Аналого-цифровой преобразователь с коррекцией динамической погрешности

(51)5 Н 03 М /06, 1/ ОМИТЕТОТКРЫТИЯМ ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССРЙ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВТОРСК СВИДЕТЕЛЬСТ У инстибкин ССР8. О,ПРЕОБРАДИНАМИформацион- дназначено(57) Изобретение относится к инно-измерительной технике и пре Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и предназначено для преобразования аналогового сигнала в цифровой код методом поразрядного уравновешивания с многоступенчатой коррекцией динамической погрешности.Цель изобретения - уменьшение времени преобразования.На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - конструкция регистра с элементами переноса единицы; на фиг. 3 - временная диаграмма его работы; на фиг. 4 - диаграмма состояний компенсирующего напряжения АЦП с двухступенчатойкоррекцией динамической погрешности.Устройство содержит сравнивающее устройство 1, блок 2 суммирования, основной цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3 и корректирующий цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 4, генератор 5 тактовых импульсов (ГТИ), регистр 6 последова-. тельных приближений (РПП), элементы ИЛИ 7, регистр 8 с элементами переноса единицы, ЙБ-триггеры 9,для преобразования аналогового сигнала в цифровой код методом поразрядного уравновешивания с многоступенчатой коррекцией динамической погрешности. Цель изобретения - уменьшение времени преобразования - достигается тем, что в аналогоцифровой преобразователь с коррекцией динамической погрешности, содержащий сравнивающее устройство, блок суммирования, основной цифроаналоговый преобразователь и корректирующий цифроаналоговый преобразователь, генератор тактовых импульсов, регистр последовательных приближений, регистр с элементами переноса единицы, введены К 5-триггеры и элементы ИЛИ.1 з. п. ф-лы, 4 ил.,табл. Регистр 8 с элементами переноса единицы (фиг. 2) состоит из счетчиков 10, формирователя 11 импульсов (ФИ), элементов И 12, элементов ИЛИ 3.Устройство работает следующим образом.На сравнивающее устройство 1 подаются для сравнения входное напряжение 1 и результирующее напряжение Ц,=О+ Г). Если Ь)Г 1, то на выходе блокаформируется 1. Если1(то формируется О. Эти сигналы поступают на вход последовательных данных РПП 6. Выходы параллельных данных РПП 6 условно делятся на основные и корректирующие. Основные выходы РГ 1 П 6 подключены к входам ЦАП 3, а корректирующие - к входам ЦАГ 1 4. ГТИ 5 запускается строб-импульсом по входу и начинает вырабатывать импульсы, период которых равен такту уравновешивания, причем количество импульсов определяется разрядностью АЦП и числом ступеней коррекции. По первому импульсу с ГТИ 5 на выходе параллельных данных РПГ 1 6 создается кодовая комбинация (1000000) и по 1607076следующими импульсами 1 сдвигается в сторону младших разрядов, включая и выключая разряды ЦАП 3 и ЦАП 4. Таким образом, осуществляется уравновешивание входного напряжения 1.1 компенсирующим напряжением 11. Необходимо отметить, что одновременно с включением старшего разряда из группы корректируемых разрядов первой ступени коррекции ЦАП 3 должен включиться разряд, являющийся старшим в группе разрядов ЦАП 3 второй ступени коррекции динамической погрешности.Этот разряд обеспечивает необходимое для работы алгоритма коррекции смещение компенсирующего напряжения 1 1 О, так как динамическая погрешность знакопеременна, Таким образом, диапазон значений динамической погрешности становится однополярным и значительно упрощается реализация алгоритма коррекции. Причем включается этот разряд одновременно с включением корректирующего разряда ЦАП 4, по весу равного весу последнего разряда в данной ступени коррекции динамической погрешности.Управление смещающими разрядами создается с помощью Ю-триггеров 9 и элементов ИЛИ 7, причем 8-входы триггеров соединены со старшими разрядами из группы корректируемых, а.й-входы с выходами корректирующих тактов РПП 6.Корректирующий малоразрядный ЦАП 4 опрашивается РПП 6 в момент такта коррекции, а создаваемое им корректирующее напряжение 11 участвует в процессе уравновешивания Ь.