Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 091 (11). 4 НОЗМ 1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТ нк во СССР 1982. о СССРРЕОБРАЗОВАТЕЛЬтся к областивычислительь использованоро изменяюГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54) АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ (57) Изобретение относ электроизмерительной и ной техники и может бьй для преобразования быс щихся во времени сигналов и цифровойкод в условиях действия импульныхпокех. Цель изобретения - повышениепомехоустойчивости и точности, достигается эа счет обеспечения алгоритма аналого-цифрового преобразования, использующего избыточное представление кодового эквивалента преобразуемой величины И,. Выходной кодпредставляется разрядами основногои дополнительного преобразователейкод-напряжение при этом их 1-е разряды образуют 1-ю группу кода, в которой разряды имеют одинаковую массукратную степени.2. 2 ил.Изобретение относится к электро- измерительной и вычислительной технике и может быть использовано для преобразования быстроизменяющихся во времени сигналов в цифровой код в 5 условиях действия импульсных помех.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности.На фиг,1 изображена функциональная схема устройства; на фиг.2 (а, 1 О б, в) - диаграммы, поясняющие его работу.Устройство содержит первый 1, второй 2, третий 3 элементы сравнения, трехфазный генератор 4, первый 5, 15 второй 6, третий 7 и четвертый 8двухразрядные сдвигающие регистры,распределитель 9 таковых импульсов, основной 10 и дополнительный 11 преобразователи кода в напряжение (ПКН), блок 2012 контрольных напряжений, цифровойсумматор 13, основнои аналоговыи сумматор 14, основной 15 и дополнительный 16 аналоговые вычитатели, элементы И 17-20 соответственно первый, 25второй, третий и четвертый, первый 21и второй 22 элементы ИЛИ, а такжешину "Запуск", первые элементы И 23,вторые элементы И 24.В предлагаемом устройстве исполь- ЗОзуется алгоритм аналого-цифровогопреобразования, использующий избыточ 1ное представление кодового эквивалента преобразуемой величины Ь. Выходной код представляется разрядами основного 10 и дополнительного 11 ПКН при этом их 1-е разряды образуют 1-ю группу кода, в которой разряды имеют .одинаковые веса, кратные степени 2, Двоичный эквивалент величины О, по окончании цикла преобразования образуется суммированием кодов основного10 и дополнительного 11 ПКН на выходе цифрового сумматора 13.Процесс уравновешивания преобразуемой величины определяется следующим образом:П, (1:=и) 1 Ь=Б(з.=п) +".сЗ ( з.=п) ==Ы 4, ( з) +Ь Е 4 ( з.) 2=Ь Е (О( 1) +)2 пгде и - число разрядов основного 10 и дополнительного 11 ПКН;И, (з),П (1) - напряжение на выходах со 55ответственно основного 10 и дополнительного 11 ПКН;Ь - дискретность преобразования; Йо(1)(1) - коэффициенты выходногоЧкода соответственно основного 10 и дополнительного11 ПКН,Алгоритм работы преобразователяоснован на следующих двух свойствах:а) сумма весов разрядов -й группы кода на 2 больше суммы весов разрядов всех последующих групп;в) вес любого разряда -й группы,кроме младшей, может быть представленвесами разрядов следующей (з.1)-йгруппы.На любом -м такте разряды ь-йгруппы включаются и формируются трикомпенсационных напряжения0 (1) =Ц (1) +Б (1) (выход основного 14 сумматора);Пкг (1) О (1) Ци (1) (выход основного 15 вычитателя);Пкз (1) =ОкгОБк (з) =По (1 1)++Б (1-1) (выход дополнительного3вычитателя 16);гДе ПЬ. (1)=Ь 2"- контРольное напряжениена выходе блока 12, соответствующее номеру включенного такта.На выходе элемента 1 вырабатывается сигнал х 1(1)=1, если Б (з.)