Параллельный аналого-цифровой преобразователь

и 934574 Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М. Кл. Н 03 К 13/175 с присоединением заявки РЙ 3 Ъеударстееиицй квинтет СССР аю делан изобретений и открытий(5 По этой 2-3, ч образователя.Известен параллельный аналогсцифро вой преобразователь, соцержащий в слу чае И разряаов И групп компараторов и элементов памяти, причем общее число компараторов в этом случае составляетл И(2 -1), а элементов памяти 2, выхоцы компараторов поасоецинены к управляк- щим входам элементов памяти, тактовые вхоаы которых поасоецинены к источнику стробирующего сигнала, а выхоцы поцсоецинены к разряаным щинам 1 2. Однако устройство имеет низкую точность преобразования.Цель изобретения - увеличение точности преобразования при упрощении устройства.Указанная цель цсстигается тем, что в параллельный аналого-цифровой преобразователь, соцержащий цве группы компараторов, элементы памяти, ввеаены ао яется отеку при яаов, т.е. ффе ренцио (2"-1),Изобретение относится к вычислительой технике. Известен параллельный аналого-цифровой преобразователь, соцержаший парат лельно включенные анализаторы уровня, выполненные на аифференциальных каскацах и элементы ИЛИ аналоговый сигнал поступает на вхоцы параллельно включенных анализаторов уровня, причем кажаый1 О из них образует на своем выхоае логический сигнал, значение которого опрецеляется настройкой цанного анализатора уровня и величиной преобразуемого напряжения, выходные ситналы анализаторов пре 15 образуются в обычный цвоичный коц либо в коц Грея 11). Нецостатком устройства явраничение по точнссти, поскольувеличении числа цвоичных раувеличение точности, число аиальных каскацов пропорциональгце И число разряцов. ичине число разряаов неограничивает точность пр3 93457 полнительная группа компараторов, источники токов смешения, резистивный делитель, цва резистора и формирователь импульсов, причем первая группа компакраторов содержит (2 ) компараторов и соответственно (2 ) элементов памяти, вторая группа 2(2 ) компараторов иР-соответственно (2 Р ") элементов памяти, дополнительная группа содержит (2) компараторов, гце,к+ р -И - число раз-О рядов, к - число разрядов, кодируемое компараторами первой группы, р - число разрядов, кодируемсе компараторами второй группы, первые входы компараторов цополнительной группы соединены соответственно с шиной источника преобразуемого напряжения, вторые входы подсоецинены к резистивному делителю, первый зажим которого через резистор соединен с общей шиной устройства, а через второй 0 резистор соединен с шиной источника стробируюшего сигнала, первый и второй зажимы резистивного делителя соединены с выходами источников тока смещения, выходы компараторов дополнительной группы обьединены попарно и соединены с входами формирователя импульсов, выход которого соединен со вторыми входами элементов памяти первой и второй групп компараторов, стробирующие входы компараторов второй группы соединены соответственно с шиной источника стробирующего сигнала. В параллельном аналого-цифровом преобразователе шсла к и р выбираются из соотношений к = р цля четного И и к = р + 1 цля нечетного ИИ параллельном аналого-цифровом преобразователе формирователь импульсов40 содержит дополнительный вход управления,На фиг. 1 привецена структурная электрическая схема устройства; на фиг.2- временные диаграммы работы устройства.Устройство содержит вход 1 преобразуемого напряжения Оь вход 2 строби45 рующего сигнала Ес, компараторы 3 - 5 с прямым (+) и инверсным (-) входами, образующие соответственно первую, вторую и третью группы, элементы 6 памяти, в частности Э -триггеры с входа 50 ми управления ( Р) и тактирования (С), выходы 7 разрядных шин преобразователя, входы 8 формирователя импульсов, формирователь 9 импульсов, тактовая шина 10, источники 11 токов смещения реэистивный делитель 12, резисторы 13 и 14На фиг. 2 представлены диаграммы, поясняющие работу аналого-цифрового 4преобразователя, где обоэначеньг. квантуюшие характеристики 15 первой группыкомпараторов 3, квантуюшая характеристика 16 второй группы компараторов 4квантуюшая характеристика 17 третьейгруппы компараторов 5, Е - стробируюший сигнал на входе 2, Ес - стробируюший сигнал на резисторе 13 преобразуемый сигнал 18, например, в виде линейно нарастающего напряжения: А, Б иВ - значения преобразуемого сигнала18; А, Б и В - .