Аналого-цифровой преобразователь

(54 (57 Бюл. Ю". 3 кое произво ектронприбо ев, А.И. Бу ельн ственновано Изоб ся те 8,8) У 2602315, опублик.2942948, опублик. роана пенси 1977.1980,ух ован отор ов 3 Фиг. УДАРС 1 .ЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫ АНИЕ ИЗОБР А ВТОРСКОМУ СВИАНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Изобретение относится к вычисли" й технике и может быть использоэлектроизмерительных приборах.тение позволяет повысить точпреобразования. Это достигаетчто разброс погрешностей цифогового преобразователя 2 комуется при цифровом усреднении ледующих друг за другом преобрай цифровым усреднителем 4 кодов, й управляется с помощью регист 5 сдвига и блока 6 управления.ф-лы, 4 ил 1 табл.1368990 крытые в этом также ключи 13 или 16соответственно. Заряд конденсатора9 производится в случае, если реализуемой разрядной цифрой является 1,а разряд конденсатора 10 производится в случае, если реализуемой разрядной цифрой является О, В этом же первом такте на некоммутируемом конденсаторе,(в случае реализации 1, этоконденсатор 10, а в случае реализацииО, это конденсатор 9) осуществляетсяхранение напряжения, сформированногов предыдущем рабочем цикле ЦАП 2. Вовтором такте, когда все заряжающие иразряжающие транзисторы заперты, производится отпирание ключа 8 и выравнивание напряжения на конденсаторах9 и 10. Сумма напряжений на конденсаторах 9 и 10 при этом делится на два,что соответствует суммированию напряжения только что сформированногодвоичного разряда с суммой напряжений разрядов, сформированных в предыдущих циклах,(Ц,+ а,П,),1 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в электроизмерительных приборах. 5Цель изобретения - повышение точности преобразования,На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства; на фиг, 2 - функциональная схема цифроаналогового 1 Опреобразователя; на фиг. 3 - функциональная схема блока управления; нафиг. 4 - функциональнвя схема цифрового усреднителя кодов.Устройство содержит компаратор 1, 15цифроаналоговый преобразователь 2,первый регистр 3 сдвига цифровой усреднитель 4 кодов, второй регистр 5сдвига, блок 6 управления, выходнуюшину 7. 20Цифроаналоговый преобразователь(фиг. 2) содержит ключ 8, два накопительных элемента, выполненных на конденсаторах 9 и 10, общую шину 11,вход 12, ключи 13-16, триггер 17, эле менты ИЛИ-НЕ 18-21.Блок 6 управления (фиг. 3) содержит генератор 22 импульсов, имеющийвыход 23, регистр 24 сдвига с тактовым входом 25, элемент ИЛИ-НЕ 2, 30элемент И-НЕ 27, инвертор 28, гервуюгруппу 29 элементов ИЛИ-НЕ, вторуюгруппу 30 элементов ИЛИ-НЕ, инверторы 31 и 32, элементы И-ИЛИ-НЕ 33 и34, инвертор 35.35 где а; - разрядная цифра (О или 1).Формирование напряжения, соответствующего двоичному коду, начинается с младшего разряда.Основной составляющей погрешности ЦАП 2 является погрешность, связанная с относительным разбросом емкостей конденсаторов 9 и 10.(фиг, 4) содержит триггер 36, элементы И 37 и 38, регистры 39 и 40 сдвига,элемент ИЛИ-НЕ 41, элементы И 42 и 4 р43, сумматор 44,Аналого-цифровой преобразовательАЦП построен по принципу поразрядного уравновешивания с циклическимцифроаналоговым преобразователем 2 45ЦАП в цепи обратной связи компаратора 1. При этом производится цифровое интегрирование и усреднениерезультата двух преобразований, производимых при взаимном изменении функ Оций заряжаемого 9 и разряжаемого 10конденсаторов,Напряжение на выходе ЦАП, соответствующее одной разрядной цифредвоичного кода, формируется за дватакта, В первом также производитсялибо заряд одного из конденсаторов,например конденсатора 9, либо разряд другого конденсатора 10 через отС,-Сггде ЕС = в вСС .= 2 С,где С и С - номиналы емкостей конденсаторовв,Передаточная характеристика АЦП стаким ЦАП имеет вид монотонной дугообразной кривой с максимальным отклонением от идеальной передаточнойхарактеристики в центре в ту или другую сторону, в зависимости от знакадС.