Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 4 Н 03 М ГОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН ОМИТЕТ СССРИЙ И ОТКРЫТИЙ(46) 23.12.85, Бюл. Ф 47 (71), Белорусский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им.В.И, Ленина (72) В,Е. Ямный, В.П. Дорошев, А.А. Иванова и В,В, Шляхтин (53) 681.325(088.8)(56) Бахтиаров Г.Д., Малинин В,В., Школин В.Б. Аналого-цифровые преобразователи. М,: Советское радио, 1980, с.27-29.Гитис Э,И. Преобразователи информации для электронных цифровых выЧислительных устройств. И.: Энергия, 1975, с.376-380, рис.8-6.Авторское свидетельство СССР В 801244, кл. Н ОЗ К 13/20, 98. (54)(57) 1. АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий накопительный конденсатор, первая обкладка которого соединена с общей шиной, первые входы первого и второго компараторов объединены, соединены с второй обкладкой накопительного конденсатора и выходами первого и второго управляемых источников тока, управляющие входы которых соединены соответственно с первыми и вторыми выходами блока управления и регистрации, первый вход аналогового ключа соединен с третьим выходом блока, управления и регистрации, выходы первого и второго компараторов соединены соответственно с первым и вторым входами блока управления и регистрации, о т л ы ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены реэистор, блок сравнения, блок коррекции, третий управляемый источник тока, выход которого соединен с вторым входом второго компаратора,первым выводом второго компаратора и первым выводом резистора, второй вывод которого объединен с вторым входом первого компаратора и является входной шиной, первый вход первого компаратора объединен с первым входом блока коррекции, второй вход которого является шиной опорного напряжения, третий вход объединен с первым входом третьего .управляемого источника тока и является шиной питания, второй вход третьего управляемого источника тока соединен с выходом блока коррекции, при этом вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с вторым входом аналогового ключа, выход которого соединен с общей шиной, причем четвертый выход блока управления и регистрации является шиной.младших разрядов, пятый выход - шиной старших разрядов и соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого является шиной кода уставки, а выход соединен с третьим входом блока управления и регистрации, четвертый вход является шиной "Пуск", а.шестой выход соединен с четвертым входом блока коррекции, второй выход соединен с третьим входом второго компаратора.2. Преобразователь по и.1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления и регистрации выполнен на четырех триггерах, двух одновибраторах, трех счетчиках, генераторе тактовых импульсов, пяти элементах12004И, при этом первый вход первого триг-гера является четвертым входом блока управления и регистрации, второй вход первого триггера соединенс выходом первого одновибратора,инверсный выход первого триггера является третьим выходом блока управления и регистрации, вход второгоодновибратора объединен с первымивходами второго и третьего триггерови соединен с прямым выходом первоготриггера, второй вход второго триггера объединен с вторым входом третьего триггера, с первыми входами первого,второго и третьего элементов Ии соединен с выходом генератора тактовых импульсов, причем первые входыпервого, второго, третьего счетчикови третий вход второго триггера объе. динены и соединены с выходом второгоодновибратора, четвертый вход второго триггера является первым входомблока управления и регистрации, инверсный выход второго триггера является первым выходом блока управленияи регистрации и соединен с вторымвходом второго элемента И, первыйвход четвертого элемента И объединенс первым входом четвертого триггераи соединен с прямым выходом второготриггера, второй вход четвертоготриггера соединен с общей шиной, третий вход - с выходом первого счетчика, второй вход которого соединен свыходом первого элемента И, второйвход которого объединен с первым входом пятого элемента И и соединен синверсным выходом четвертого триггера, прямой выход которого соединен свторым входом четвертого элемента И,выход которого соединен с третьимвходом третьего триггера, прямой выход которого является вторым выходом блока управления и регистрации и соединен с вторым входом третьего элемента И, третий вход которого объединен с входом первого одновибратораи является вторым входом блока управления и регистрации, а выход соединен с вторым входом третьего счетчика, выход которого является четвертым выходом блока управления и регистрации, пятый выход которого соединен с выходом второго счетчика,второй вход которого соединен