значения сигнала Е ,ю ф ксоответствующие значения А, Б, В; А,Б и ь - положения квантующей характе Уристики 16 в момент преобразования значений А, Б, В сигнала 18; 19 и 20 сигналы на входе 8 и выходе формирователя 9 импульсов,Первые входы компараторов 3 и 5подсоединены к входу 1, а первые входыкомпараторов 4 - к входу 2. Вторыевхоцы компараторов 3 и 4 подсоединенык источникам опорных напряжений, соответствующих уровням квантования, выраженным в полях Ос, гце Ос - максимально возможное значение 0, и Ес, гдеЕс- максимально возможное значение ЕсТоки смещения источников 11 устанавливают такими, чтобы реализовать посредством компараторов 5 третьей группыквантующую характеристику 16. В частном случае они выбираются одинаковымипо величине и противоположными по направлению, так что при отсутствии сигналов Е на резисторе 13 - нулевое падение напряжения, а на последовательновключенных резисторах 12 ф пацение напряжения определяется их величиной и соответствует уровням квантования характеристики 16. Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом., Предположим, что на вход 1 (фиг,1) подается сигнал 18 (фиг. 2), а на входе 2 - стробируюшие сигналы Е, например, треугольной формы.Сигнал 18 квантуется компараторами 3 в соответствии с квантуюшими характеристиками 15, а сигнал Еквантуется компараторами 4 в соответствии с квантующими характеристиками 17. Резистор 14 обеспечивает пассивное ослабление сигнала Е цо величины Е, причем максимальное значение Е равно О 2 Кс СЭ где К = 1,2число двоичных разрядов, копируемое компараторами 3 первой груп)пы. Сигналы Ес выделяются на резисторе 13, что приводит к сдвигу квантую5 934щей характеристики 16 поа его возаействие м.Преобразование происходит следующим образом. В момент пересечения характеристикой 16(сдвигаемой под действием Е )сигнала 18, например, в точке А, происходит изменение выходных уровней компараторов 5. В этот момент характеристика 16 занимает положение А. Это.приводит к смене уровней напра- ожения на оцном из входов 8 формирователя 9. На аополнительном входе 8 формирователь 9 при этом отсутствуетвнешний запрещающий сигнал. При егопоцаче преобразование прекращается, поскольку формирователь 9 заблокировани формирует короткий импульс. Временные диаграммы сигналов на входе (19) и выходе (20) формирователя 9 прецставлены на фиг. 2, Поскольку выход 20 формирователя 9 поцключен к тактовойшине 10, обьепиняющей тактовые входыэлементов 6 памяти, то происхоаит па-.раллельное и оцновременное запоминание квантовви значений А и А сигналов 18 25 и Е . В результате цействия сигнала 20на выходах элементов 6 памяти, подклю.ченных к разрядным шинам, появляется одновременно цифровой эквивалент значения Ощдсигнала 18 в точке А, коциро ванный в коце Грея. Конкретное его значение ( от старших разряаов к млацшим) 01010, что соответствует 13 квантам. Аналогично образуются цифровые эквиваленты значений Б и В сигнала 18, зз которым соответствуют коцы 01011(14 квантов) и 11011 (18 квантов).Если принять пля рассматриваемогопримера преобразования Ох с точностью пяти пвоичных разряаов и что весь 40циапазон О разби 1 на кванты с точностью 1/2 = 1/32, то точное значениеОщ в точке А (фиг, 2) составляет Ощ д = 0,25 Од+ 0,14 0 = 0,39 0 или 0,39 х 32 кванта = 12,5 кванта. 45Полученное цифровое значение Ор в точке А отличается от истинного, таким образом, менее чем на 1/32, т.е. менее 1 кванта, вместо 12,5 кванта имеем 13 квантов. Аналогичное положение имеет место и цля значений Ор в точках Б и В,Суммарный цифровой результат преобразования получается как суперпозиция цифровых значений, получаемых при заоминании результатов квантования параторов 3 и 4. В частном случае пля цифрового значения ОВХ в точке А имеем цля 2, 2и 2 разряцов коц 010 соот 4 5,74оветственно, а пля 2,.2 разрядов оп10. Суммарный коц слепует рассматри- . вать как сумму авух пвоищых чисел,копированных в коае Грея 0 1000+00010 01010, которая образуется в момент запоминания коца и хранится цо слеаующеготакого момента.