Многоканальный аналого-цифровой преобразователь

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОФСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветсюеСоциалистическихресиубаик н 11993468(б 1) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 080580 (21)2948285 Л 8-21Фс присоединением заявки М -1 М. а.з Н 03 К 13/17 Государственный комитет СССР но делам изобретений и открытий(088.8) Опубликовано 3001,83. Бюллетень Йо 4 Дата опубликования описания 3601.83(54) ИНОГОКАНИЬ ыстатоголюИзобретение относится к цифровой измерительной технике и предназначено для построения многоканальных систем сбора измерительной информации с пространственным разделением каналов.Известен многоканальный АЦП, содержащий кодирующий блок и входной коммутатор аналоговых сигналов 1 .Недостатком данного устройства является низкое быстродействие, обусловленное раздельным во времени кодированием,информации отдельных каналов.Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности многоканальный аналого-цифровой преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ соединен. с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчатого иа. пряжения соединен с первым вхоЯом компаратора соответствующего канала, второй вход которого подключен к измерительной шине канала, а выход кЬмпаратора соединен с управлякицим входом элемента И соответствующего каГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЭОВАТЕЛЬ ьнала, выход которого подключен к вхо.ду счетчика канала, а управляющий вход ключа соединен с выходом триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второйс шиной сигнала считывания 2.Пониженное быстродействиеизвестного устройства обусловлено тем, что развертка общей меры в каналах выполняется последовательно квант эа квантом. Поэтому число тактов для уравновешивания оказывается равным числу уровней квантования.1Цель изобретения - повышение бродействия многоканального АЦП.Укаэанная цель достигается тем,что в,многоканальный аналого-циФровой преобразователь, содержащий тактовый генератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса котррого и входы сброса счетчиков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенч го напряжения соединен с первым входом компаратора соответствующе канала, второй вход которого подк чен к измерительной шине канала, а выход компаратора соединен с управЗ 0,ляющим входом элемента И соответствую"щего канала, ныход которого подключен к входу счетчика .канала, а управляю-. щий вход ключа соединен с выходом . триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второй вход - с шиной сигнала считывания,5 введены многоразрядный резистивный делитель, аналоговые ключи, распре- делитель, многонходовый элемент ИЛИ, элемент ЙЕ, формирователь строб-импульса, регистр адресов а в каждый 1 О канал - элемент ИЛИ, триггеры памяти и дополнительные компараторы, пер. вые входы которых соединены с выходами ступеней младшего разряда много- разрядного резистивного делителя, 15 включенного между выходом генератора ступенчатого напряжения и общей шиной, вторые входы - с измерительной шиной соответствующего канала, а выходы подключены к первым входам триггеров памяти, вторые входы которых соединены с выходом элемента ИЛИ канала, первый вход каждого элемента ИЛИ подключен к входу сброса счетчика, канала, второй вход - к управляющему входу элемента И, вход которого соединен с управляющими входами дополнительных компараторов и через формирователь строб- импульса подключен к входу запуска генератора ступенчатого напряжения и распределителя, выходы которого соединены с входами управления аналоговых ключей, каждый из которых включен между ступенью соотнетстнующего старшего разряда многоразрядного резистивного делителя и общей шиной, вход сброса распределителя соединен с шиной сигнала запуска и входом сброса регистра адресов, информационные входы которого соеди-: 4 О нены со вторыми входами соответствую щих элементов ИЛИ каналов и входами многовходового элемента ИЛИ, выход которого подключен к управляющему входу ключа и через элемент НЕ соедй-. 45 нен с шиной сигнала. считывания.На чертеже. изображена функциональная схема. многоканального АЦП.ГСхема содержит измерительные шины 1 каналов, каналы 2 с компаратором 3, группами дополнительных компараторов 4, триггерами 5 памяти,элементом ИЛИ 6,счетчиком 7 и элементом И 8, распределитель 9, ана"логовые ключи 10, декады ступенеК мно 5горазрядного резистивного делителя.