве 7 подается через усилитель 1 на вход преобразователя 2, который заряжает конденсатор 3 за,время Л 1 О до,напряжения У пропорционального измеряемому, После этого ключи 5, б размыкаются, а 8 замыкается. Кроме того, к конденсатору 3 подключается ток от блока 9. За последующий промежуток времени Л 1, исходный заряд ЯО=С,. С на конденсаторе 3 изменится на величину Я 1=1 рЛ 1 ь где 1 р - величина тока генератора 9, и на величину Я,==-1 Ы где 1 - ток преобразователя 2, =Я(1) К/С, где Я(1) - заряд на емкости в момент времени 1. Таким образом, заряд на емкости во времени будет меняться в соответствии с соотношением Я(1) 60+91(1) +62(1) ЯО 1 р 1 + + Я(1)К бС. За заданный промежуток времени Л 1 заряд изменится на величину ЛЯ=Я(Л 1) =Яо - Оэт+ Я(М) К М/С, где =-=- рМ. Отсюда для частного случая Щ 1) 60 Рэт1 - Кй,СДля того, чтобы процесс преобразования происходил по методу умножения остатков, необходимо, чтобы к концу (второГО) ПРОМЕжУтиа М. ВЕЛ)тттт 1(Я ( 1) Стада равной (Ь в (, ) 2. Приравнивая данную величину выражению (1), 11 айдем требовя 11 ия к значению величины К Л/С, т .,А , т,;: - . Ьт,"т (2)Та"Н 11 Оор 23011, в случ 2 е Выполнениясоотцсш.нпя 2) к концу второго промсжуткя Вр:мсни ( г, заряд ня кспд.Псаторе 3стя)тст рявнт;(1 О =- (тЪ- - ); ) 2, Для записи разрядной цифры необходимо определить в конце этого же промежутка временивеличину напряжения на конденсаторе 3,причем, записывается разрядная цифра -единиц,я, если У,:.=Я(/С= О и в этом случаеснова вк.тцотгается 1 либо зат;исываетсяноль, при с),(0 (в этом случае включается+ т). Далее процесс кодирования повторяется до получения п-разрядного двоичного кода,Кяк Видно из алгоритма работы, зарядна конденсаторе 3 никуда це передается, ивесь процесс преобразования происходит наодном конденсаторе 3, что полностью искл 1 очает погрешности, связанные с передачей заряда с одного конденсатора на другой (погрешности переклточения),Длялучшения стабильности и увеличения функциональных Возможностей предусмотрены следующие режимы работы преобразователя: работа по методу умноженияостатков, работа по методу амплитудно-времегп ой трансформации (метод Вилкенсона) работа по методу амплитудно-временнОЙ трансформации с ДВумя шкаламигрубой и точной (метод разряда двумя токам:1), работа по методу пара;.Лельцо-поСЛ(С;тоза (СЛЬПОГО П ЗСОбваЗОват 114 я. ГЮ МЕТОдуКЭрр.ИННИ ЭТОЛОНСВ., т,ортцЕЕ 1 тИЯ .;ОздЭфицИЕНтз УМНОжСЬЦЯ; КОРРСКЦИЯ Гс.(СВО 1 й ЛтИНИ 11,коррскц 1;я 1:оэсаф."нис 1 т)ттт преобразования,ВЫ.:ГЯ - .,";- г т,г тсетад(Я (НУ. ЕЗОГО чтРСВНЯ)работа с т.- стх 1;мс цифро-ацялового прсобраЗОваГПЯ, СРС,;. НОННЕ ПО МЕТСДУ СДВИГ 210 шсйся ци:ялы.УказяциьЕ рЕтИМЬт у( тройтетВО рЕаЛИзуе 1 б;з пе:сстройкп аналсговой части т. е.бтсз ССЕ.ИЯ дОПОЛГЛгтЕЛЬПЫХ ПОГрЕШНОСтсй:,10 в,.г подоб 1.ой ситуации является эле.,1 ет 1 Т.1 Ьтт 2;,ОЛИЗ ГЕШЕСТ 32 Го ПССКОЛЪЕИМпи:а;. В этом слу таз сссь д.1 япязон энерГИЙ (а; г).т;1, уд) рвбиваСТСя 1(а СЛЕ, (101 цСут)аст;ц(1: 1 тяпбО.тЕЕ :.;Г .т,егт.тт 1 Е, ГдЕ )тт ОбХОдц)11,с няиоольшая точпссть измерения;учас-еи со средней точность 10 измерепия -Д;151 ОЦСЦКИ ПЗМСг 1 ЕНИЯ СРття 1 ИИ (РЯСПЕделения пиков): участ 1 и с НизкоЙностью для оценочных характеристик спектра (например, определения величины фоьа . С у:.1 е 11 ь:с:исм точности время преобра;. В(11.я .(1 Сжцо у)1 еньшить, что позВоляет рта 11 О:ЯЛЬНО ИСПОЛЬЗОВатЬ ВРЕМЯ ЭКСПЕРЦ- :,;т" я, РС.И 11 1(1 ЗХ 1 стЗЕтия В ЭТОМ СЛуиае ОП 5 ределястся блоком 10.