Аналого-цифрвоой преобразователь

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯ -873402К АВТОУСКМУ СВИ ВТИЗЬСТВУ(22) Заяелемо 17.08.79 (21) 2811413/18-21 Р 1)М КЛ Сфеэ Севетскнк Сецналнстнческнх Ресеублнк(23) Приоритет -Н 03 К 13/ог Государственныа комнтет ссср но делам нзобретеннЯ н открытнЯ(71) Заявитель Пензенский политехнический институт(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ Устройство относится к электроизмерительной технике и используется в информационно-измерительных системах.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий два амплитудных5 анализатора, две группы дифференциальных каскадов, причем один из входов каждого дифференциального каскада подключен ко входу данного аналого-цифрового преобразователя, другой вход 10 каждого дифференциального каскада подключен к соответствующему источнику напряжения, а инверсные выходы нечетных дифференциальных каскадов объединены с неинверсными выходами четных 15 дифференциальных каскадов 13 .Недостатком данного преобразовате" ля является низкая точность и надежность аналого-циФрового преобразования. 20Цель изобретения - повышение точности и надежности аналого-цифрового. преобразователя.Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровом преобраэовате ле, содержащем два амплитудных анализатора, четыре компаратора, две группы из;шестнадцати. дифференциальных каскадов каждый, причем первые вхо" ды дифференциальных каскадов соедине ны со входной шиной, вторые входыдифференциальных каскадов соединеныс соответствующими шинами опорных напряжений, инверсные выходы нечетныхдифференциальных каскадов соединены сс неинверсными выходами четных дифференциальных каскадов, дополнительновведены преобразователи ток-напряжение, при этом инверсный выход второгодифференциального каскада первой группы соединен с инверсным выходом шестого,десятого,четырнадцатогодифференцнальных каскадов той же группы, а также с неинверсными выходами третьего,седьмого, одиннадцатого, пятнадцатого дифФеренциальных каскадов второйгруппы и соединен со входом первогопреобразователя ток-напряжение, выходкоторого соединен со входом первогокомпаратора, инверсные выходы второго и десятого дифференциальных каскадов второй группы соединены с неинверсными выходами седьмого и пятнадцатого дифференциальных каскадовпервой группы и соединены со входомвторого преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом второго компаратора, инверсныйвыход четвертого дифференциальногокаскада второй группы соединен с неинверсным выходом тринадцатого дифференциального каскада первой группы и соединен со входом третьего преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом третьего компаратора, инверсный выход восьмого дифференциального каскада второй группы подключен ко входу чет,вертого преобразователя ток-напряже-. ние, выход, которого соединен со входом четвертого компаратора, инверсные 3выходы нечетных дифференциальных каскадов и неинверсные выходы четных дифференциальных каскадов обеих групп соединены со входами соответственно пятого и шестого преобразователей ток-напряжение, выходы которых подключены соответственно ко входам первого.и второго амплитудных анализаторов, неинверсные выходы первого, третьего, девятого, одиннадцатого, инверсные выходы четвертого, восьмого, двенадцатого, шестнадцатого дифференциальных каскадов первой группы и неинверсные выходы первого, пятого, девятого, тринадцатого, а также инверсные выходы шестого, двенадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого, дифференциальных каскадов второй группы соединены с шиной источника напряжения.