Двухканальный аналого-цифровой преобразователь

(за03 К 13/125 ТВГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОПНРЫТЪ ИСАНИЕ ИЗОБР АВТОУСНОМУ СВИДПВЪС(56) 1. Авторское свидетельство ССС4 Ф 790290, кл. Н 03 К 13/17, 1978,2. Авторское свидетельство СССРУ 517997, кл. Н 03 К 13/176, 1973(54) (57) ДВУХКАНАЛЬНЫЙ АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий дваустройства сравнения, два целителянапряжения, в каждом разряде, кромемладшего, три элемента совпадения,элемент ИЛИ, два ключа, два триггера,нулевые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения данного разряда, первый вход первого из которых соединен с единичным выходом триггера первого канала данного разряда,первые входы первого и второго устройств сравнения соединены соответственно с выходами первого и второгоделителей напряжения, первые входыпервого иэ которых соединены соответственно с выходами первых ключейкаждого разряда, кроме младшего,а первые входы второго - с выходамивторых ключей каждого разряда, кроме младшего, вторые входы устройствсравнения объединены и соединены свходной шиной, и триггер младшегоразряда первого канала, а т л ич а ю щ и й с я тем, чта, с цельюповышения быстродействия,в него введецы два дополнительных элемента совпадения ц в каждый разряд, кромемладшега, два дацолцительцых ключа,выход первого из которых соединен ссоответствующим вторым входом первого делителя напряжения, а вход - свыходом элемента ИЛИ данного разряда, первый вход которого соединен свходом первого ключа данного разрядак через второй дополнительный ключ -.с соответствующим вторым входом второго делителя напряжения, а второй вход - с нулевым выходом триггера второго канала данного разряда, тактовый вход которого объединен с тактовыми входами триггеров всех разрядов первого и второго каналов и выходом первого дополнительного элемента совпадения, первый входкоторого соединен с нулевым выходом триггера младшего разряда первого канала, а второй вход - с шиной тактовых импульсов и первым входом второго дополнительного элемента совпаФ дения, второй вход которого соединен с шиной "Пуск",. а выход - с .единичными входами триггеров всех разрядов второго канала, единичным входом триггера старшего разряда первого каналаи нулевым входом триггера младшегоразряда первого канала, при этом выход первого устройства сравнения соединен с вторыми входами первых элементов совпадения всех разрядов, третийвход каждого иэ которых соединен сединичным выходом триггера второгоканала, первыми входами второго итретьего элементов совпадения данного разряда, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента совпадения и вторым входом второго элемента совпадения данного разряда, а выход - с единичным входам триггера первого кацапа последующегоми входами вторых элементов совпадения всех разрядов,1106010 разряда, причем выход второго устройства сравнения соединен с третьи10 25 30 35 40 45 Изобретение относится к автоматикеи вычислительной технике и может использоваться в цифровых измерительных устройствах.Известен преобразователь напряжения в код последовательного приближения, содержащий два блока суммирова-ния, блоки коммутации, сравнения,управления, источник эталонньм напряжений (токов), два регистра и связимежду ними ."13Недостатком данного преобразователя является низкое быстродействиеустройства,Наиболее близким к изобретениюявляется двухканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) содержащий два устройства сравнения, дваделителя напряжения, в каждом разряде, кроме младшего, три элементасовпадения, элемент ИЛИ, два ключа,два триггера, нулевые входы которых .соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения данного разряда, первый входпервого из которых соединен с единичным выходом триггера первого канала данного разряда, первые входыпервого и второго устройства сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго делителейнапряжения, первые входы первого изкоторых соединены соответственнос выходами первых ключей каждого разряда, кроме младшего, а первыевходы второго - с выходами вторыхключей каждого разряда, кроме младшего, вторые входы устройств сравнения объединены и соединены с входнойшиной и триггер младшего разряда первого канала 23.