с выходом второго элемента И, третийвход которого является вторым входомблока управления и регистрации,третий вход блока которого является вторым входом пятого элемента И, выходкоторого является шестым выходомблока управления и регистрации,3. Преобразователь по п,1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что блок коррекции выполнен на реверсивном счетчике, цифроаналоговом преобразователе, двух резисторах, транзисторе, компараторе, первый вход которого является первым входом блока коррекции, второй вход объединен с первым выводом первого резистора и соединен с коллектором транзистора, а выход - с первым входом реверсивного счетчика, второй вход которого является четвертым входом блока коррекции, а выход соединен с входом цифроаналогового преобразователя, выход которого соединен с базой транзистора и является выходом блока коррекции, при этом эмиттер транзистора соединен с первым выводом второго резистора, второй вывод которого является третьим входом блока коррекции, второй .вывод первого резистора является вторым входом блока коррекции.Изобретение относится к измерительной технике и предназначено дляпреобразования входного напряжения в код.Целью изобретения является повышение точности аналого-цифрового преобразования. На фиг.1 представлена функциональная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2-4 - графики, поясняющие его работу; на фиг. 5 - принципиальная схема блока управления и регистрации; на фиг.б - временные диаграммы, поясняющие его работу;на фиг,7 - принципиальная схема блока коррекции.Аналого-цифровой преобразовательсодержит входную шину , управляемыеисточники 2-4 тока, резистор 5, первый 6 и второй 7 компараторы, блок 8коррекции, блок 9 управления и регистрации, блок 10 сравнения, шину 11кода уставки, шину 12 выходногокода старших разрядов, шину 13 выходного кода младших разрядов, накопительный конденсатор 14, аналоговыйключ 15, шину 16 источника питания,.шину 17 источника опорного напряжения, шину 18 сигнала "Пуск".Блок 9 управления и регистрациисодержит триггер 19, одновибратор20, триггер 21, элемент И 22, триггеры 23 и 24, элемент И 25, счетчик 26, элемент И 27, генератор 28тактовых импульсов, элемент И 29,счетчик 30, элемент И 31, счетчик32, одновибратор 33, Блок 8 коррекции с цифровым интегратором (фиг.7)содержит компаратор 34, реверсивныйсчетчик 35, цифроаналоговый преобразователь 36, резисторы 37 и 38 итранзистор 39,Устройство работает следующимобразом.В исходном состоянии конденсатор 14 разряжен до нулевого уровняс помощью замкнутого ключа 15. Источники 2 и 3 тока отключены от конденсатора 14. На.входную шину 1 подано преобразуемое напряжение 0при этом на выходах компараторов 6и 7. - логический нуль..состоянии, триггер 23 - в нулевомсостоянии. По сигналу "Пуск" опрокидывается триггер 19 и ключ 15 размыкается, одновременно запускаетсяодновибратор 20, по фронту которогообнуляются счетчики 26, 30 и 32.После окончания импульса одновибратора по первому импульсу от генератора 28 триггер 21 устанавливаетсяв нулевое состояние. Задержка на одновнбраторе 20 необходима для надежного размыкания ключа 15, так каквремя его выключения может быть больше времени включения управляемогоисточника 2 тока, который включается триггером 21. С момента включения источника 2 тока, напряжение на конденсаторе 14 начинает линейново времени увеличиваться (фиг.2),причем за время Т - период повторения импульсов генератора 28, напря жение на конденсаторе изменяетсяна Н=а, Ьт где Ь - квант.АЦП, а,целое число, пропорцион .льное основанию системы счисления цифровогоэквивалента (для двоичной системы П а-пропорционально степени 2),дляполучения наибольшего быстродействия число а должно быть равно501= макс ) (1)где Б- количество квантовАЦП,Одновременно с зарядом конденсатора 14 импульсы от генератора 28 через элемент И 29 подсчитываются счетчиком 30.Когда напряжение на конденсаторе144 превысит 0 , то на выходе первого компаратора появится логическая1, однако конденсатор 14 продолжает 25заряжаться, По импульсу от генератора28 триггер 21 устанавливается в единичное состояние и управляемьй источник 2 тока отключается от конденсатора 14, а импульсы от генератора 28 30 прекращают поступать в счетчик 30. Всчетчике 30 будет зарегистрированочисло, равное(2)35где) - ближайшее меньшее целоечисло,Число И определяет значение стар-,ших разрядов цифрового эквивалента40,. Одновременно триггер 24 устанавливается в нулевое состояние и им-,пульсы от генератора 28 через элемент И 25 начинают поступать в счет- .чик 26. Во время работы счетчика 2645 напряжение на конденсаторе 14 не изменяется (фиг.2). Объем счетчика 26равен числу ш, поэтому через ш импульсов триггер 24 устанавливаетсяв единичное состояние и .