Аналого-цифровой преобразователь

СОЮЗ СЯЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕаЪБ ЛИК 9 09)(51)5 Н 03 Г 1 1/4 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ СССР госуд00 ИЗООРИ ГКНТ Ипивже век лгчюсаГ ЗОБРЕТЕНИ ЬСТВУ(57) Изобретение относится к втельной технике. Оно позволяетсить точность. Это достигаетсячто в аналого-цифровой преобразтель, содержапщй переключательлоговый запоминакщий блок 2, устель 3, преобразователь 4 код-нжение, оперативные запоминающие6 и 8, блок управления 10 и сумм11, введены переключатель 5, нрразователь 7 напряжение - код и9 вычитания кодов2 з,п, ф-лы,5 ил.(56) АвторскоеВ 949805, кл.АвторскоеВ 945978, кл. ВАТЕЛЬ.ычисли повые свидетельство СС Н 03 М 1/48, 1981 свидетельство ССС Н 03 М 1/48, 1981 К АВТОРСКОМУ СВИД ва- ана- ли- пряблоки атор обблок.40 Изобретение относится к вычислительной технике,Цель изобретения - повышение точНости.На фиг. 1 приведена функциональнаяСхема устройства; на фиг, 2 - функционаЛьная схема блока управления; нафиг. 3 - функциональная схема блокавычитания кодов;,на фиг. 4 - функциональная схема сумматора; на фиг, 5временные диаграммы работы блока управления .Аналого-цифровой преобразовательсодержит переключатель 1, аналоговый 15запоминающий блок (АЗБ) 2, усилительЭ, преобразователь 4 код - напряжениеПКН), переключатель 5, оперативныйзапоминающий блок .(ОЗБ) б, преобразователь 7 напряжение - код (ПНК), ОЗБ 208, блок 9 вычитания кодов блок 10управления и сумматор 11.Блок управления состоит из формирователей 12 в ,14 импульсов, элементовЩ 1 И 15 и 16, распределителя 17 импульсов и КЯ-триггера 18.Блок вычитания кодов выполнен изблока 19 инверторов и сумматора 20.Сумматор содержит суммирующий.бпок 21, регистр 22 и элемент 23задержки.На фиг. 5 обозначено У и П-напряжения на первом н втором входахблока 5 у 11 9 1 9 ц у я Онапряжения на выходах соответственноформирователя 12, КЯ-триггера 18,35элемента 16, формирователей 14 и 13;11 У,е1117, П у - напряжения соответственно на первом, втором и третьемвыходах распределителя 17,Аналого-цифровой преобразовательработает следующим образом.В исходном состоянии на четвертомвыходе блока 10 установлен уровень11 1 1обеспечивающий подключение Пхчерез переключатель 1 к входу аналогового запоминающего блока 2, выходкоторого через переключатепь 5 подключен к входу ПНК 7. На выходах спервого по пятый блока 10 установлены уровни "О", При этом уровень "0"на первом выходе информирует потребителя о готовности данных на шине данных предыдущего преобразования.Цикл преобразования АЦП состоит55из 3 тактов. Первый такт начинаетсяс поступлением импульса запуска АЦПна второй вход блока 10. На пятомвыходе блока 10 формируется импульс,поступающий на управляющий вход АЗБ 2, В этот момент времени АЗБ 2 находится в режиме записи (выборки) напряженияпоступакщего на его вход. После окончания импульса на пятом выходе блока 10 АЗБ переходит в режим хранения и на его выходе и на первых входах усилителя 3, переключателя 5 и ПНК 7 устанавливается напряжение П2 3гдед 11, - дрейф напряжения смещенияАЗБ 2;ДУ - напряжение коммутационной помехи при переходе АЗБ 2 изрежима выборки в режим хранения;ДУз - напряжение ошибки, обусловленное нелинейностью передаточной характеристики АЗБ 2.По окончании импульса на пятом выходе формируется импульс на шестом выходе блока 10, поступающий на управ. ляющий вход ПНК 7. ПНК 7 преобразовывает выходное напряжение П АЗБ 2 в п-разрядный цифровой код, а на втором выходе ПНК 7 и на первом входе блока 10 вырабатывается перепад напряжения, обычно от уровня "1" до уровня "0", При этом на втором выходе блока 10 формируется импульс напряжения, по переднему фронту которого производится перезапись щ старших разрядов выходного п-разрядного кода М, ПНК 7, где щи, в ОЗБ 6, на выходе которого устанавливается щ-разрядный код И,.Выбор количества разрядов и ОЗБ 6 и ПКН 4 определяется из условия максимально допустимой погрешности первого такта преобразования, а именно; суммарная погрешность, вносимая АЗБ 2, ПКН 4 и ПНК 7, не должна превышать величины младшего из щ разрядов кода И 1, образующего старшие разряды выходного кода АЦП.По переднему фронту импульса напряжения на втором выходе блока 10 на четвертом выходе блока 10 устанавливается напряжение уровня "0", которое подключает выход ПКН 4 через переключатель 1 к входу АЗБ 2, а также выход усилителя 3 через переключатель 5 - к входу ПНК .Выходной код М с выхода ОЗБ 6 поступает на входы ПКН 4, на выходе которого устанавливается напряженкеЭт11 эт 1 АзсФ (2)где А - коэффициент передачи по напряжению ПКН 4.На этом заканчивается первый такт преобразования АЦП.Второй такт преобразования начина 5 ется после окончания импульса напряжения на втором выходе блока 10, по заднему фронту которого на шестом выходе блока 10 формируется второй импульс запуска ПНК 7. Так как на выходе АЗБ 2 продолжает храниться напряжение, практически равное 11, ПНК 7 преобразовывает выходное напряжение усилителя 3 У15 ус ( зт) ь х( ф+ДЦ +315 +311, )К,(4) Ц - Узт+ дП + М 1.