Если сигнал попал в первый участок,тО ЕГО ВСЛИтпгца ИЗМЕРЯЕТСЯ ПО МЕТОДУ Вилкенсона. В этом случае после заряда еондспсятора 3 до няГряжения ) ключ 8 10 остается разомкнутым, блок 11 через блок12 включает блок 9 и разблокирует вход блока 13, который содержит счетчик им- ПУЛЬСОВ. СЧЕТЧИК СЧИТаЕТ ТаКТ 1(т(ЗЫС ПМ- мульсы до момента разряда конденсатора ;:,о ц.ля. Момент разряда конденсатора до ;.уля определяется блоком 14.Если устройство переводится в режимпреобразования с двумя шкалами, то после заряда конденсатора 3 до напряжения 20т ключ 8 также остается разомкнутым, а блок 10 (через блок управления 12) подключает блок 9 и разблокирует вход блока 13, При этом единичный код зап;1;ы вается в старшие разряды счетчика. После разряда конденсатора до уровня2: в момент прихода очередного тактовогопульса блок 9 отключается и устройство переводится в режим умножения оставшегося напряжения на конденсаторе до ЗоВелИнины. В этом С.тучас ел 1 о.(т ЗаМЬИ;аЕГСЯ; НанряжЕНИЕ На КОНДЕИСатО- рс ВОзрастает зя 1:аждыЙ промежуток Брсмсни Л (время между двумя тактовыми ими);1 ьс 2 ми) 3 дВ 2 р 232. Черсз г тактов 11;1 гпряжсни" на конденсаторе возра: аст до чины Ь,, .", гюсле чего с;1(г ,а;ад.".,:- ( " (чается ток 1 т, я тактовые пм.1 у)1 ьсы З.- пцсывяются в младшие разряды сч.ттт 111(1:,: блока 13.40 При Гереводе устройства в режамИЗ СрЕНИя ПО МятОду ПяраЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕ,10- вательного преобразования, после заряд кои "енсатора до напряжения Ь,( блок т прс:;зводпт опрос блока 14. Параллельный 45 код блока 14 переносится в блок 13. Песлс чего Включается генератор тока,".".р) блока 9 и замыкается ключ 8, за пг+1=п тактов (число и опре;1 сляется кодом, пол,1 енг 1 ым с б,",О 1.я 14. Няпряжс 111 тс ца кон дснсяторе 3 изменится до величины(У,. - 2 "1, Мг,") 2") Далее, с приходом очередного та 1;тового импульса, параллельный код, сн 11 З 1 аемый с блока 14, Гереносится в младшпе разряды блока 13.55 В рсжИМЕ ОртЗЕКцпи ЭтяЛОНОВ ца КОН-,е 11 сятотт 3 под 1;,т 10 т 1(,1 отся эталоны о 1 И 12- КОСЬ(Е По 1 т 1 ОД ЛЮ - 1 П + 1(т (ЛибО;Зат (г тактВ 1 Л ), т дЕ. Т 01 )рго Е ттл та тт.я ТСКсрсмя тЛ ОднОГО такта, после чего по 65 разности напряжения на конденсаторе 35О В режиме коррекции нулевой линии разрядные токи не подключаются, ключи б, б, 8, 17 - 19 остаются разомкнутыми. По величине смещения нулевого уровня ня конденсаторе 3,ведется коррекция нулевого уровня с помощью блока 20.В режиме коррекции коэффициента преобразования на вход устройства подается эталонный сигнал и по разности эталонного и полученного кодов производится коррекция с помощью блока 21 величины Лг (либо величин Уз, либо Ур и 2 Чр), В режиме сложения (вычитания) двух сигналов в течение:первого такта, по разным входам (ключи 17, 18 замкнуты) происходит заряд конденсатора 3 до разностного напряжения У, - У., лалее процесс кодирования происходит в соответствии с выбранным режимом.В режиме цифро-аналогового преобразования цифро-аналоговый блок 22 через блок управления 12 задает алгоритм заряда конденсатора 3 и умножения (ключ 8 замкнут) в соответствии с цифровым кодом по следующему закону.Если в старшем разряде единица, то в течение перьвого такта (Л 1) заряд на конденсаторе 3 станет равным 2 Я, (подключен +1), а за п циклов он станет равным 2"Я если после первого цикла +1 р отключается, если +1 р не отключается, то суммарный заряд на конденсаторе 3 через и циклов примет значение Я, =- 2 даЯ+ 2"+а, - Я++ аД,.