от первого старшего разряда 11 В)до предпоследнего 12 (й " 1 0") ипоследнего 13 (В . 1 У ) младшего разряда, генератор 14 ступенчатого напряженияключ 15, многовходовый элемент ИЛИ 16, тактоный генератор 17,формирователь 18 строб-импульса,элемент НЕ 19, триггер 20, шину 21сигнала считывания, шину 22 сйгнала запуска и регистр 23 адресов (ка"налов),Устройство работает следующим образом.По внешнему сигналу запуска вшине 22 АЦП переключается в исходноесостояние, при котором все аналоговые ключи 10 по соответствующим сигналам распределителя 9 шунтируютдекады ступеней 11-13 делителя наобщую шину, на.выходе генератора 14ступенчатого напряжения (ГСН) устанавливается нулевое напряжение, триггер 20 переключается, а ключ 15 деблокируется и, кроме того, триггеры 5 памяти, счетчики 7 и регистр 23,сбрасываюзся в нулевое положение.Наличие нулевого сигнала в шине 21 при нулевом напряжении на нйходе ГСН является признаком того,что во всех измерительных каналах 2измеряемые величины равны нулю.Если хотя бы в одном из каналовизмеряемая величина превысит нулевое значение, то изменившимся на единичное значение сигналом компаратора 8 соответствующего канала, переданным через элемент ИЛИ 16, откроется предварительно деблокированный ключ 15 и первым появившимсятактовым импульсЬм генератора 17 переключается ГСН 14. При этом на выходе ГСН появляется цервая ступень напряжения. Ступени 13 делителя, равныей-10 (где,И- число десятичных разрядов выходного кода)., совместно с компараторами 4 образуют ЪЦП считывания, которые в зависимости рт числа декад ступеней 13 смогут работать в соответствующих пределах. Требуемый шаг квантования по уровню, величина которого равна единице младшего разряда кода, задают выбором соответствующего соотношения между единичнбй ступенью выходного напряжения ГСН, пропорциональной единице предпоследнего младшего разряда кода, и величиной ступе. ни 13 делителя.Выходное напряжение ГСН распределяется по ступеням 13 всегда с. равным н постоянным приращением, образуя равномерную шкалу квантования.Если измеряемая величина н канале не превышает уровня установленной ступени ГСН, то часть компараторов 4 соответствующего канала по импульсу стробирования формирует единичные сигналы, которые переключают связанные с ними триггеры 5 памяти, а компаратор 3 данного канала изменяют на своем выходе ранее установленный единичный сигнал на нулевой.Формирование строб-импульса в элементе 18 происходит с задержкой во времени, превышающей задержку установления ступени ГСН и задержку комМногоканальный аналого-цифровой 45 преобразователь, содержащий тактовыйгенератор, выход которого через ключ соединен с входом запуска генератора ступенчатого напряжения, вход сброса которого и входы сброса счетчи ков каналов соединены с шиной сигнала запуска, выход генератора ступенчатого напряжения соединен с первым входом компаратора соответствующего канала, второй вход которого подключен к измерительной шине канала, а выход компаратора соединен с управ-, ляющим входом элемента И соответствующего канала, выход которого подключен к входу счетчика канала, а управляющий вход ключа соединен с выходом триггера, первый вход которого соединен с шиной сигнала запуска, а второй вход - с шиной сигнала считывания, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстро действия, в него введены многоразрядпаратора 3 грубого сравнения, что обеспечивает правильную работу компараторов 4 точного сравнения и блокирование появившимся нулевым сигна" лом компаратора 3 передачи через элемент И строб-имйульса в счетчик 7 в соответствующем канале.Если после установления первой ступени ГСН окажется, что ни в одном из каналов измеряемая величина не превышает этот уровень, то нулевым сигналом элемента ИЛИ 16 блокируется дальнейшая передача тактовых сигналов через ключ 15. Одновременно единичным сигналом элемента НЕ 19 пе-. реключается триггер 20, который-блокирует ключ 15 на время считывания кода из триггеров памяти в процессор (или регистратор) до появления очередного внешнего сигнала запуска АЦП. Код считывается при изменении сигнала в шине 21 с нулевого. значения на единичное цепи считывания на,чертеже не изображены).Направленное обращение к каналам для считывания кода производится в соответствии с содержимым регистра 23,адресов каналов, указывающим в каких каналах появились единичные сигналы компараторов грубого сравнения в данном цикле преобразования.