Аналого-цифровой преобразователь

(56) 1. Бахтиявые преобразоврадио", 1980,2, Балакаймы АЦП и ЦАП,с, 53, рис, в 4-21 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Бюл. В 15ов и Д.Н.Волынскийэлектромеханическийров железнодорожного 88.8)ров Г.Д. Аналого-цифр атели, М. ,Советское с. 203, рис, 7.7 а. В.Г, Интегральные схе М "Энергия", 1978, 15 (прототип) .(54)(57) 1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБ-. РАЗОВАТЕЛЬ, содержащий и -1 разностных усилителей с коэффициентом усиления два, где О. - число разрядов преобразования, и -1 ключей,компараторов, первые входы которых соединены с выходом источника эталонного напряжения и первым входом первого ключа, второй вход первого компаратора соединен с выходом источника однополярного сигнала и первым входом первого раэностного усилителя с коэффициентом усиления два, выходы всех компараторов соединены с вьмодньви шинами, выход первого компаратора соединен с вторым входом первого ключа, а выходы ькомпараторон соединены соответственно с первыми входами соответствующих и -2 ключей, выходы которьм соединены с первыми входами соответствующих и -2 разностных усилителей с коэффициентом усиления два, а выход первого ключа - с вторым входом первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два, вторые входы и -2 ключей и третий вход первого ключа соединены с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, введены пформирователей импульсов из положительного перепада напряжения, ьформирователей импульсов из отрицательного перепада напряжения, иблоков управления коммутаторами, о -1 коммутаторов, первые и вторые входы каждого из которых соединены соответственно с шиной питания и общей шиной, третьи и четвертые входы первого коммутатора соединены соответственно через .первый Формирователь импульсов из положительного перепада напряжения и первый Формирователь импульсов из отрицательного перепада напряжения с выходом первого компаратора и непосредственно с первьщи входамисоответственно первой и второй групп входов блоков управления коммутаторами, а третий и четвертый входы остальных коммутаторов соединены соответственно с выходами соответствующих блоков управления коммутаторами, пятый вход каждого 1-го коммутатора соединен соответственно с выходом каждого ( -го разност. ного усилителя с коэффициентом уси. ления два, а выход - с вторым входом соответствующего 1-го компаратора, кроме первого компаратора, выход кажцого 1-го компаратора, кроме первого и о-го компараторов, через соответствующие формирователи импульсов из положительного и отри1152088 цательного перепадов напряжениясоединен с соответствующими ( -мивходами первой и второй групп входов каждого 1-го блока управлениякоммутаторами, причем выход первогоразностного усилителя с коэффициентом усиления два через поледовательно соединенные и -3 разностных усилителя с коэффициентом усиления двасоединен с вторым входом и -1-гораэностного усилителя с коэффициентом усиления два, при этом третьивходы и -2.ключей соединены с выходом источника эталонного напряжения,1Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в быстродействующих микроэлектронных аналого-циФровых преобразователях. 5Известен аналого-цифровой преобразователь конвейерного типа, содержащий блок задержки, три трехраэмерных анапого-цифровых преобразователя, регистр сдвига 1 1. 10Недостатком преобразователя является низкое быстродействие.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь,содер жащий и компараторов, первые входы которых соединены с выходом источник; эталонного напряжения, второй вход первого компаратора - с выходом источника однополярного сигнала и пер вым входом. первого раэностного усилителя, а вторые. входы каждого из икомпараторов соединены с соответственно с выходом каждого разностного усилителя, выход каждого 25 компаратора соединен с соответствующей выходной шиной и первым входом каждого иэ и ключей, второй вход первого ключа соединен с выходом источника эталонного напряжения, а ЗО вторые входы остальных ключей соединены с выходом первого компаратора, третьи входы - с общей шиной, а выходы - с первыми входами соответствующих разностных усилите- З 5 2, Преобразователь по п,1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления коммутаторами выполнен двухканальным, а каждый канал выполнен на последовательно соединенных элементах ИЛИ, ЗАПРЕТ и расширителе импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ протнвоположного канала, при этом входы расширителей импульсов соединены с выходами блока управления коммутаторами, первая и вторая группы входов которого подключены к входам соответствующих элементов ИЛИ первого и второго каналов. 