Способ аналого-цифрового преобразования и устройство для его осуществления

(23) ПриоритетН 03 К 13/20 1 Ъоударстеенный комнтет Опубликовано 0,04.82. Бюллетень13Дата опубликования описания 0. 04. 82 но делам нзобретеннй н открытий(54) СПОСОБ АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ1 О Изобретение относится к вычислительной технике.Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный насравнении аналогового сигнала с набором эталонов и уравновешиваниивходного сигнала набором эталонов,включение которых осуществляетсяв соответствии с законом реализациинарастающего ряда натуральных чисел (в виде пилообразного напряжения) 1 ,Недостатком способа является низкая точность преобразования.Известен способ аналого-цифрового преобразования, основанный насравнении аналогового сигнала снабором эталонов и уравновешиваниищходного сигнала набором эталонов,включение которых осуществляетсяпоследовательно, начиная с эталона,соответствующего старшему разрядуа устройство для осуществления способа содержит компаратор, первый вход которого соединен с выходом устройства выборки и хранения, а второйвход соединен с выходом цифроаналогового преобразователя , цифровыевходы которого соединены с кодовымивыходами управляющего устройства, выход которого соединен с выходом компаратора 21,Недостатком способа и устройствадля его осуществления является низкая точность преобразования.Цель изобретения - повышение точности преобразованияПоставленная цель достигается тем,что в способе аналого-цифрового преобразования, основанном на сравнениианалогового сигнала с, набором эталонов, его уравновешивании и кодировании, аналоговый сигнал дифференцируют, одновременно с преобразованием вкод, определяют знак и уровень егопроизводной, измеряют интервалы времени от момента появления кодовогослова, соответствующего весу коррек 3 91907тируемого эталона, до появления кодовых слов соответственно меньше и больше указанного кодового слова на одинаковое число единиц, определяютразность измеренных интервалов време 5ни и преобразуют ее в аналоговый сигнал, по которому корректируют соответствующий эталон.В устройство для осуществленияспособа, содержащее компгратор, пер овый вход которого соединсн с выходомблока выборки и хранения, второй входс выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами блока управления, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с управляющим входом блока вы,борки и хранения, введены дифференцирующий блок, два пороговых блока,го компаратор знака; три дешифратора, шесть элементов ИЛИ, три РЬ-триггера, генератор импульсов, три счетчика и дополнительный цифроаналоговый преобразователь, причем вход блока выборки и хранения через дифференцирующий блок соединены с входами двух пороговых устройств и компаратора знака, выходы которых соединены со входами первого эпезо мента ИЛИ, входы дешифратора соединены с кодовыми выходами блока управления, а выходы - с первыми входами второго, третьего и четвертого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого35 элемента ИЛИ, выходы второго и третьего элементов ИЛИ соецинены с Р-вхо-. дами первого и второго РБ-триггеров, первый выход четвертого элемента ИЛИ40 соединен с В-входом первого РБ-триггера и с Р-входом третьего РВ-триг гера, выход генератора импульсов соединен с первыми входами пятогс и шестого элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены соответственно с выхо, 15 дом первго РБ-триггера и со вторым выходом четвертого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с С-входами первого и втссо рого счетчиков, выход второго РБ- триггера соединен с 5-входом первого счетчика, выход третьего РВ-триггера соединен с Б-входом второго счетчика, первый выход которого соединен с Ь-входом третьего счетчика, зторой выход соединен с Б -входом первого счетчика, а третий выход соединен с В-входами второго и у 4третьего РЬ-триггеров, выходы первого счетчика соединены с входами третьего счетчика, выходы которого через дополнительный цифроаналоговыйпреобразователь соединены с ачалсговым входом соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя.На чертеже приведена структурнаяэлектрическая схема устройства,Устройство содержит компаратор 1,блок 2 выборки и хранения, цифроаналоговый преобразователь 3, блок 4управления, дифференцирующий блок 5,пороговые устройства 6 и 7, ксмпаратор 8 знака, элемент ИЛИ 9, дешифраторы 10- 12, элементь ИЛИ 13-15,РБ-триггеры 16-18, генератор 19 импульсов, элементы ИЛИ 20 и 21, счетчики 22-24, цифроаналоговый преобразователь 25.