Если после установления первой ступени ГСН окажется. что хотя бы в одном из каналов измеряемая величина превышает установленный уровень напряжения ГСН, то единичный сигнал компаратора 3 соответствующего кана-. ла, переданный через элемент ИЛИ 1 б, разрешит в последующем переключение ГСН очередным тактовым. сигналом на уровень второй ступени, а в данном такте разрешит передачу задержанного строб-импульса через элемент И 8 в счетчик 7 данного канала. Внутри канала. единичный сигнал компаратора 3 фиксирует нулевое положение триггеров 5 памяти.Одновременно с переключением ГСН на вторую ступень этим же тактовым сигналом переключается также распределитель 9; Наего первом выходе появляется сигнал, по которому соответствующий аналоговый ключ размыкается и .тем самым включает последовательно со ступенями 13 делителя одну ступень 12, равную сумме ступеней 13, т.е. К.10" . Так как одновременно с увеличением напряжения ГСН.на одну ступень пропорционально возросло и сопротивление делителя, то приращение напряжения на, каждой ступени 13 относительно соседней сохраняется прежним, но само напряже. ние на каждой ступени 13 возрастает при этом на величину ступени ГСН.Описанный процесс изменения выходного напряженияГСН и последовательного включения в делитель соответствующих ступеней различных разрядов при сохранении отношения напряжения ГСН к величине сопротивленияделителя продолжается до тех пор.пока очередной уровень ГСН не превы-.сит наибольшего из значений измеряемых величин в каналах. При этом компараторы грубого сравнения всех каналов сформируют нулевые сигналы ина шине 21 появится единичный сигнал О на считывание кодов в процессор.Число, записанное.в счетчике 7канала, представляет код истаршихразрядов измеренной величины в данном канале, а в триггерах памяти это го канала фиксируется код младшегоразряда.После считывания кодов процесспреобразования повторяется аналогично описанному выше.20 При использовании Ф декад компараторов 4 в каждом канале число так",тов преобразования не превышает10 что в 10 ираз больше скоростиЙпреобразования известного устройства.25 Скорость преобразования данного мно-.гоканального АЦП дополнительно возрастает также благодаря ациклическому режиму уравновешивания в каналах.При необходимости считывание кодов 30 можно организовать по мере готовности каждого из каналов кодирования,признаком чего является изменениесигнала компаратора 3 грубого сравне.ния с единичного на нулевой. Ацикли ческое считывание кодов отдельныхканалов до завершения йреобразованияво всех каналах позволяет допоЛнительно повысить быстродействие АЦП всистеме.40 Формула изобретенияный. резистивный делитель, аналоговыеключи, распределитель, многовходовыйэлемент ИЛИ, элемент ЙЕ, формирователь строб-импульса, регистр адресов,а в каждый канал - элемент ИЛИ,триггеры памяти и дополнительныекомпараторы, первые входы которыхсоединены с выходами ступеней младшего разряда многоразрядного резистивного делителя, включенного междувыходом генератора ступенчатого напряжения и общей шиной вторые входы - с измерительной шиной соответствующего канала, а выходы подключенык первым входам триггеров памяти,вторые входы которых соединены свыходом элемента ИЛИ канала, первыйвход каждого элемента ИЛИ подключенк входу сброса счетчика канала,второй вход - к управляющему входуэлемента И, вход которого соединенс управляющими входами дополнительных компаоаторов и через формирователь строб-импульса подключен к входу запуска генератора ступенчатогонапряжения;и распределителя, выходы которого соединены с входами управления аналоговых ключей, каждыйиз которых включен между ступеньюсоответствующего старшего разрядамногоразрядного резистивного делителя и общей шиной, вход сброса распределителм соединен с шиной сигнала запуска и входом сброса регистра адресов, информационные входы ко"торого соединены со вторыми входами10 соответствующих элементов ИЛИ Каналов и входами многовхоового элемента ИЛИ, выход которого подключен куправляющему входу ключа и черезэлемент НЕсоединен с шиной сигнала15 считывания.6Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Цапенко М.П. Измерительные2 О информационные системы. М., "Энергия", 1974,2. Универсальные электронные пре.образователи информации. Под ред.В.В.Смолова, Л., "Машиностроение",1971, с. 52-53, рис. 1,20 ( прототип) .