Недостатком известного устройстватакже является низкое быстродействие,Цель изобретения - повышение быстродействия.11 оставлеццая цель достигается тем, что в днухкацальцый ацалого-цифровой прс образоввте;ц, содержащий два устройства сравнения, два делителя напряжения, в каждом разряде, кроме младшего, три элемента совпадения, элемент ИЛИ, два ключа, два триггера,нулевые входы которых соединены соответственно с выходами первого и второго элементов совпадения данногоразряда, первый вход первого из которых соединен с единичным выходом триг гера первого канала данного разряда, первые входы первого и второго устройств сравнения соединены соответственно с выходами первого и второго делителей напряжения, первые входы первого из которых соединены соответственно с выходами первых ключей каждого разряда, кроме младшего, а первые входы второго - с выходами вторых ключей каждого разряда, кроме младшего, вторые входы устройств сравнения объединены и соединеныс входной шиной, и триггер младшегоразряда первого канала, введены двадополнительных элемента совпаденияи в каждый разряд, кроме младшего,два дополнительных ключа, выходы первого из которых соединены с соответствующим вторым входом первого делителя напряжения, а вход - с выходомэлемента ИЛИ данного разряда, первыйвход которого соединен с входом первого ключа данного разряда и через.1второй дополнительный ключ - с соответствующим вторым входом второгоделителя напряжения, а второй вход -с нулевым выходом триггера второго ка.нала данного разряда, тактовый входкоторого объединен с тактовыми входами триггеров всех разрядов первогои второго каналов и выходом первогодополнительного элемента совпадения,первый вход которого соединен снулевым выходом триггера младшегоразряда первого канала, а второйвход - с шиной тактовых импульсов ипервым входом второго дополнительногоэлемента совпадения, второй вход которого соединец с аицои "Пуск", а выход - с единичными входами триггеров всех разрядов второго канала, единичным входом триггера старшего разряда первого канала и нулевым входом триггера младшего разряда первого 5 канала, при этом выход первого устройства сравнения соединен с вторыми входами первых элементов совпадения всех разрядов, третий вход каждого из которых соединен с единичным выходом триггера второго канала, первыми входами второго и третьего элементов совпадения данного разряда, второй вход которого соединен с первым входом первого элемента совпадения и вторым входом второго элемента совпадения данного разряда, а выход - с единичным входом триггера первого канала последующего разряда, причем выход второго устройства сравнения соединен с третьими входами вторых элементов совпадения всех разрядов.На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого АЦП; нафиг.2 - диаграммы, поясняющие его работу.Двухканальный АЦП содержит устройства 1=1 и 1=2 сравнения, делители 3021 и 2=2 напряжения, о -разрядов,каждый разряд из которых, кроме младшего, содержит ключи 3=1, 3=2, 3=3и 3 4, триггеры 4= 1 и 4=2, элементы 5-2 совпадения, элемент ИЛИ 8,а младший разряд - триггер 4=1, шину 9 "Пуск", шину тактовых импульсов 10, входную шину 11, элементы 12и 13 совпадения.В первом и втором канале первые 40входы устройства 1=1 и 1=2 сравнения соединены соответственно с выходами делителями 2=1 и 2=2 напряжения,входы которых соединены в каждомразряде, кроме младшего, с выходами 45ключей 31, 3=2, 3=3 и 3=4, нулевыевходы триггеров 4=1 и 4=2 соединенысоответственно с выходами .