счетчик 2650 останавливает свою работу. Следующимимпульсом генератора 28 триггер 23устанавливается в единичное состояние, так как на его 0-вход черезэлемент И 22 подана логическая "1",55 и при .этом включается управляемыйисточник 3 тока, величина которогоравна 3 = 1 а . Напряжение наконденсаторе 14 во время заряда от(4) т,е. соответствует значению младших разрядов цифрового эквивалента. 30По спаду импульса от второго компаратора 7 запускается одновибратор 33, импульс от которого устанавливает в исходное состояние триггер 19, после чего ключ 15 замыкается, З 5 конденсатор 14 разряжается, тпнггеры 21 и 23 устанавливаются в исходное состояние, управляемые источники 2 и 3 тока отключаются от конденсатора 14. Устройство возвращается в исход ное состояние, а в счетчиках 30 и 32 хранится результат преобразования. Максимальное время преобразования не превышает для наихудшего случая величины 2 (а 1-1) -Т 0 . За счет за держки включения и выключения первого управляемого источника 2 тока напряжение на конденсаторе 14 в мо- . мент отключения источника 2 тока не будет равно целому числу квантов 50 Н, что приводит к большой погрешности преобразователя. Действительно, например, заряд конденсатора 14 осуществляется за время, большее, чем целое число Т на величину г. Это 55 эквивалентно превышению напряжения на величину Н 231/С, а погрешность преобразОвания равна источника 3 тока изменяется на величину Ь за время Т . Одновременно с включением источника 3 тока от триггера 23 подается разрешение на второй компаратор 7 и на его выходе 5 появляется логическая "1". Импульсы от генератора 28 через элемент И 31 подсчитываются счетчиком 32. Так как на втором входе второго компаратора 7 установлено напряжение, равное11+З (3) где 3 . величина тока управляемого источника 4 тока, причем 3 Н=Н, то при превышении 0 этого напряжения второй компаратор устанавливается в нулевое состояние И подсчет импульсов счетчиком 32 прекращается. В счетчике будет записано значение младших разрядов цифрового эквивалента, Действительно, изменение напряжения на конденсаторе 14 равно(5) Для устранения этой погрешности напряжение сравнения на втором входе второго компаратора 7 устанавливается на О Н больше, чем это определено выражением 3 ( фиг.2) тогда на втором этапе .преобразования ошибки не возникает. Однако при изменении температуры или от старения элементов или из-за неточной настройки эквивалентная величина Р изменяется, что влечет за собой дополнительные погрешности.Для устранения этих дополнительных погрешностей в АЦП служит блок 8 коррекции, который изменяет величину тока 3 управляемого источника 4 тока таким образом,. чтобы при изменении напряжения на конденсаторе 14 на величину ьо по окончании работы источника 2 тока за счет изменения г , на такую же величину изменилось бы пороговое напряжение второго компаратора 7 путем изменения тока 15,Коррекция осуществляется одновременно с преобразованием сигнала, но не для каждой выборки входного сигнала, а только для выборок., коды старших разрядов которых совпадают с кодом уставки. Если распределение сигналов равномерное, то значение кода уставки произвольное. Частота коррекции равна(6) где Г 6 - частота выборок сигнала,ВыбЕсли распределение входного сигнала отличается от равномерного,то в этом случае код уставки следует выбирать близко кмедианному значе" нию распределения сигнала, В этом случае частота коррекции будет больше, чем определенная из выражения 6,Рассмотрим случай коррекции погрешности, когда на вход поступает сигнал 111 старшие разряды цифрового эквивалента которого совпадают с кодом уставки шины 1Блок корреции работает с цифровым интегратором (фиг,7) следующим образом.Как и в предыдущем случае, во время коррекции компаратор 34 сравнивает два напряжения (М+1)Н + +ЬНи Е 0 д +Ээй(М+1)Н + ЬН, Например, если ьН, 1 аН, то это означает,что необходимо увеличить токт,е, в реверсивном счетчике отнимается один импульс, сформированный элементом И 28 выход ж)блока 9 управления и регистрации) (фиг.6), напряжение на выходе ПАП 36 уменьшается,а ток через транзистор 39 возрастает, что вызывает увеличение. тока 3как в транзисторе 39, так и в транзисторе третьего источника 4 тока, тем самым разность между АНи Н уменьшается. На второй коррек- .ции эта разность еще уменьшится ит.д,Как и для блока коррекции саналоговым интегрированием, эа одинтакт коррекции величйна приближенияй Н к дН не должна превышать0,25 1 , для того, чтобы не былосильного рыскания напряжения коррек 10 ции,1200421 г гд Составитель А,КузнеТехред О.Ващишина аказ 7878 Подписимитета СССРоткрытий тираж 871 ИИПИ Государственного по делам изобретений 3035, Москва, Ж, Р