Введение в ЦАП 2 второго ключа 15,триггера 17, элементов 18 - 21 позволяет одно из преобразований осуществить таким образом, что в качествезаряжаемого конденсатора ЦАП 2 выступает конденсатор 9, а в качестве разряжаемого конденсатора выступает конденсатор 10, а второе преобразованиетак, что конденсатор 10 становитсязаряжаемым, а конденсатор 9 разряжаемым. Таким образом, после каждогоиз преобразований функции конденсаторов 9 и 10 взаимно изменяются аФ5погрешности аналого-цифрового преобразователя за счет разброса емкостиконденсаторов 9 и 1 О одинаковы повеличине и имеют разный знак. Этипогрешности компенсируются при цифровом усреднении двух следующих другза другом преобразований цифровым усреднителем 4,При этом на вход триггера 17 поступает сигнал начала преобразования 15и изменяет его состояние на противоположное, Так происходит перед каждымпреобразованием, На первые входы элементов 18 и 21 поступают "нулевые"команды в зависимости от состояниятриггера 17 включения одного из ключей 13 или 14. На первые входы поступают "нулевые" команды включения одого из ключей 14 или 16, в зависи -ости от состояния триггера 17. Вхоэлементов 18-21 связаны с выходаи триггера 17 и соответствующими выодами блока 6, по которым поступаютоманды заряда и разряда конденсатоов ЦАП 2 таким образом, что функцинирующие в данном преобразованииаряжающий и разряжающий ключи нахоятся в противоположных плечах ЦАП 2,акое диагональное управление ключаи ЦАП 2, когда функционирующие в дан 35ом преобразовании заряжающий и разяжающий ключи ЦАП 2 разделены заперым в первом такте преобразованиялючом 8, позволяет заряжать до напяжения эталонного источника один из 40онденсаторов и одновременно разряать другой конденсатор, Такая операия одновременного заряда и разрядаонденсаторов необходима при формиовании исходного для начала каждогореобразования напряжения 0,5 Ц наыходе ЦАП 2 без дополнительных клюей.Работа каждого из блоков устройста синхронизируется и управляется ре 50истрами 3 и 5 и блоков 6. Последоваельность операций в процессе преобазования приведена в таблице,Циклическая развертка строки прозводится регистром 24, на тактовый ход которого поступают импульсы с енератора 22, В начале каждой строки а второй вход регистра 24 производитя запись нулевого сигнала, поступающего с выхода элемента 26, Иа первые входы регистра 24 поступают поочередно нулевые сигналы с выходов регистра 5, осуществляющего развертку кадра им измерения по строкам. Запись нулевого сигнала на второй вход регистра 5 осуществляется элементом 27, а сдвиг осуществляется инвертором 28, подключенным к первому входу регистра 5. Сдвигом регистра 5 и записью регистра 24 управляет первая группа элементов 26, выходы которых подключены к входам элемента 26, Сдвиг нуля в регистре 24 происходит с первой ячейки до той, на входе которой нулевой сигнал, Нулевой сигнал перемещается от третьего к (и+1) -му разряду на один разряд после окончания каждой строки, Началу кадра преобразования соответствует появление единичного сигнала на седьмом выходе блока 6. Перед формированием каждой строки кадра измерения происходит опрос результата сравнения напряжения на выходе ЦАП 2 с входным напряжением АЦП. Этому соответствует появление нулевого сигнала на выходе регистра 24, При этом на второй вход регистра 3 поступает единичный сигнал с инвер,тора 31, а с выхода компаратора в первый разряд регистра 3 записывается информация с компаратора 1, Появление нулевого сигнала на втором выходе регистра 24 вызывает сдвиг информации в регистре 3 за счет появления единичного сигнала на инверторе 32 и появление нулевых сигналов на выходах элементов 33 и 34, Появление двух нулевых сигналов на четвертом и пятом блока выходах 6 соответствует командам заряда и разряда конденсаторов 9 и 10 ЦАП 2 одновременно. Эта операция в первом такте цикла формирования на выходе ЦАП 2 напряжения равного 0,5 Бэ возможна при диагональном управлении ключами ЦАП 2 с помощью триггера 17, элементов 18-21. Сигналы на четвертом и пятом выходах состробируются генератором 22 и их длительность составляет один такт генератора 22, т.