Б,и х 1( 1) =0 в противном случае. Аналогично на выходе элемента 2 вырабатываетсЯ сигнал х 2(1)=1, если Бг(1)Ои х 2=0 в противном случае, ана выходе элемента 3 - сигнал хЗ==1, если Б (1)0, и хЗ(1)=0 в противном случае, Так как всегда выполняется условие 11 к(1)Пг (1) Б (1),то сигнал х 1(з.), х 2(1) и хЗ(з.) могутобразовывать только следующие четырекомбинации:1) х 1(з.)==0, х 2( з.) =О, хЗ(з.)=0;2) х 1 ( з ) .=1, х 2 ( 1) =О, хЗ ( з.) =О;3) х 1(1)=-1, х 2(1)=1, хЗ(з.)=0;4) х 1(1)-=1, х 2( ) =1, хЗ(1) =1.При возникновении комбинации 1)разряды первой 1-й группы остаютсявключенными, Эта комбинация можетвозникнуть в том случае, когда на(1-1)-м такте произошел сбой типа1-зО, который привел к невключениюразряда (ов) этой группы, На последующих тактах действие этого сбоя будет скомпенсировано весами разрядовследующих групп, исходя из свойстваа), с погрешностью не превышающей 21 з,даже в том случае, если не включилисьоба разряда (1-1)-й группы,Если возникла комбинация 2), товыключается разряд основного 10 ПКН(з.-1) = с (-1) (хЗ(1)=1 л у 1(2)=0); в остальных случаях,3в 1-й группе, т.е. 6,(ь.)=0, а 1-й разряд дополнительного 11 ПКН остается включенным, И во всех других случаях, когда необходимо будет выключить один разряд любой группы, если в ней включены оба разряда, то выключается разряд основного 10 ПКН.В том случае, если возникает комбинация 3), то разряды -й группы выключаются только тогда, когда оба О разряда ( -1)-й группы выключены. В противном случае выключается один разряд (д)-й группы, осуществляется "развертка" (представление) веса предыдущей группы двумя весами разрядов 5 следующей (на основании свойства 6). "Развертка"необходима для корректировки возможного сбоя на следующих тактах.Возникновение комбинации 4), а 20 только в этом случае хЗ(1)=1, служит признаком возможного слоя. Для определения такта, на котором произошел сбой, анализируются сигналы сравнения х 1 ( -1) и хЗ ( -1) предыдущего такта. 25 Возможны следующие комбинации их состояний:4 а) х 1(з.- 1)=0, хЗ(1-1)=0;46) х 1(1.-1) =1, хЗ(з.-1) =0;4 в) х 1(-1)=1, хЗ(х)=1. 30 Возникновение комбинации 4 а) означает, что разряды (д)-й группы включены под действием сбоя типа 0- 1, а не сФормированы в результате "раз-, З 5 вертки" разряда (1-1)-й группы, иначе исходя из комбинации 2), 3), х 1(1-1) бып бы равен 1. Поэтому разряды -1)-й группы выключаются, а разряды -й группы остаются включенными. При 40 При появлении единичного сигналана выходах элемента ИЛИ 21 элемаята 0895 4возникновении комбинации 46) невозможно определить на каком такте произо-шел сбой и какого он типа, поэтомуна х-м такте оеуществляется "развертка" одного разряда (1-1)-й группы стем, чтобы на (1+1)-м такте окончательно определить сбой и скомпенсировать его действие. Возникновение 4 в)определяет сбой типа 0-М на (-2)-мтакте, так как сигналы хЗ(1-1) ихЗ(1-2) не подтверждают правильностиФормирования разрядов (1-2)-й группы.При этом включенные разряды (д)-йгруппы были получены "разверткой"разряда (1-2)-й группы Поэтому : разряды (-1)-1 группы выключаются,а разряды -й группы остаются включенными.В данном устройстве сигналы сравнения предыдущего такта х 1(-1) ихЗ(-1) хранятся в старших разрядаху 1(2) и у 2(2) соответственно регистров 5 и 6. В младшие разряды этихрегистров у 1(1) и у 2(1) на д-м тактезаписываются сигналы х 1(1) и хЗ(Ос тем, чтобы на следующем такте ихсостояние было бы переписано в старшие разряды. Старшие разряды регистров 7, 8 - уЗ(2) иу 4(2) - хранятсостояние разрядов предыдущей группысоответственно с(1-1) и Ь,(1-1),В младших разрядах уЗ(1) и у 4(1) этихже регистров запоминаются состояния разрядов текущей группы М(1) ий,.(1) соответственно.С учетом возможных комбинаций сигналов сравнения и введенных обозначений разрядов 1-й и (-1)-й группна -м такте определится следующимисоотношениями 2, элемента И 17 и элемента ИЛИ 22 сприходом импульса с третьего выхода1270895генератора 4 в нулевое состояниеустанавливаются соответственно разряды х 0, с (х), сА,1 (.) и с 1(з.