Коррекция результата преобразования производится в конце цикла преобразования в регистре элементами 8 переноса единицы.Рассмотрим работу регистра 8 по функциональной схеме на фиг. 2, Входы счетчиков 10 соединены с входной шиной регистра, Запись информации в счетчики старших разрядов осуществляется строб-импульсом, который формируется ФИ 11 по моменту включения одного из младших разрядов преобразователя (фиг, 4). Корркция результата преобразования АЦП производится прибавлением единицы к коду корректируемых разрядов, хранимых в регистре 8. Эта операция реализуется в счетчиках 10 старших разрядов ЦС по входам переноса единицы сигналом Конец преобразования и этим же сигналом осуществляется запись информации в счетчик младших разрядов. Элементы И 12 разрешают. прохождение сигналов коррекции через элементы ИЛИ 13 на входы 1 счетчиков 10 по сигналу Конец преобразования. Если в результате коррекции произойдет переполнение каких-то счетчиков, то с выходов переполнения Р импульсы через элементы 13 поступят на входы +1 счетчиков 10 более старших разрядов, Информационные выходы счетчиков 10 под 50 55 дов в 4 раза меньше весов разрядов первой ступени коррекции.Диаграмма состояний компенсирующего напряжения АЦП с двухступенчатой коррекцией динамической погрешности при уравновешивании 13= 24 отн. ед. приведена на фиг. 4. На диаграмме по оси у отложены в относительных единицах значения Бр и 11 по оси х - длительность такта уравновешивания. ключены к выходной шине регистра 8, с которой снимается выходной код АЦП.Применение в регистре 8 стробируемыхсчетчиков позволяет осуществить хранениеинформации на выходе приблизительно навремя цикла преобразования в данном АЦП.Рассмотрим более подробно работу АЦПс коррекцией динамических погрешностей.по функциональной схеме на фиг. 1 на примере 6-разрядного АЦП с последовательнойдвухступенчатой коррекцией динамическойпогрешности.Пусть 1.1= 24 отн. ед., а компенсирующее напряжение1.1 р = 1-1 о+1-1 д,15 где Ъ - выходное напряжение 6-разрядного ЦАП 3;1.1 - корректирующее напряжение 2 разрядного ЦАП 4 с весами, равными 16 и 4 отн. ед.По сигналу запуска ГТИ 5 формируетсерию из 8-тактовых импульсов. На выходеРПП 6 устанавливается первоначальная кодовая комбинация 1000000 (см. таблицу)и начинает опрашиваться ЦАП 3, причем одновременно с опросом старшего разрядаЦАП 3 устанавливается в 1 по Ь-входуположительным фронтом сигнала триггера 9и через элемент ИЛИ 7 включается разряд с весом 8 отн. ед. ЦАП 3, который и создает смещающее напряжение 1)О 8, причем кодовая комбинация становится 10010000. В30 дальнейшем уравновешивание происходиттак же, как и в классической схеме поразрядного преобразования (см. таблицу). Отличие заключается лишь в том, что в моментвключения корректирующего напряжения 1 А,ЦАП 4 сигналом такта коррекции с РПП 6,35 положительным фронтом по К-входу КЬтриггер 9 сбрасывается в О и в результатеотключается напряжение смещения 1)о 8, создаваемое ЦАП 3 (см. таблицу).Если при этом оказывается, что: - Ю .О,40то по сигналу со сравнивающего устройства 1 разряд с весом 16 отн, ед. корректирующего ЦАП 4 остается включенным вРПП 6 и к цифровому коду в регистр 8 прибавляется 1 по сигналу РПП 6 Конецпреобразования; - Л 1.1(0, то коррекция не45 производится и разряд с весом 16 отн. ед.ЦАП 4 отключается.Для второй ступени коррекции динамической погрешности алгоритм коррекции работает аналогичным образом. Отличие заключается только в том, что веса всех разря 1607076Формула изобретения На диаграмме отражен процесс уравновешивания входного сигнала в соответствиис таблицей.В конце цикла преобразования в регистр 8 по информационным входам будетзаписан код 010100, который по сигналуКонец преобразования скорректируется порезультату второго такта коррекции. Код навыходе регистра 8 в этом случае будет соответствовать истинному коду 011000.Подобный алгоритм коррекции динамической погрешности позволяет корректироватьдинамическую погрешность от переходногопроцесса, возникающего при установлениикомпенсирующего напряжения старших разрядов ПКН. В данном случае при установлении разрядов ПКН с весами 32 отн, ед.