элементов5 и 6 совпадения данного разряда, первые и вторые входы которых соединеныс первыми и вторыми входами элемента 7 совпадения, прямой выход триггера 4-1 каждого разряда соединенс входом элемента ИЛИ 8. Шина 9"Пуск", шина 10 тактовых импульсов,входная шина 11 соединены соответственно с входами элемента совпадения 12, 1=1 и 1=2 сравнения элемента 13 совпадения,Двухканальный АЦП работает следующим образом,На тактовую шину 10 подаются непрерывно тактовые сигналы. Началомодного цикла преобразования напряжения в код является подача сигналана шину 9 "Пуск". Тактовые сигналы исигнал пуска поступают на входы элемента 13, который формирует сигналустановки триггеров 4 и 4=2 в исходное состояние. В исходном состоянии все триггеры 4=2 второго каналаи триггера 4=1 старшего разряда первого канала устанавливаются в единичное состояние, остальные триггеры4=1 первого канала - в нулевое состояние, При установке триггера самогомладшего разряда 4=1 первого каналав нулевое состояние единичный потенциал на нулевом выходе разрешаетпрохождение тактовых сигналов, поступающих от шины 10 через элемент 12,на тактовые входы всех триггеров4=1 и 4=2. При исходном состоянии триггеров 4=1 и 4=2 компенсационное напряжение, формируемое на выходе делителя 2=1 первого канала и подаваемое на первый вход устройства 1=1 первого канала, равно 2/3 шкалы формируемых напряжений, а компенсационное напряжение, формируемое на выходе дели- . теля 2=2 второго канала и подаваемое на первый вход устройства 1=2 второго канала, равное 1/3 шкалы формируемых делителем напряжений. Преобразуемое напряжение поступает с входной шины 11 на вторые входы устройств 1=1 и 1=2 первого и второго каналов, Устройство 1=1 формирует на своем выходе разрешающие (единичные) сигналы, при условии, если компенсирую щее напряжение от делителя 2= 1 больше преобразуемого напряжения, а устройство 1=2 - при условии, если преобразуемое напряжение больше компенсирую щего напряжения от делителя 2=2. В зависимости от соотношений преобразуемого и двух компенсационных напряжений на входах в. устройство 1=1 и 1=2 появляются разрешающие сигналы на выходе одного или другого или на обоих выходах одновременно, которые поступают на третьи входы элементов 5 и 6. Единичные сигналы от единичных выходов и триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда первого и второго каналов поступают на первые и вторыев ходы элементов 5-7 первого разряда.На выходе элемента 7 формируется единичный сигнал. На выходах элемента 5 единичные сигналы формируются при условии наличия единичного сиг нала на третьем его входе от устройства 1=1, на выходе элемента 6 - при условии наличия единично;о сигнала, поступающего от выхода устройства1=2. Сигналы, поступающие от элемен- О тов 5 и 6 первого разряда изменяют состояние триггеров 4 2 первого разряда при наличии тактового сигнала,а сигнал от элемента 7 первого раз, ряда изменяет состояние (при наличии 5 тактового сигнала) из нулевого в еди ничное триггера 4=1 второго разряда первого канала.Так как пара триггеров первого раз. ряда находится в состоянии "1 1" и 20 разрешающие сигналы от выходов элементов 5 и 6 подаются на нулевые входы триггеров 4 1 и 4=2 этого разряда, то по фронту тактового сигнала один из триггеров или оба переклю" 25 чаются в нулевое состояние. Пара триггеров второго разряда находится в состоянии: триггер 4=1 первого канала в нулевом (0); триггер 4=2 второго канала в единичном (1), т.е. пара зо в состоянии "01", при этом и все более младшие разряды то же в этом состоянии "01". Сформированный на выходе элемента 7 первого разряда единичный сигнал подается на единич ный вход триггера 4=1 второго разряда первого канала. По фронту такто" вого сигнала одновременно с переключением пары триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда переключается также триг 4 О гер 4=1 второго разряда первого канала, и таким образом пара триггеров второго разряда переключена из состоя.