На фиг.1 представлена схема аналого-цифрового преобразователя, где 1,2,316 дифференциальные каскады, объединенные в две группы, причем первые входы дифференциальных каскадов каждой группы подключены ко входной шине преобразователя. Вторые входы дифференциальных каскадов подключены к шинам опорных напряжений. Инверсные выходы дифференциальных каскадов 1,3,5,7,9,11,13 н 15 объединены с неинверсными выходами дифференциальных каскадов 2,4,6,8,10, 12,14,и 16 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 17, выход которого подключен к амплитудному анализатору 18. Инверсные выходы дифференциальных каскадов 2,6,10 и 14 группы 19 объединены с неинверсными выходами 3,7,11 и 15 дифференциальных каскадов группы 20 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 21, выход которого подключен к компаратору 22. Неинверсные выходы дифференциальных каскадов 7 и 15 группы 19 объединены с инверсными выходами 2 и 10 дифференциальных каскадов .группы 20 и подключены ко входу преобразователя ток-напряжение 23, выход которого подключен ко входу компаратора 24. Неннверсный выход дифференциального каскада 13 группы 19 соединен с инверсным выходом дифференциального каскада 4 группы 20 и со входом преобразователя ток-напряжение 25, к выходу которого подключен вход компаратора 26. Инверсный выход дифференциального каскада 8 группы 20 соединен со входом преобразователя ток-напряжение 27, квыходу которого подключен вход компаратора 28. свободные выходы дифференциальных каскадов обеих группподключены к клемме 29 источника напряжения.Линеаризация характеристик аналого-цифрового преобразователя осуществляется с помощью опорных напряжений,путем смещения Функции преобразова-О ния двух групп дифференциальных каскадов по входному напряжению относительно друг друга так, чтобы нелинейные участки одной перекрывались относительно линейными участками другой.На фиг.2 а, 6 представлены токи свыхоцов дифференциальных каскадовобеих групп, которые используютсядля формирования необходимых функ ций преобразования, 11, 1, 1, 1,6. соответственно токи с йеинверсных и инверсных выходовдифференциальных каскадов первой групи Ц 11, И ипы, 1,11; 1, 11 токи соответственно с неинверсных и инверс-ных выходов дифференциальных каскадов второй группы. Линейные участкифункций преобразования, на которыхработают выходные амплитудные анализаторы 18, представлены на фиг.2где сплошной линией обозначены линейные участки функции преобразования первой группы, пунктирной - второй.На фиг.21,Ь,е, м представлены зависимости токов, нтекающих в преобразователи ток-напряжение 21, 23, 25 и27 (соответственно токи 11, 115, 1, 1) .от входного напряжения. Входные токиданных преобразователей являются сум мой соответствующих токов с ныходовдифференциальных каскадов.Дна выходных амплитудных анализатора 18 кодируют любой входной сигнал н интервале МО ),Однако вза имно однозначное соответствие междукодом с амплитудных анализаторов ивыходнымсигналом нозможно только дляинтервала входных напряжений, которыйменьше половины периода функций преобразования групп дифференциальныхкаскадов. Компараторы 22,24,26 и 28ируют напряжения(фиг,26), отстающие друг от друга наполовину периода преобразования и,таким образом, отделяют один интер вал входных напряжений, который кодирует выходные амплитудные анализа"торы 18, от другого. Вследствие этогорезультирующий код (код с компараторов 22,24,26 и 28 и других амплитуд ных анализаторов 18)однозначно связансо входным сигналом.Компаратор 28 имеет уровень срабатывания такой 1 (Фиг.21,), что переключается всякий раз, когда входнойсигнал проходит напряжение О.Точнотак же компараторы 26,24 и 22 переключаются при напряжениях сортветственно ОЭ,04 Эе ОЭ 07 О Ои 0406, ОВ, О, О 04, 01 ь На вТйсодекомпараторов 22,24,26 и 28 появляется напряжение логической единицы,если выходной ток соответствующегопреобразователя ток-напряжение меньше 1. За счет указанных зависимостейтоков,1 ,1 , 117 от входного на-пряжения, код, образующийся на выходах компараторов 22,24,26 и 28, представляет собой двоичный код Грея.Аналого-цифровой преобразовательработает следующим образом.При входном напряжении 0 = Ок .(фиг,2 И) на выходе компаратора 28 15появляется напряжение логическогонуля, так как при О = О, 11 )1на выходе компаратора 26 - напряжение логической единицы, так как11 ИО, на выходе компаратора 24 - так)же напряжение логической единицы,так как 1 41, и на выходе компаратора 22 - напряжение логического нуля,так как 1 1, Таким образом, на выходах компараторов, кодирующих стаРшие разряды, образуестя код 0110,что соответствует четырем в.