фПри изменении числа разрядов преобРазователя может перераспрецеляться число разряцов, получаемых в первой и второй группах, с помощью компараторов 3и 4. Если число раэряцов преобразователявыбрано равным И =к + р, гпе М - числоразрядов,. копируемое компараторами 3, ар - число разрядов, копируемое компараторами 4, то число компараторов 3 софставляет (2 -1) и соответствующее емукчисло элементов памяти составляет 2" "а число компараторов 4 составляет 2(2 ) и соответствующее ему числоэлементов памяти составляет 2 РПри числе разрядов иЪ 3-4 оптимальное распределение межцу к и р выбирается из соотношений к = р аля И=2 И 1 гдевИ = 1,2,3 и к = р + 1 пля п = 2 Ь+1,Поскольку группа компараторов 5 осуществляет сравнение текущей величинывходного сигнала Ор с текушим значением .синала Е во всем циапазонес Это число компараторов 5, необходимое идостаточное для образования квантующей,характеристики 16 с учетом заранее выбранного числа раэряцов К, составляет 2 . Момент формирования короткогок импульса на выходе 10 формирователя9 соответствует моменту равенства величины аналогового вхоцного сигнала(например в точке А фиг. 20 д) и величины сигнала, прецставленного в вицесуммы значений сигнала Е или, что тоже самое, Е /4 (в точке А на фиг. 2ему соответствует Е или эквивалентноеему значение Е /4 в точке А ) и кванАтованного посреаством компараторов 3значениями- Е в точке А (фиг. 2) емусоответствуете - Е = 0 250 или ввх сд экопе Грея 010, Гак как Е квантуетсяодновременно с Огруппой компараторов4, то в пополнение к квантованному значению О Ес получается в момент запоминания одновременно с этим значением и квантованное значение Есд . Точность преобразования в целом опрецеля ется точностью квантования этих веачин,а само преобразование производится параллельно.Устройство не критично к форме стробирующего сигнала ЕЕ и частоте его повторения. Быстродействие устройства оп9345ределяется только конкретными динамическими характеристиками применяемых элементов. К элементам не предьявляют повышенных требований по точности по сравнению с точностью всего устройства. Компараторы 4 могут иметь .худшую чувствительность, нежели остальные, поскольку они участвуют в преобразовании сигнала Ес, амплитуда которого может быть равна Ос или выбрана большей. УстО ройство может быть реализовано в виде интегральной схемы с использованием небольшого числа элементов.15Ф ормула изобретения1. Параллельный аналого-цифровой преобразователь, содержащий две груп пы компараторов, сигнальные входы ком параторов первой группы подсоединены соответственно к шине источника преобразуемого напряжения, входы компараторов обеих групп подсоединены к шинам источников опорных напряжений, вы ходы компараторов обеих групп, кроме первого компаратора первой группы, обьединены попарно и соединены с управля юшими входами элементов памяти, кроме первого, выход первого компаратора пе- у вой группы соединен с управляющим входом элемента памяти, выходы элементов памяти подсоединены к разрядным шинам, о т лщ ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при упрошении устройства, введены дополнительная группа компараторов и источники токов смещения, резистивный делитель, два резистора, формирователь импульсов, причем первая группа компараторов содержит (2 ") компараторов и соответственнол(2 ) элементов памяти, вторая груп 74 8па 2 (2 ") компараторов и соответственно (2 " ) элементов, памяти, доподнительная группа содержит (2 К ) компараторов, где к + р =И- число разрдов, к - число разрядов; кодируемое компараторами первой группы, р - число разрядов, кодируемое. компараторами второйгруппы, первые входы компаратороа дсполнительной группы соединены соответственно с шиной источника преобразуемого напряжения, вторые входы подсоединены к резистивному делителю, первыйзажим которого через резонатор соединен с общей шиной устройства, а черезвторой резистор соединен с шиной источника стробирующего сигнала, первый ивторой зажимы резистивного делителясоединены с выходами источников токасмещения, выходы компарат оров дополнительной группы обьединены попарно исоединены с входами формирователя импульсов, выход которого соединен со втсрыми входами элементов памяти первой и второй групп компараторов, стробирующие входы компараторов второйгруппы соединены соответственно с шиной источника стробирующего сигнала. 2. Преобразователь по п. 1, о тл и ч а ю ш и й с я тем, что числя ки р выбирают из соотношений к - р длячетного и и к - р + 1 для нечетногои,3. Преобразователь по п. 1, о тЛичающи йс ятем, чтоформирователь импульсов содержит дополнительный вход управления.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США И 4 3806915,кл, 340-247, 1972,2, Патент США %3829853,кл. 340-247, 1972 (прототип).