1лей, кроме первого, второй вход которого соединен с выходом первогоключа, а второй вход каждого последующего раэностного усилителя соединен с выходом каждого предыдущего компаратора 1.Недостатками преобразователя являются низкие быстродействие и надежность работы,Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности,Поставленная цель достигаетсятем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий и -1 разностных усилителей с коэффициентом усиления два, где и - число разрядовпреобразования, ь -1 ключей, и компараторов, первые входы которых соединены с выходом источника эталонного напряжения и первым входом первого ключа, второй вход первого компаратора соединен с выходом источника однополярного сигнала и первымвходом первого разностного усилителя,с коэффициентом усиления два, выходы всех компараторов соединены свыходными шинами, выход первого компаратора соединен с вторым входомпервого ключа, а выходы икомпараторов соединены соответственнос первыми входами соответствующихи -2 ключей, выходы которых соединекы с первыми входами соответствую.щих празностных усилителей с коэффициентом усиления два, а выход25 первого ключа - с вторьв входом первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два, вторые входы нключей и третий вход первого ключа соединены с общей шиной, введены о -1 Формирователей импульсов из положительного перепада напряжения, о - 1 формирователей импчльсов из отрицательного перепада напряжения и -2 блоков управления комму 1 О таторами,пкоммутаторов, первые и вторые входы каждого.из которых соединены соответственно с шиной питания и общей шиной, третьи и четвертые входы первого коммутатора соединены соответ 15 ственно через первый формирователь импульсов из положительного перепада напряжения и первый формирователь импульсов из отрицательного перепада напряжения с выходом первого компаратора и непосредственно с первыми входами соответственно первой и второй группы входов блока управления коммутаторами, а третий и четвертый входы остальных коммутаторов соединены соответственно с выходами соответствующих блоков управления коммутаторами, пятый вход 1-го коммутатора соединен соответственно с выходом каждого 1-го разностного30 усилителя с коэффициентом усиления два, а выход - с вторым входом соответствующего -го компаратора, кроме первого компаратора, выход каждого 1-го компаратора, кроме пер ваго и и-го компараторов, через соответствующие формирователи импульсов из положительного и отрицательного перепадов напряжения соединены с соответствующими 1, -ми входами пер вой и второй групп входов каждого -го блока управления коммутаторами, причем выход первого разностного усилителя с коэффициентом усиления два через последовательно соединен- ф 5 ные дразностных усилителя с коэффициентом усиления два соединен с вторым входом о -1-го разностного усилителя с коэффициентом усиления .два, при этом третьи входы и -2 клю чей соединены с выходом источника эталонного напряжения, а блок управления коммутаторами выполнен двухканальным, и каждый канал выполнен на последовательно соединенных эле ментах ИЛИ, ЗАПРЕТ и расширитель импульсов, выход которого подключен к второму входу элемента ЗАПРЕТ противоположного канйла, при этом входы расширителей импульсов соединены с выходами блока уп авления коммутаторами, первая и в рая группы входов которого подкл: яены к входам соответствующих элементов ИЛИ первого и второго каналов.На дяг. 1 приведена структурная электрическая схема преобразователя, на фиг,2 - структурная электричес" кая схема блока управления коммутаторов; на фиг.3 - структурная элек- трическая схема коммутатора; на Фиг.4 - временная диаграмма, где а надряжейне на входе ускпителя 2; б - напряжение на выходе первого компаратора 3; в - напряжение на выходе первого формирователя 6; г - напряжение на выходе формирователя 7; д - нанряаение на выходе второго компаратора 3; е,а - напряжение на выходах первого блока 8; з - напряжение на выходе-1-го компаратора 3.Аналого-циФровой преобразователь содержит источник 1 однополяр. ного сигнала в -1 последовательно включенных разностнык усилителей 2 с коэффициентом усиления равным двум, и компараторов 3, источник 4 эталонного напряжения О ключи 5 для подачи эталонного напряаения на соответствующие входы разностных усилителей, формирователи 6 импульсов из положительного перепада напряжения, формирователи 7 импульсов из отрицательного перепада напряжения, блоки 8 управления коммутаторами, коммутаторы 9. Блок 8 содержит элементы ИЛИ 10,элемент ЗАПРЕТ 11, расширители 12импульсов. Коммутатор 9 содержитрезистор 13 н два ключа 14.