десятичном коде и показывает, что Ох превышает четыре интервала: (О,О),(О, ОИ ), (О04), (04, О ) (фиг2 И)и находится в пятом интервале (О,Ос ),В зависимости от того,в какой участок интервала (05,0) попадает входное напряжение Ох работает первыйили второй амплитудный анализатор.В данном случае напряжение О перекрывается линейным участком функциипреобразования второй группы дифференциальных каскадов и, поэтому код,образовавшийся иа выходах компараторов второго амплитудного аналиэатора, определяет положение 01 внУтриинтервала (05,0 ь).Кодирование старших разрядов вданном аналого-цифровом преобразователе производится с помощью четырех компараторов, что повышает надежность работы. Кроме того, в пре"образователе перед каждым компаратором (включая компараторы амплитудныханализаторов) включено одно .и то,жеколичество последовательно соединенных дифференциальных каскадов и преобразователей ток-напряжение. Этопозволяет при наличии идентичностикаскадов избежать смещения по фазенапряжений, действующих на входах5компараторов, вследствие чего дина-.мическая погрешность аналого-цифрового преобразователя уменьшается,что повышает, точность преобразования.60формула изобретенияАналого-цифровой преобразователь, содержащий два амплитудных анализа тора, четыре компаратора, две группы иэ шестнадцати дйфференциальных65 каскадов каждый, причем первые входыдифференциальных каскадов соединены,:со входной шиной, вторые входы дифференциальных каскадов соединены ссоответствующими шинами опорныхнапряжений, инверсные выходы нечет.- ных дифференциальных каскадов соединены с неинверсными выходами четных дифференциальных каскадов, о т1л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюповьпаения точности аналого-цифровогопреобразователя и его надежности, до-полнительно введены преобразователиток-напряжение, при этом инверсныйвыход второго дифференциального каскада первой группы соединен с инверсным выходом шестого, десятого и четырнадцатого дифференциальных каскадов той же группы, а также с неинверсными выходами третьего, седьмого,одиннадцатого, пятнадцатого дифференциальных каскадов второй группы и соединен со входом первого преобразователя ток-напряжение, выход которогосоединен со входом йервого компаратора, инверсные выходы .второго и десятого дифференциальных каскадов второйгруппы соединены с неинверсными выходами седьмого и пятнадцатого диф-ференциальных каскадов первой группыи соединены со входом второго преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом второгокомпаратора, инверсный выход четвертого дифференциального каскада второйгруппы соединен с неинверсным выходомтринадцатого дифференциального каскада первой группы и соединен со входомтретьего преобразователя ток-напряжение, выход которого соединен со входом третьего компаратора, инверсныйвыход восьмого дифференциального кас"када второй группы подключен ко входучетвертого преобразователя ток-напряжение, выход .которого соединен совходом четвертого компаратора, инверсные выходы нечетных дифференциальныхкаскадов и неинверсные выходы четныхдифференциальных каскадов обеих группсоединены со входами соответственнопятого и шестого преобразователей токнапряжение, выходы которых подключены соответственно ко входам первогои второго амплитудных анализаторов,неинверсные выходы первого, третьего,девятого, одиннадцатого, инверсныевыходы четвертого восьмого, двенадцатого, шестнадцатого дифференциальныхкаскадов первой группы,и неинверсныевыходы первого, пятого, девятого,тринадцатого, а также инверсные выходышестого, двенадцатого, четырнадцатого, шестнадцатого дифференциальныхкаскадов второй группы соединены сшиной источника напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1.АгЬе А., Киги В, ГА 5 ТАРСЕЕЕГгаць Мисс ьс 1, 1975, чо 1.й 5-22,Р 1, р.450 (прототип).873402 составительвка Техред Л.Пе узнец орректор Г.Ог едактор И Тираж 991Государственного комитета лам изобретений и открыты осква, Ж, Раушская наб аказ Филиал ПНП "Патентф; г.ужгород, ул.Проектная,4 070/83ВНИИПпо д13035 ПодаиснСССР д. 4/5