Аналого-цифровое устройство

,1 018 9 8 3 К 13/2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ ТЕТ СССИ ОТНРЫТИ ПИ САНИ РЕ ТОРСН М СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(Й) 1.дндлаго-цифровае устрой-,СТВО, содержащее генератор псевдослучайной цифровой последовательности, аналого-цифровой преобразова"тель, включающий цифроаналоговыйпреобразователь, блок управления иблок сравнения, первый вход которогосоединен с выходом блока выборки ихранения , второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - с первым входом блока управления; выходы которого соединены спервыми входами цифроаналоговогопреобразователя и через сумматор синформационными входами регистра,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения точности, введенблок логических инверторов, выходы .которого соединены с вторыми входа"ми сумматораа входы соединены свторыми входами цифроаналогового пре.образователя и с выходами генераторапсевдослучайной цифровой последовательности, управляющий вход которогосоединен с шиной сийхроимпульсов свторым входом блока управления, суправляющим входом регистра и первымвходом блока выборки и хранения, второй вход которого подключен к входной шине102, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что цифроаналоговый преобразователь выполнен на первых и вторых стабилизаторах тока, на первых и вторых переключателях тока, на весовом сумматоре, выход ксторого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а вхо ды соответственно соединены через последовательно соединенные первые 8239переключатели тока и первые стабилизаторы тока и через вторые переключатели тока и вторые стабилизатрры тока с шиной питания, при этом уп" равляющие входы первых переключателей тока соединены с первыми входами цифроаналогового преобразователя, вторые входы которого соединены с управляющими входами вторых переключателей тока.Изобретение относится к технике преобразования электрических сигналов, может быть использовано в измерительной и вычислительной технике, а также в других областях техники, где требуется преобразовывать сигналы из аналоговой формы в цифровую.Известен аналого-циФровой преобразователь (АЦП) построенный по принципу последовательного приближения, содержащий блок сравнения, сдвигающий регистр, генератор, группу элементов, регистр преобразователь код-напряжение и связи между ними 1 11.Недостатком этого преобразователя является нелинейность, которая объясняется тем, что точки перехода в передаточной характеристике АЦП имеют разброс относительно своих номинальных значений,Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналого-цифровое устройство, содержащее блок выборки.и хранения, выход которого через АЦП, цифровой сумматор соединен с регистром, а вход че .рез блок вычитания, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) соединен с генератором псевдослучайной цифровой последовательности (ГПСЦП) и с управляющим входом цифрового сумматора 1 2 1.Недостатком этого устройства является низкая точность преобразованиу, это объясняется тем, что блоквыборки и хранения должен иметь вдвоебольший динамический диапазон по сравнению с диапазоном ЦАП, что снижает его точность, поскольку алгебраическая разность между входным сигналом и сигналом с выхода ЦП может вдвое превышать максимальный сигнал с выхода ЦАП, когда они синфазны и40 Причем цифроаналоговый преобразователь выполнен на первых и вторых стабилизаторах тока, на первых и имеют, пиковые значения, а этовызывает в прототипе дополнительные переходные процессы в блоке выборкии хранения, снижающие точность преобразования, для завершения которыхнеобходимо дополнительное время, чтоувеличивает также и время преобразования,Целью изобретения является повышение точности преобразования-,Поставленная цель достигаетсятем, что в аналого-цифровое устрой"ство, содержащее генератор псевдослучайной цифровой последователь 15ности, аналого-цифровой преобразователь, включающий цифроаналоговыйпреобразователь, блок управления иблок