и 16 отн. ед. погрешность установлениядопускается в размере + 8 отн. ед. для первой ступени коррекции, а для второй-+- 2 отн, ед,Устройство по сравнению с известнымобеспечивает более высокое быстродействие,так как из цепи последовательных приближений исключается регистр 8, т. е. сокращается элементарный такт АЦП. Причем этотвыигрыш по быстродействию проявляетсятем сильнее, чем больше число разрядовАЦ-преобразования.Кроме того, устройство в отличие отпрототипа имеет возможность хранить результат преобразования весь следующий цикл.Данный алгоритм в предложенном аналого-цифровом преобразователе позволяетнаращивать разрядность АЦП и увеличиватьчисло ступеней коррекции по сравнению срассмотренным примером. 1. Аналого-цифровой преобразователь с коррекцией динамической погрешности, содержащий сравнивающее устройство, первый вход которого является входной шиной второй вход соединен с выходом блока суммирования, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходами основного и корректирующе о цифроаналоговых преобразователей, входь 1 последнего из которых соединены с соответствующими корректирующими выходами регистра последовательного приближения, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсоз, подключенного к шине запуска, а иформационный вход соединен с выходом сравнивающего устройства, а также регистр с элементами переноса единицы, информационные входы которого соединены с 5 10 5 20 25 30 35 40 45 50 соответствующими основными выходами регистра последовательных приближений, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени преобразования, в него введены элементы ИЛИ и КЯ-триггеры по числу разрядов коррекции, 1 х-входы которых подключены к соответствующим корректирующим выходам регистра последовательных приближений, основные выходы которого с весом разряда, предшествующим весу разряда корректирующих выходов, подключены к Ь-входам триггеров соответственно и объединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ, кроме последнего, а первый вход последнего элемента ИЛИ подключен к основному выходу с весом разряда, следующим за весом разряда корректирующего выхода регистра последовательного приближения, вторые входы элементов ИЛИ соединены с выходами соответствующих КЯ-триггеров, а выходы элементов ИЛИ соединены с входами соответствующих разрядов основного цифроаналогового преобразователя, следующих по весу за корректируемыми, остальные разряды основного цифроаналогового преобразовател я подкл ючены к с оответствующим основным выходам регистра последовательных приближений, выход, конец преобразования которого подключен к входу стробирования регистра с элементами переноса единицы, выходы которого являются выходной шиной, а корректирующие входы соединены соответственно с корректируюгцими выходами регистра последовательных приближений,2. Преобразователь по и. 1, от,гичаюиийся тем, что регистр с элементами переноса единицы выполнен на счетчиках, формирователе импульсов, элементах И и ИЛИ, причем корректирующими входами блока являются первые входы соответствующих элементов И, вторые входы которых объединены между собой, и с входом стробирования счетчика младших разрядов и являются входом стробирования блока, а выходы соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ, второй вход каждого из которых подключен к выходу переполнения счетчика более младшего разряда, а выходы элементов ИЛИ соединены с входами переноса единицы соответствующих счетчиков, кроме счетчика младших разрядов. входы старшего разряда которого через формирователь импульсов соединен с входами стробирования счетчиков старших разрядов, информационные входы счетчиков являются основными входами блока, а выходывыходной шиной.60076 Веса +32х отно Такт Такт корр. е 2 СигналСУ 1 отн,корр.1 о О -16О О о О о о о о од на ыходе ППб О 1 1 Сиги лы к кци Выходнойкод О о о о + о -г 1 О +2 о о о 1 О -2 о1607076 ГУЖАМ82,ель В, Маханнан зобретения Рэушска Га 1 ент,ЬгнаиюнецПрйдй 23. игнадна йаюР вогналюррегцоона Выкате-И, ИМИ Жгуагна ОьиодеРОЗООЙ 2 Юраюмг/Сд 7 Редактор О. Спесивых Заказ 3555 НИИПИ Государственного к 113035, Мос Произвоаственно.нздателпскСостани Техред А. К Тираж бб 9 змитета по и хна, Ж 35 ии комбина новКорректор МПодписноеи открытиямна б., д. 4/5. Максиыишинецпри ГКНТ СССР