е, равна половине периода. Во время второго такта генератора 22 всегда появляется единичный сигнал на выходе инвертора 35 и на шестом выходе блока 6.Содержимое регистра 3 циклически опрашивается регистром 24 строчной развертки с помощью первой группыэлементов 29, при этом длина каждойпоследующей строки возрастает на одиншаг. В зависимости от содержимого разрядов регистра 3 на четвертом и пятом5выходах появляются команды зарядаили разряда конденсаторов ЦАП 2, Вмомент появления единичного сигналана седьмом выходе блока код единичного преобразования в регистре 3 ужесформирован и может быть принят сивыходов регистра 3 регистрамицифрового усреднителй 4,В зависимости от состояния триггера 6 элементы 37 и 38 записывают информацию в регистр 39 или в регистр40. После записи информации в регистры 39 и 40 производится сдвиг информации в обоих регистрах пачкой импульсов с элемента 41, Через элементы 42 и 43 эта информация поступаетна сумматор 44 и появляется на выходе 1 в виде последовательного кода.и-разрядный последовательный двоичный код на выходе АЦП соответствует 25усредненному значению кода, где ужескомпенсирована погрешность, вносимая ЦАП 2,Формула изобретения1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий компаратор, первый вход которого является входной шиной, второй вход соединен с выходом цифроаналоГового преобразователя, а выход компаратора соединен с первым входом первого регистра сдвига, второй вход которого соединен с первым выходом блока управления, второй, третий, четвертый и пятый выходы которого соединены соответственно с пер вым и вторым входами второго регистра сдвига, первым и вторым входами цифроаналогового преобразователя, третий вход которого является шиной опорного напряжения, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения точности преобразования, в него введен цифровой усреднитель кодов, первый вход которого соединен с п-выходами первого регистра сдвига, "-1 выходов которого соединены с первой группой входовблока управления, втоРой и третий входы цифрового усРедни теля кодов объединены соответственно с четяертым и пятым входами цифроаналогового преобразователя и соединены соответственно с шестым и седьмым выходами блока управления, выход цифрового усреднителя кодов является выходной шиной, вторая группа входов блока управления соединена соответственно с группой выходов второго регистра сдвига, а восьмой выход, блока управления соединен с третьим входом первого регистра сдвигов,2, Преобразователь по и, 1, о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на регистре сдвига, генераторе импульсов, первой группе иэлементов ИЛИ-НЕ, второй группе п элементов ИЛИ-НЕ, элементе ИЛИНЕ, элементе . И-НЕ, четырех инверторах, двух элементах И-ИЛИ-НЕ, выход первого элемента И-ИЛИ-НЕ объединен с первым входом второго элемента ИИЛИ-НЕ и является четвертым входом блока управления, вход первого элемента И-ИЛИ-НЕ объединен с вторым входом второго элемента И-ИЛИ-НЕ, соединен с выходом первого инвертора и является восьмым выходом блока управления, группа входов первого элемента И-ИЛИ-НЕ соединена с соответствующими выходами первой группы элементов ИЛИ-НЕ, первыми входами которой является первая группа входов блока управления, вторые входы первой группы элементов ИЛИ-НЕ объединены соответственно с первыми входами второй группы элементов ИЛИ-НЕ и соединены соответственно с выходами регистра сдвига, начиная с третьего разряда выход второго разряда регистра сдвига соединен с входом первого инвертора и первым входом и-го элемента ИЛИ-НЕ второй группы элементов ИЛИ-НЕ вторые входы которой объединены с соответствующими первыми входами регистра сдвига и входами элемента ИНЕ и являются второй группой входЬв блока управления, группа выходов второй группы элементов ИЛИ-НЕ соединена с соответствующим входами элемента