сравнения, первый вход которого соединен с выходом блока выборкии хранения, второй - с выходом цифроаналогового преобразователя, а выход - с первым входом блока управления, выходы которого соединены спервыми входами цифроаналогового25 преобразователя и через сумматор синформационными входами регистра,введен блок логических инверторов,выходы которого соединены с вторымивходами сумматора, а входы соединеныЗ 0 с вторыми входами цифроаналоговогопреобразователя и с выходами генера"тора псевдослучайной цифровой последовательности, управляющий вход кото"рого соединен с шиной синхроиипуль 35сов с вторым входом блока управле"ния, с управляющим входом регистра ипервым входом блока выборки и хране"ния, второй вход которого подключенк вхоДной шине.Работа АЦП для случая, когда на .выходе ГПСЦП 5 во всех разрядах нули.Синхроимпульс поступает на тактовый вход блока б управления и ус"танавливает триггер старшего разряда 21 в состояние "1", а все осталь-,ные триггеры 21 в состояние "В", устанавливает в "0" все разряды сдвига 1 ощего регистра 19, переключает триггер 23, который, в свою очередь, запускает генератор 22 тактов,Количество тактов в цикле преобразования равно числу разрядов плюсодин.В первом такте работы АЦП, длительность которого формирует генератор 22, блок 7 сравнения сравниваетнапряжение с выхода блока 1 выборкии хранения с эталонным напряжением,подаваемым с ЦАП 4 и соответствующим единице старшего разряда ЦАП 4,поскольку на выходе триггера 21 старшего разряда в данном такте "1", ана выходе остальных триггеров 21 "0".Если напряжение с выхода блока 1выборки и хранения больше эталонногонапряжения, то на выходе блока 7сравнения к концу первого такта будет "0" и в старшем разряде триггера21 сохраняется "1", если же напряжение с выхода блока 1 меньше эталонного напряжения, то блок 7 сравненияк концупервого такта выдает "1",которая, пройдя через элемент И 20первого разряда, устанавливает триг"гер 21 первого разряда в состоя",. ".ние "0",В конце первого такта под действием первого импульса в.этом цикле пре-образования с. генератора 22 происходит запись "1" в первый разряд сдвигающего регистра 19, что обеспечиваетподачу эталонного напряжения второгоразряда с ЦАП 4 на.блок 7. Далее всеоперации повторятся также, как и впервом такте. Таким же образом выполняются и все остальные такты работы АЦП. Всего в цикле преобразования выполняется И+1 подобных тактов, по числу разря-, дов в АЦП.К концу цикла преобразования "1" появляется на последнем выходе сдвигающего регистра 19, Она поступает на триггер 23, переключает его, в резуютате чего останавливается генератор 22, подготовив таким образом блок 6Ъ Э 1018239 4вторых переключателях тона, на весовом сумматоре, выход которого соединен с выходом цифроаналоговогопреобразователя, а входы соответст"венно соединены через последовательно соединенные первле переключателитока и первые стабилизаторы тока ичерез вторые переключатели тока ичерез вторые стабилизаторы тока сшиной питания, при этом управляющие 1 ввходы первых переключателей тока соединены с первыми входами цифроана"логового преобразователя, вторые входы которого соединены с управляющиМи входами вторых переключателейдзтока.На фиг. 1 представлена функцио-.нальная схема предлагаемого аналого-цифрового устройства; на Фиг. 2 функциональная схема ЦАП; на Фиг.3 функциональная схема одного разряда ГПСЦП; на фиг. 4 - функциональная схема блока управления,Аналого-цифровой преобразовательсодержит блок 1 выборки и храненид;сумматор 2, регистр 3, ЦАП 4, ГПСЦП 5блок б управления, блок 7 сравненияи блок 8 логических инверторов,ЦИфроаналоговый преобразовательсодержит весовой сумматор 9, первыестабилизаторы 10 тока, вторые ста"билизаторы 11 тока, первые переклю.чатели 12 тока и вторые переключатели 13 тока.Один разряд ГПСЦП содержит сдвигающий регистр 14, очетчик 15, логический элемент 16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,триггер 17 и резистор 18.