Устройство работает следующимобразом,Подлежащий преобразованию аналоговый сигнал поступае на анологовый вход блока 2, выполненного ввире стробируемого дисдного кляча,нагруженного на конденсатор и развязанного на входе и выходе усилителями. В блоке 2 в ечение временидействия стрсбируящего импульса, кото.рь:Й поступает с выхода блока 4,заряжается конде,сатср до уровня входного сигнала , После окончания действия импульса напряжение на вьходеблока 2 остается постоянным в течение времени преобразования данногсмгновенного значения сигнала зппстьдс прихода следующего стробирующегс импульса.В течение времени преобразованияпроисходит сравнение аналоговогосигнала, действующего на выходе блока2 с набором эталонов цифроаналоговогопреобразователя 3. начиная с самогобольшого, и последовательное уравновешивание входного сигнала этим набором стапснсв, В конце цикла преобразования каждый из зтапснсс цифроаналогового преобразования сказывае-"ся во включенном ипи Выключенномсостоянии в зависимости ст уровнявходного аналогового сигнала. В своюочередь каждому включенному ипи выключенному эталону состветствуст единица или ноль в кодовом слове накодовьх зыходах блока.4. Блок 4 может содержать сдвиговый регистрпосредством которс го осуществпяет 5 9190ся последовательный перебор эталонов, а также включение блока 2, регистр разрядных триггеров и регистр триггеров для полуцения параллельного кода. 5Одновременно с этим процессомпреобразования входной аналоговыйсигнал поступает на вход дифференцирующего блока 5 и дифференцируетсяв нем. Уровень производной входного сигнала в заданных пределах и еезнак определяется пороговыми устройствами 6 и 7 и компаратором 8,которыйможет быть выполнен так же, как икомпаратор 1, но на второй вход его 5должен быть подан нулевой потенциал.Если входной сигнал изменяетсядостаточно медленно, так, цто его наопределенном интервале можно аппрокси мировать, например, возрастающей линейной функцией, то на выходах пороговых устройств 6 и 7 и на выходе компаратора 8 появляются сигналы, соответствующие логическим нулям, при 25,этом логический ноль будет и на выходе элемента ИЛИ 9.В тот момент времени, когда навыходах блока 4 появляется кодовое слово, отстоящее на несколько единиц З 0от кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, навыходе дешифратора 10 появляется логическая единица, которая переводит внулевое состояние К 5-триггер 16,который открывает элемент ИЛИ 20 иимпульсы с генератора 19 поступаютна сцетцик 22, где подсчитываются, т.е. начинается измерение интервала времени с момента появленияупомянутого выше кодового слова.Вследствие дальнейшего увеличения входного сигнала на выходе блока 4 появляются новые кодовые слова. Когда появляется кодовое слово, соответствующее весу корректируемого эталона, на выходе дешифратора 11 появляется логицескийноль, цто вызовет появление логической единицы на первом выходе элемента ИЛИ 14, В 5-триггер 17 переходит в нулевое состояние и переключает счетчик 22 в режим вычитания,Количество импульсов, подсчитанных счетчиков 22 до момента переключения его в режим вычитания, пропорционально интервалу времени до момента появления кодового слова, соответствующего весу корректируемогоэталона, от момента появления кодового слова, меньшего на несколькоединиц упомянутого выше кодового слова,Дальнейшее увеличение входног о сигнала вызывает появление на выходеблока 4 кодового слова, отстоящегона такое же количество единиц,что и в первом случае, от кодовогослова, соответствующего весу корректируемого эталона. Это проявляетсяв появлении на выходе дешифратора12 логического нуля, что приводит кпоявлению логической единицы напервом выходе элемента ИЛИ 15, установке триггера 16 в единичное состояние, закрытии элемента ИЛИ 20,остановке сцетчика 22, установкеК 5-триггера 18 в нулевое состояние,переводу счетчика 23 в счетный режим, а также к открытию элементаИЛИ 21 и началу подсчета импульсовсчетчиком 23.Остановка счетчика 22 фиксируетокончание измерения интервала времениот момента появления кодового слова,соответствующего весу корректируемого эталона, до появления кодовогослова, большего на такое же числоединиц, что и в предыдущем интсрвале.Число, зафиксированное в счетчике 22, соответствует разности измеряемых интеовалов, так как в течение второго интсрвала счетчик работал в режиме вычитания,В результате начала работы счетчика 23 на первом его выходе появляется логическая единица, в счетчик 24 переписывается число, зафиксированное в счетчике 22, Эточисло преобразуется в анологовуюФорму посредством цифроаналоговогопреобразователя 25.При появлении логической единицына втором выходе счетчика 23 счетчик 22 обнуляется.