-1),Устройство работает следующим образом. 5С приходом импульса по шине "Запуск в нулевое состояние устанавливаются младшие разряды регистров 5-8у 1(1)=О,у 2(1)=О,уЗ(1)=0 и у 4(1)=0 ивсе разряды основного 10 и дополнитель-ного 11 11 КН ( ,)(2.)=Оу я(л.)=Оу=1,И), разрешается прохождение импульсов с генератора 4.Импульс с первого выхода генератора 4 через распределитель 9 открывает 15такт работы преобразователя: переписывает содержимое младших разрядоврегистров 5-8 в старшие разряды .=уЗ(1) и у 4(2)=у 4(1; младшие разряды регистров 5, 6 устанавливает внулевое состояние у 1(1)=0, у 2(1)==0), .а младшие разряды регистров 7и 8 - в единичное состояние уЗ(1)=1,у 4(1)=1; включает разряды -й группы 25( 1 о(1)=1,о =1); подключает к выходу блока 10 напряжение, соответст-вующее номеру такта.Импульс с третьего выхода генератора 4 фиксирует сигналы сравнения 30х 1(3.), х 2 и хЗ(1), при этом сигналы х 1(.) и хЗ(1.) записываются в младшие разряды регистров 5, 6 у 1(1)=х 1, у 2(1) =уЗ(з.) .В зависимости от комбинаций сигналов х 1(1), х 2(1), хЗ(1), у 1(2),у 2(2), уЗ(2) и у 4(2) в соответствующие состояния устанавливаются младшиеразряды уЗ(1) и у 4(1) регистров 7 и8 через элементы И 17 и ИЛИ 21 соответственно, а с приходом импульса совторого выхода генератора 4 в нулевоесостояние, согласно (1), через соответствующие первые 23 и вторые 24элементы И разряда 1.-й и (х)-й 45групп. На фиг,2 а графически изображен процесс уравновешивания преобразуемой величины 11 е 2 п для случая, когда на 5 2-м такте произошел сбой типа 0 1 (значение О в момент сравнения отмечено звездочкой) и неправильно К концу цикла преобразования суммакодов, образуемая на выходе цифровогосумматора 13, соответствует кодовому Оэквиваленту преобразуемой величины 14,включились два разряда 2-й группы кода. На 3-м такте этот сбой обнаруживается (возникает комбинация 4 а),разряды 2-й группы выключаются, авключенными остаются разряды 3-йгруппы, На 4-м такте возникает комбинация 4 в), поэтому разряды 3-й группытакже выключаются, так как они былиполучены разверткоинеправильносформированного разряда 2-й группы. Врезультате действие сбоя этого типаполностью компенсируется, На фиг.2 бизображен процесс уравновешивания величины Бе 11 Ь, когда на третьем тактесбой типа 1- 0 не приводит к ложномувыключению разрядов предыдущей групп.Действие сбоя типа 1 О, приведшегок невключению разряда 1-й группы(комбинация 1) комгенсируется включением весов последующих групп разрядов (фиг,2 в), при этом О 13 Ь. Формула и з с б р е т е н и я Аналого-цифровой преобразователь, содержащий три элемента сравнения, основной и дополнительный преобразователи кода в напряжение, блок контрольных напряжений, цифровой сумматор, основной аналоговый сумматор, основной аналоговый вычитатель, распределитель тактовых импульсов, генератор, вход которого соединен с шиной Запуск", а его первый выход - с входом распределителя тактовых импульсов, выходыкоторого пораэрядноподключены к входамблока контрольныхнапряжений ик входамустановки единицраэрядов основногои дополнительного преобразователей кода в напряжение, цифровые выходы последних подключены соответственно к первому и второму входам цифрового сумматора, а их аналоговые выходы соединены соответственно с первым и вторым входами основного аналогового сумматора, выход которого подключен к первому входу основного аналогового вычитателя и к первому входу первого элемента сравнения, второй вход которого объединен с первыми входами второго и третьего элементов сравнения и соединен с шиной преобразуемого напряжения, аналоговый выход блока контрольных напряжений подключен к второму входу основного аналогового вычитателя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности, в него вве 