Блок управления содержит сдвигающий регистр 19, логические элементы И 20, триггеры 21, генератор 22тактов :и триггер 23.Устройство работает следующим образом,На первый вход блока 1 выборкии хранения поступает аналоговый сигнал, а .на второй вход " синхроимпульс,благодаря которому запоминающий кон"денсатор блока 1 выборки и хранениязаряжается пропорционально мгновенному значению аналогового сигналав момент действия синхроимпульса.По окончании действия синхроимпуль"са на выходе блока 1 выборки и хранения напряжение остается постоянным и пропорциональным мгновенному Изначению аналогового сигнала до момента прихода следующего синхроимпульса.5 10182управления к следующему циклу преобразования,К этому времени на выходе триггеров 21 зафиксируется некоторая кодовая комбинация, соответствующая 5мгновенному значению входного сиг-.нала в момент действия синхроимпульса,Работа АЦП для случая, когда нвыходах ГПСЦП 5 действует код, отлиц Оный от нуля,Благодаря действию ГПСЦП 5 точкиперехода в передаточной характеристике АЦП случайным образом как быперебрасываются перед каждым циклом 15преобразования в различные точки динамицеского диапазона, благодаря чему достигается эффект распределенияошибок линеаризации по этому диапа"зону, что в конечном сцете проявляется в значительном уменьшении нелинейности АЦП,Один разряд ГПСЦП 5 работает следующим образом,Необходимая для генерации цифровой последовательности обратная связьосуществляется при помощи элемента16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,При включении питания выходы сдви"гающего регистра 1 находятся в про"извольных логических состояниях. Этиразряды под действием синхроимпульсов сдвигаются и поступают на входтриггера 17, после чего на входсчетчика 15 на информационный вход35сдвигающего регистра 1 ч и элемент16 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, который включенв разрыв сдвигающего регистра 1. Врезультате на выходе ГПСЦП 5 имеется цифровая последовательность сигналов с большим периодом повторения.В том случае, если во время включения во всех разрядах сдвигающегорегистра 1 устанавливаются нули,.ГПСЦП 5 может остановиться. Чтобыэтого не происходило применяется четырехразрядный счетчик 15, который 39 6в случае всех нулей в регистре принимает на выходе значение "1 которая поступает на управляющий вход регистра 1 ч и переводит его выход в третье (разомкнутое) состояние, в результате чего в информационный по- ток на входе триггера 17 при помощи резистора 18 вводится логическая "1", которая начинает циркулировать и таким образом восстанавливается нормальный режим работы.ГПСЦП 5 в каждом последующем цикле сдвигает точки перехода в йередатоцной характеристике АЦП по отношению к предыдущемуциклу, управляя случайным образом переключателями 12 токов, которые переклюцают эталонные токи, стабилизированные стабилизаторами 10 в ЦАП Ц, Эталонные токи, пропорциональные кодам с выхода ГПСЦП 5, суммируются на весовом сумматоре 9 с эталонными токами, коммутируемыми блоком 6 управления.Таким образом к концу каждого цикла преобразования в триггерах 21 блока 6 управления будет записан: код, соответствующий сумме преобразуемого входного сигнала и псевдослучайной цифровой последовательности с ГПСЦП 5.Для того, чтобы исключить влияние сигнала с выхода ГПСЦП 5 на результат преобразования входного аналогового сигнала, посредством цифрового сумматора из кода с выхода блока 6 управления вычитается код с выхо. да ГПСЦП 5 только операция вычитания заменяется операцией суммирования с кодом, проинвертированным в блоке логических инверторов 9.Использование изобретения позволяет по сравнению с прототипом повысить точность преобразования не менее, чем вдвое, поскольку блок выборки и хранения имеет в два раза меньший динамический диапазон и переходные процессы меньшей длительности.1018239 орре кто ьин мчу, ул, Проектна илиал ППП "Патент Ужг РедакторЗаказ 356 НИИПИ Г по дел303, М Составитель Л,БеляеТехред А. Ач ираж 936 Подписноесударственного комитета СССРм изобретений и открытийсква, ЖРаушская наб., д. 4/л