ИЛИ-НЕ, и-выход группы выходов второй группы элементов ИЛИ-НЕ является седьмым выходом блока управления, выход элемента ИЛИ-НЕ соединен с входом второго инвертора и вторым входом регистра сдвига, третий вход которого соединен с вторым входом первого элемента И-ИЛИ-НЕ, входом третьего инвертора, третьим входом второго элемента И-ИЛИ-НЕ и соединен с выходом генератора импульсов, выход первого разряда регистра сдвига соединен соПорядокзаписи омер роки разрядных цифр в регистрах 3 5, 24 4 5 1 0,5 Ь ОК 2 051 э 1 3 05 Бэ 2 а 1 ОК а 2 а 3 ОК входом четвертого инвертора, выходомкоторого является первый выход блокауправления," пятый и шестой выходыкоторого являются соответственно выходами второго элемента И-ИЛИ-НЕ итретьего инвертора, выходы второгоинвертора и элемента И-НЕ являютсясоответственно вторым и третьим выходами блока управления. 3. Преобразователь по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что цифровой усреднитель кодов выполнен на двух регистрах сдвига четырех эле 1 15 ментах И, элементе ИЛИ-НЕ, сумматоре и триггере, входом которого является третий вход цифрового усреднителя кодов, инверсный вход триггера соединен с первым входом первого элемента И,20 прямой выход - с первыми входами второго элемента И и элемента ИЛИ-НЕ, второй вход которого является вторым входом цифрового усреднителя кодов, а выход соединен с объединенными так5 товыми входами первого и второго ре - гистров сдвига, первыми входами треьего и четвертого элементов И, втоые входы которых соединены соответтвенно с выходами первого и второго егистров сдвига, а выходы третьегочетвертого элементов И соединены оответственно с первым и вторым вхоами сумматора, выход которого являтся выходом цифрового усреднителя, нформационные входы регистров поразядно объединены и являются первыми ходами цифрового усреднителя кодов, торые входы первого и второго элеентов И являются третьим входом циф 40 ового усреднителя кодов.4. Преобразователь по и. 1, о т -и ч а ю щ и й с я тем, что цифро. -аналоговый преобразователь выполненна четырех элементах ИЛИ-НЕ, двух накопительных элементах, выполненныхна конденсаторах, пяти ключах, триггере, счетным входом которого является пятый вход цифроаналогового преобразователя, инверсный выход триггера соединен с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ-НЕ, прямой выход соединен с первыми входамитретьего и четвертого элементов ИЛИНЕ, второй вход первого элемента ИЛИНЕ объединен со вторым входом четвертого элемента ИЛИ-НЕ и являетсявторым входом цифроаналогового преобразователя, второй вход третьего элемента ИЛИ-НЕ объединен со вторым входом второго элемента ИЛИ-НЕ и является первым входом цифроаналоговогопреобразователя, выходы первого, второго, третьего и четвертого элементовИЛИ-НЕ соединены соответственно суправляющими, входами первого, второготретьего и четвертого ключей, входпоследнего из которых объединен свходом первого ключа, первыми выходами первого и второго конденсаторови является общей шиной, выход четвертого ключа объединен с выходамипятого и второго ключей, вторым выводом второго конденсатора и является выходом цифроаналогового преобразователя, вход второго ключа объединен с входом третьего ключа и является третьим входом цифроаналоговогопреобразователя, выход третьего ключа объединены с выходом первого ключа, вторым выводом первого конденсатора и соединен со входом пятогоключа, управляющий вход которого является четвертым входом цифроаналогового преобразователя.1368990 10 Продолжение таблицы Номерстроки 4 0,5 Б 3 5 0,5 Б 4 а 4 ОК ОК ---а 5 формирование на выходе ЦАП 2 напряжения, рав"ного половине эталонного напряжения,опрос компаратора 1;а а, а, - операции последовательного фоммирования кода В ЦАП, цифровойдвоичный код АЦП,операция записи очередной разрядной цифрыв регистр 3. П р и м е ч а н и е 05 П ОК а а Последовательность операций в процессе аналого-цифровогопреобразования Порядокзаписиразряд"ных цифрв регист"рах 3, 5,24