1270895дены четыре элемента И два элемента ИЛИ, на каждый разряд основного и дополнительного преобразователей кода в напряжение первый элемент И и, кроме младшего разряда, второй эле мент И, четыре сдвигающих регистра, дополнительный аналоговый вычитатель,при этом первые входы первых элемен. тов И одноименных разрядов основного и дополнительного преобразователей 10 кода в напряжение объединены с соответствующим выходом распределителя тактовых импульсов, а первые входы вторых элементов И одноименных разрядов, кроме последнего, объединены и 15 соединены с соответствующим выходом распределителя тактовых импульсов, причем вторые входы всех первых и вторых элементов И основного и дополнительного преобразователей кода в 20 напряжение объединены и соединены со вторым выходом генератора, третий выход которого подключен к третьему входу первого элемента сравнения и к вторым входам второго и третьего 2 элементов сравнения, выход основного аналогового вычитателя соединен с третьим входом второго элемента сравнения и с первым входом дополнительного аналогового вычитателя второй 30 вход которого объединен с вторым входом основного аналогового вычитателя, а выход дополнительного аналогового вычитателя подключен к третьему входу третьего элемента сравнения выход которого соединен с первыми входами третьего и четвертого элементов И и входом установки единиц младшего разряда второго сдвигающего регистра, прямой выход старшего разря да которого соединен с вторым входом третьего элемента И, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ, второму и третьему входам которого подключены выходы соответствен-но второго и четвертого элементов И,выход второго элемента ИЛИсоединен с третьими входами вторых элементов И дополнительного преобразователя кода в напряжение, выход второго элемента сравнения соединенс третьими входами вторых элементовИ основного преобразователя кода внапряжение и с первыми входами первого и второго элементов И, второйвход первого из которых соединен синверсным выходом старшего разрядатретьего сдвигающего регистра, первый вход установки нулей младшегоразряда которого объединен с третьими входами первых элементов И дополнительного преобразователя кодав напряжение и с первым входом первого элемента ИЛИ и соединен с выходомпервого элемента И,выход первого элемента ИЛИ соединен с третьими входамипервых элементов И основного преобразователя коца в напряжение и со вторымвходом установки нулей младшего разряда четвертого сдвигающего регистра,инверсный выход старшего разряда которого соединен с вторым входом второго элемента И, выход первого элемента сравнения подключен к второмувходу первого элемента ИЛИ и к входуустановки единиц младшего разрядапервого сдвигающего регистра, инверсный выход старшего разряда которогосоединен с вторым входом четвертогоэлемента И первый выход генераторасоединен с входами сдвига первого,второго, третьего и четвертого сдвигающих регистров, первые входы установки нулей младшего разряда первогои второго и вторые входы третьего ичетвертого сдвигающих регистров ивсе первые входы установки нулейразрядов основного и дополнительногопреобразователей кода в напряжениеобъединены и соединены с шиной "Заефпуск , выходы соответствующих первыхэлементов И поразрядно подключены квторым входам установки нулей разря"дов основного и дополнительногопреобразователей кода в напряжение, к третьим входам установки нулей разрядов которых,кроме младших, поразрядно подключены выходы соответствукщихвторых элементов И.1270895 с г РЬГ,Р Составитель А.КузнецовТехред Я.Ходаиич Корректор А,Тяск ни кто Тираж 816 1 Государственного к делам изобретений и Москва, Ж, Раушск сно оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проект 253/57 ВНИИШ и 113035, Помитета СССРоткрытийя наб., д. 4