Источник 1 соединен с входомпервого компаратора 3 и первого разностного усилителя 2, которые соединены последовательно. Компараторы3 соединены с ключами 5, коммутаторами 9 и источником 4, Формирователи 6 и 7 соединены с выходамн компараторов 3, с коммутаторами 9,блоками 8.В блоке 9 элементы 10 через элементы 11 соединены с расширителями12.В коммутаторе 9 резистор 13 сое-динен с ключами 14, 1152088Фгде Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.На сигнальный вход компаратора 3 1-го разряда, кроме о -1-го, подается напряжениеа,.-2(О- (Огде О;, - значение разрядного коэффициента 1+1-го разряда ("0" или "1"),10Компаратор 3 сравниваетс этаО 1лонным О Если О,; О то компаратор 3 срабатывает, и на его выходеустанавливается положительный потенциал, соответствующий "1" с данномразряде. Этот потенциал открываетключ 5 следующего (младшего) разряда, и на соответствующий вход разностного усилителя 2 подается эталонное напряжение О которое вычи Отается из 0,.При сигналах, верхняя частота которых не выше(не имеющих переопадов бесконечной крутизны), логика работы преобразователя такова, что всегда при срабатывании компаратора 3 какого-либо каскада все следующие (младшие) компараторы должны "отпускать", (например, код 000111 переходит в код 0001000). И,наоборот., ЗО при "отпускании" данного компаратора 3 все следующие должны срабатывать (например, код 00 1000 переходит в код 000111). Учет этого обстоятельства позволяет повысить быстро- З 5 действие преобразователя. Надо заставить срабатывать следующие компара торы параллельно, не дожидаясь, пока перепад напряжения от сработавшего компаратора пройдет последова тельно по каскадам разностных усилителей, вызывая волну срабатывания всех последующих комнараторов 3 с задержками на каждой ступени.Из перепада напряжения на выходе 45 сработавшего ("отпустившего") компа" ратора 3 формирователем 6(7) формируется импульс управления коммутатором 9. Если импульс поступил с формирователя 6, то коммутатор замыка ет вход компаратора на "землю" и он "отпускает". Если импульс поступал с фррмирователя 7, то коммутатор подает на вход компаратора а положительный потенциал, достаточный для у его срабатывания. Длительность импульсов должна быть достаточной для того, чтобы удерживать все следующие компараторы в нужном состоянии, покаперепад напряжения со входа разностных усилителей не установится наих выходе. Эту длительность можноопределить по формулео: граничная частота усиления разностногоусилителяНа управляющие входы коммутатора9 каждого разряда, кроме п-го,импульсы с формирователей любогоиз предыдущих разрядов поступаютчерез блок 8 данного разряда. Навход коммутатора н-го разряда импульсы поступают непосредственно сформирователей 6 и 7 и -1-го разряда,Блок 8 работает следующим образом. При срабатывании ("опускании")компаратора 3 любого из предыдущихразрядов на один иэ входов элементаИЛИ 10 данного разряда придет импульс от соответствующего формирователя 6 (7). С некоторой задерж 1:ойна входы другого элемента ИЛИ 10придут импульсы от формирователей7 (6) разрядов, находящихся междусработавшим (" отпустившим" ) и данным, К коммутатору 9 пройдет черезэлемент ЗАПРЕТ 11 только первый импульс, так как импульсы, пришедшиес задержкой на другой элемент 10, непропустят элемент 11 (на его запрещающий вход уже поступил импульсс выхода первого элемента через расширитель 12). Расширители 12 нужныдля того, чтобы держать закрытый элемент после того, как импульс,пришедший первым, уже закончился, апришедшие с задержкой на другой элемент 10 еще не закончились. Время,на которое должен быть расширенимпульс, равно гриблизительно 10 нс,что соответствуе суммарному времени срабатывания коммутатора 9 икомпаратора 3,Коммутатор работает следующим образом.При поступлении на управляющий вход импульса соответствующий ключ открывается и соединяет вход компаратора 3 либо с "землей", либо с по. ложительным напряжением..Технико-экономическое преимущество предлагаемого преобразователя по сравнению с известным заключается в повьиаении быстродействия вгг 2 о 88 и в ,1 раэ эа счет параллельного форсирования работы усилителей и компараторов всех разрядов, так как время преобразования в этом случаеопределяется задержкой фронта лишь 8 одним усилителем,и не зависит от числа разрядов АЦП. Надежность работы повышается за счет исключения ложных срабаты 5 ваний компараторов.1152088 гЗ Составитель А.Титедактор Н.Пущненкова Техред М.Кузьма рректор С Лекмар одлисноеСР а/ Филиал ППП "Патент" роектная, 4 Уагор 34/44 ТиракВНИИПИ Государственнпо делам изобрете 113035 Москва, Ж 2комитетан открытиушская наб