ния "01" в состояние "11". Так как пара триггеров 4=1 и 4=2 второго45азряда и пары триггеров 4=1 и 4=2 ос. тальных младших разрядов были до,фронта тактового сигнала в состоянии "01", то ни один элемент 7 остальных разрядов не формирует разрешающих сигналов на переключение последующих разрядных триггеров 4=1 первого канала в единичное состояние, Таким образом происходит за один такт работы анализ троичного состояния первого разряда, запись этого55 троичного состояния в пару триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда и,установка пары трнггров 4= и 4=2 разряда в состояние "11", при этом состояние "11" является измерительным, состояния пар триггеров "01", "00" и "10" индицируют одно из трех чисел троичного разряда: "0", "1" или "2".Работа преобразователя при выявлении состояния каждого последующего троичного разряда аналогична,с единственным отличием: пары триггеров старших разрядов, в которых уже записаны троичные состояния "01", "00" или "10", блокируют формирование разрешающих сигналов на выходах элементов 5-7 этих старших разрядов и, следовательно, исключают возможность повторной сбойной работы этих разрядов. Состояния пары триггеров одного разряда формируют уровни напряжений (токов) на входах разрядов делителей 2=1 и 2=2. При подаче нулевого сигнала на вход ключей 3=1, 3=2, =3 и Зщ 4 на их выходах имеется низкий потенциал (или нулевой ток), а при подаче единичного сигнала - высокий потенциал (наличие фиксированного тока), При состоянии пары триггеров "01" на единичном выходе триггера 4=1 первого канала имеется нулевой сигнал, на нулевом выходе триггера 4-2 второго канала - также нулевой сигнал, эти нулевые сигналы подаются на входы ключей 3=1, 3=2 и 3=4 непосредственно и на вход ключа 3=3 через элемент 8. Так как при подаче нулевых сигналов на входы ключей 3=1, 32,3=3 и 3=4 на их выходах присутствуют низкие потенциалы (отсутствие тока), то на вход данного разряда делителя 2=1 и 2=2 подается низкий потенциал. При состоянии пары триггеров "10" на единичном выходе триггера 4=1 первого канала и на нулевом выходе триггера 42 второго канала имеются единичные сигналы, эти "единичные" сигналы также подаются на входы ключей 3-1, 3-2 и 3-4 непосред,ственно и на вход ключа 3-3 через элемент .Я. Так как при подаче единичных сигналов на входы ключей разряда на их выходах присутствуют высокие потенциалы (наличие токов от всех ключей), то на вход данного разряда делителя 2=2 и 2=2 подается 1.ысокий потенциал. При состоянии пары триггеров "00" на единич- ном выходе триггера 4=1 первого канала имеется нулевой сигнал, на нулевомвыходе триггера 4=2 второго канала имеется единичный сигнал. В соответствии с этим на входы ключей 3=1 и 3=2 подаются нулевые сигналы, а на их выходах присутствуют низкие 5 потенциалы. На вход ключа 3=4 непосредственно и ключа 3=3 через элемент 8 подаются единичные сигналы, в соответствии с чем на их выходах имеются высокие потенциалы, Так как выходы ключей 3=1 и 3=3 подсоединены к входу данного разряда делителя 2=1, то в узле делителя формируется средний потенциал, Аналогично от выходов ключей 3-2 и 3-4, подсоеди, ненных к. входу разряда делителя 22, также в узле делителя формируется средний потенциал (среднийток).При измерительном состоянии пары триггеров "11" на единичном выходе триггера 4=1 первого канала имеется единичный сигнал, который поступает на входы ключей 3-1 и 3-2 непосред" ственно и на вход ключа 3=3 через элемент 8. Эти ключи формируют на своих выходах высокие потенциалы. На нулевом выходе триггера 4=2 регист ра второго канала имеется нулевой сигнал, который подается на вход ключа 3-4, и на выходе которого формиру- ЗО ется низкий потенциал. Так как ключи 3=4 подсоединены к разрядным входам делителей 2=1 и 2=2 определенным образом, то в измерительном состоянии на разрядный узел делителя 2=1 пода- З 5 ется высокий потенциал, а на разрядный узел делителя 2=2 - средний потенциал. Исходное состояние пар триггеров: 40 для первого разряда "11", т.