Таким образом, для произвольного кодаЛ=а+ а - 1+,.а,можно сформировать напряжение, соответствующее данному коду, Для этого в промежутки времени Л 1;, соответствующие а;(Л 1; соответствует а, и т. д.) необходимо включать +1 р, в случае а=1 и отключать +1 р в случае а;=О. 50 65 корректируется с помощью блока 15 модуль величины тока 2 "Ур (либо 1 р).В реких 4 е коррекции коэффициента умОжения полкоЯется ток 1 р на В 1 ем Я (Л/) одного такта, затем замыкается ключ 8 (1 р отключается), За следующие и тактов заряд на емкости конденсатора 3 возрастает в 2" раз, после чего ключ 8 размыкается и подклю яется ток - 2 Чр (либо - 1 р) и происходит разряд конденсатора 3 в течение одного такта (либо и тактов), по оставшемуся напряжению на конденсаторе 3 ведется коррекция коэффициента умножения К с помощью блока 16. В случае равенства напряжения на конденсаторе 3 нулю выполнится равенство К, КК 4 - 2, где К, , 4 - коэффициенты передачи блоков 1, 2, 4,. 20 25 30 35 40 45 50 55В режиме усреднения (рязравнивания нирины каналов) блок 23 (имеющий счетчик ступенек усреднения) вырабатывает код, в соответствии с которым после заряда конденсатора 3 до У,. блок 12 включает генератор +1 блока 9 и дозаряжает емкость на всличрну, соответствующую колу. Пос е этого начинается процесс преобразования в соответствии с заданным режимом преобразования. В конце преобразозования из полученного кода вычитается код счетчика ступенек. Формула изобрстепия Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе: 1, Гитис Э, И. Преобразователи информации лля электронных цифровых вычислительных устройств, Энергия, М., 1975, с. 308.2. Авторское свидетельствоМ 489219, кл. Н 03 К 13/17, 1972. СССР Аалого-цифровой преобразователь, содержащий блок управлсния, управляОщие выходы которого соединены с управляющими входами коммутатора, блока определения знака, блока дискриминаторов, блока коррекции, блока сирнхронизации и обработки кода, а управляющие входы со слинены с управляющими выходами блока коррекции, блока синхронизации и обработки кода, блока определения знака, блока дискриминаторов, входное устройство, выходы которого соединены со входами блока определения знака и коммутатора, выходы которого соединены со входами усилителя, выходы блока коррекции соединены со входами блока синхронизации и обработки кода и блока эталонов, выход которого соединен со входом интегратора и блока дискриминаторов, о т л и ч а ю щ и йс я тсм, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, в него введены преобразователь напряжения в ток, согласователь импедансов, блок выбора режима измерения, цифро-аналоговый блок и блок усреднения,. причем аналоговый вход преобразователя напряжения в ток соединен с выходом усилигеля, управляющие входы соединены с выхолями блока коррекции и блока управления, а выход соединен со входом интегратора., выход которого через согласователь импелянсов соединен с аналоговым входом коммутатора, вход блока выбора режима измерения соединен с аналоговьм выхо Ом входного устройства, а выход соединен с измерительным входом блока управления., нхол блока усреднения соединен с в.хоуцч блока управления, а выход через цифро-аналоговый блок соединен со входом блока управления.Составитель А. Титов Техред А. Камышннкова Реда кт оляда орректор С. файн Тип, Харьк. фил. пред. Патент аказ 757/964 Изд, Лъ 481 Тираж 1060 Подписно НПО Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5