Появление единицы на третьемвыходе счетчика 23 вызывает установку единицы в К 5-триггере 17, перевод сцетцика 22 в сцетный режим,установку единицы в к 5-триггере 18 иобнуление счетчика 23. На этом циклкорректировки эталона заканцивае.ся."сли в результате изменения температуры или в результате действиядругих дестабилизирующих факторовэталон изменит свое знацение , это приведет к тому, что интервалы времени от момента появления кодового слова, соответствующего весу корректируемого эталона, до появления кодовых слоев соответственно меньше и больше указанного кодов.,го слова на одинаковое число единиц,не будут рав." ны,результат суммирования импульса и последующего вычитания в счетчике 22 10 будет отличаться от нуля, этот результат перепишется в счетчик 21, декодируется цифроаналоговым преобразователем 25 и аналоговый сигнал с еговыхода поступит в качестве сигнала 15 ошибки для корректировки эталона.8 ыше было описано устройство и его работа для слуцая, когда требуется подстройка одного эталона. Если требуется дальнейшее увеличение точности о и возникает необходимость подстройки нескольких эталонов, в устройстве должно содержаться такое же колицество цепей регулировки, сколько эталонов должно подстраиваться, 25 Очередность процессов регулировки в цепях должна быть организована таким образом , цтобы регулировка начиналась с более младшего эталонакончалась самым старшим эталоном.Таким образом, благодаря процессу ооректировки эталонов, можно значиельно повысиь очность аналого.ифрсвого преобразования.Формула изобретения1. Способ аналого-цифрового,есбразования , основанный на срав енин аналогового сигнала с набором эталонов, его уравновешиваниикодировании, о т л и ч а ю щ и йс. я тем, цтэ, с целью повышенияочности преобразования, аналоговый сигнал дифференцируют одновременно с преобразованием в код, определяют знак и уровень его производной.измеряют интервалы времени от момента появления кодового слова, соогветствующего весу корректируемого эталона, до появления кодовых слов соответственно меньшего и большего указанного кодового слова на одинаковое число единиц, определяют разность измеренных интервалов времен и преобразуют ее в аналоговый си -ал, по которому корректируют соответствующий эталон. 2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее компаратор, первый вход которого соединен с выходом блока выборки и хранения, второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, цифровые входы которого соединены с кодовыми выходами блока управления, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход соединен с управляющим входом блока выборки и хранения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены дифференцирующий блок, два пороговых устройства, компаратор знака, три дешиФратора, шесть элементов ИЛИ, три Й 5-триггера, генесатор импульсов, три счетчика и дополнительный цифроаналоговый преобразователь, причем вход блока выборки и хранения через дифференцирующий блок соединен с входами двух пороговых устройств и компаратора знака, выходысторых соединены с входами первого элемента ИЛИ, входы дешифраторов соединены с кодовыми выходами блока управления, а выходы - с первыми входами второго, третьего и четвертого элемента ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента ИЛИ, выходы второго и третьего элементов ИЛИ соединены с й-входами первого и второго В 5-триг. герон, первый выход четвертого элемента ИЛИ соедичен с 5-входом первого Я 5-триггера и с В-входом третьего 85-триггера , выход генератора импульсов соединен с первыми входами пятогс и шестого элсментов ИЛИ вторые входь, которых соеричечы соответственно с выходом первого ВБ-триггера и с вторым выходом четвертого элемента ИЛИ, выходы пятого и шестого элементов ИЛИ соединены с С-входами первого и второго сцетциков, выход второго К 5-триггера соединен с 5 -входом первого счетцика, выход третьего В 5-триггера соединен с 5-входом второго счетчика., первый выход которого соединен с ,.-входом третьего счетчика., второй выход соединен с 5,;-входом перзого счетчика, а третий ьыход соединен с 5-входами второго и тре гьего В 5- триггеров, выходы первого счетчика соединены с входами третьего счетчика , выходы которого через лополнительный цифроаналоговый преобразователь соединены с аналоговым9 ,91входом соответствующего разряда цифроаналогового преобразователя,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. смолов В. Б. и др. Полупроводниковые кодирующие и декодирующие 9077 1 Опреобразователи напряжения, Л., нЭнергия, 1967, с. 134,2. В, ",. оч 1 е г ь 1 тпе 11 е А(Оощзе геп, Е 1 е 1 гоп 11,1975, с. 83-87,оис. 1,6 (прототип).