е. измерительное, для остальных разрядов "01" (троичный "0"). В соответст", вии с этим на входы ключей 3=1 и 3=3 с подсоединенных к разрядам дели 45 теля 2=1 подаются сигналы, которые представляются троичным кодом "200.,О", и на выходе делителя Формируется напряжение, равное по амплитуде 2/3 от максимального возможного формируемого напряжения. На входы ключей 3=2 и 3=4, соединенных с разрядами делителя 2=2, подаются сигналы, которые представляются троичным кодом "1000" (где "1" и "2" эквиваленты числу ключей "3", на выходах которых имеется высокий потенциал), и на выходе делителя 2=2 формируется напряжение, равное по амплитуде 1/3 от максимально возможного формируемого напряжения.Преобразуемое напряжение, поступающее с входа 11 на вторые входы устройства 1=1 и 1=2 сравнивается с компенсирующими напряжениями от делителей 2 и 2=2. Если преобразуемое напряжение ниже 1/3 шкалы напряжений, то единичный сигнал формируется на выходе устройства1, и через элемент 5 по фронту такта триггер 4=1 первого канала устанавливается в нулевое состояние, т.е. пара триггеров становится в состояние "01" (троичный "0"). Если преобразуемое напряжение находится в пределах от 1/3 до 2/3 шкалы напряжений, то единичные сигналы формируются на выходах устпойств 1=1 и 1-"2 и через элементы 5 и 6 по фронту такта пара триггеров первого разряда устанавливается в состояние "00" (троичная "1"). Если преобразуемое напряжение превышает 2/3 шкалы напряжений, то единичный сигнал формируется только на выходе устройства 1"1, и через элемент б по фронту такта пара триггеров 4=1 и 4=2 первого разряда устанавливается в состояние "10" (троичная "2"). В какое бы состояние не была установлена пара триггеров первого разряда, триггеры ,пары второго разряда первым тактом устанавливаются в измерительное состояние. На втором такте преобразования на входы ключей 3=2 и 3=4, подсоединенных к разрядам делителя 2=2, подаются сигналы, которые можно представить троичным кодом "Х 200", а к разрядам делителя 2=2 кодом "Х 100". Таким образом, на втором такте треть шкалы напряжения, выбранная на первом такте, и определенная как "Х", снова поделена формируемыми компенсирующими напряжениями на три доли, каждая цо 1/9 от шкалы напряжения, устройства 1=1 и 1=2 формируют соответствующие единичные сигналы по аналогии работы в первом такте - и по Фронту второго тактового сигнала пара триггеров второго разряда устанавливается в необходимое состояние, а пара триггеров третьего разряда устанавливается в измерительное состояние. Работа на последующих тактах по-тактово аналогична рассмотренной.При определении состояния предпоследнего разряда подготавливается переключение по единичному входу триг. гера 4 1 последнего разряда первого канала, и по фронту тактового сиг вала происходит соответствующее переключение. Триггер 4=1 последнего разряда первого канала переключается в состояние "1", на его нулевом выхо. де появляется нулевой сигнал, которьй блокирует прохождение тактовых сигналов от шины 10 через элемент 12 на тактовые входы триггеров 4=1 и 42, и преобразование прекращается, Состояние последнего троичного разряда индицируется на выходах уст" ройств 1 1 и 1=2 или на выходах элементов 5 и 6 последнего разряда. Суммарное количество тактов (пуск+ такты работы) равно числу тооичных разрядов преобразователя.Таким образом, предлагаемый преобразователь уменьшает в 1,5 раза число тактов на преобразование, не вводя в схему более быстродействующих элементов, так как для одиннадцати разрядов преобразователя (при 22048 градациях кодирования) в известных решениях требуется 11+1=2 ,тактов:. преобразования, а в предлагаемом решении (прн 3 = 2187 градациях кодирования) при троичных разрядах преобразователя требуется всего 7+ 1=8 тактов преобразования, При этом в известном решении для построения преобразователя требуется 11 х 333 триггера, в предлагаемом решении 7 х 2=14+1=15 триггеров..1106010 ПШ ОШ ПШ ь А.Кузнец СостаТехред орректо; В.Синицка едактор А.Гулько аз 5613/44 илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,Тираж 862 НИИПИ Государственн о делам изобретений 13035, Москва, ЖПодписного комитета СССРи открытийРаушская наб., д, 4/5