+ ДЦ 3 На вход ПНК 7 через переключатель 5 поступает выходное напряжение усилителя 3 П с,11 ус" Пят+") К (11+ П 1 т++аЦ +аП )К . (5)На этом заканчивается второй такт преобразования.Третий такт преобразования начинается по оконцании импульса на третьем выходе блока 10, по заднему фронту которого на шестом выходе блока 10 формируется третий и последний в цикле преобразования импульс . запуска 1 ШК 7, ПНК 7 преобразовывает выходное напряжение 11. усилителя 20 где ЮЦ- дрейф напряжения смещенияусилителя 3;в-К =2 - коэффициент передачи усилителя 3.На выходах ПНК 7 устанавливается 25 и-разрядный выходной код И . По перепаду напряжения от уровня "1" до уровня "0" на втором выходе ПНК 7 на третьем выходе блока 10 формируется импульс напряжения, по переднему 30 фронту которого производится запись выходного кода М ПНК 7 в ОЗБ 8. Одновременно на пятом выходе блока 10 вырабатывается импульс записи в АЗБ 2, на вход которого через переключатель 1 поступает выходное напряжение Ц 9 ПКН 4, После окончания импульса записи АЗБ 2 переходит в режим хранения и на его выходе устанавливается напряжение П ",40 3, и на выходах 11 НК 7 устанавливается и-разрядный выходной код И . Выходнойгкод М поступает на вторые входы блока 9, на первых входах которого установлен код М, поступакщий с выхода ОЗБ 8. На выходе блока 9 формируется код М = М - М , эквивалентное значение которого соответствует напряжению П эквП в,в= П сТ П кл. (6) С учетом (3) и (5) выражение (6) принимает вид:4Я П )К =111 К(7) Старший разряд и-разрядного кода Всодержит информацию о полярности напряжения остатка 311. Положительная (отрицательная) полярность ЛУ означает, что в первом такте преобразования произошла недокомпенсация (перекомпенсация) входного сигнала Псуммой эталонных напряжений 111 ПКН 4. Это позволяет использовать старший и-й разряд кода Мдля коррекции на единицу младшего из ш разрядов кода В, в сумматоре 11.По перепаду напряжения на втором выходе ПНК 7 на первом выходе блока 10 формируется импульс напряжения, по переднему фронту которого на четвертом выходе блока 10 вырабатывается напряжение уровнем 1", устанавливающее в исходное состояние переключатели 1 и 5 для последующего цикла преобразования, Одновременно импульс с выхода 1 блока 10 поступает на управляющий вход сумматора 11 для записи кодов И, и Ив сумматор 11, на выходе которого образуется И-раз- рядныГ. вьжодной код, и на шину готовности. При этом уровень сигнала готовности данных информирует потребителя о достоверности данных на выходкой шине данных А 11 П.В данном случае при уровне "1" - данные не достоверны, при уровне "0" (после окончания импульса) - данные достоверны.Как следует из выражения (7), погрешности 511Ж ,1, вносимые АЗБ 2 и усилителем 3, в процессе преобразования компенсируются. Следовательно, точность предлагаемого устройства,по сравнению с аналогом и прототипом, выше.Блок управления работает следующим образом.С поступлением внешнего сигналазапуска на второй вход блока 10 на выходе формирователя 12 вырабатывается5импульс напряжения уровнем "1" и длительностью, равнОй времени ВыборкиАЗБ 2, Этот сигнал поступает на В.вход распределителя 17 для установкиузлов последнего в исходное состояние и через элемент 16 на пятый выход блока 10 и, следовательно, на управлякций вход АЗБ 2 для выборки сигнала 11, поступающего на вход АЗБ 2.Одновременно импульс напряжения формирователя 12 поступает через элемент15 на вход формирователя 14, на выходе которого и на пятом выходе блока10 вырабатывается импульс напряжения11 Нуровня 0 и длительностью, достаточной для запуска ЗНК 7, после окончания импульса формирователя 12. Далееблок 10 находится в режиме оядщаниядо наступления сигнала на его первый 25вход от ЗНК 7.С поступлением на первый вход перепада напряжения, например, от уровня11 11 11 Ндо уровня О, на выходе формирователя 13 вырабатывается импульсное 30напряжение уровнем "1" и длительностью,равной времени выборки АЗБ 2. Выходной сигнал формирователя 13, поступающий на С-вход распределителя 17, повторяется на первом выхоце 1 распреце 35лителя 17 и поступает на К-вход КЯтриггера 18, на выходе которого и на1ШестоМ выходе блока 10 устанавливаетя уровень "О", на второй выхоц блока10 для перезаписи результата. первоготакта преобразования в ОЗБ 61 черезэлемент 15 на вход формирователя 14на выходе которого и на шестом выхоцеблока 10 вырабатывается второй импульс запуска ЗНК 7 после окончанияимпульса формирователя 13,С поступлением второго сигнала свыхода ЗНК 7 на первый вход блока 10На выходе формирователя 13 Вырабатывается второй импульс напряжения, который повторяется на втором выходераспределителя 17, Сигнал с второговыхода распределителя 17 поступаетна третий выход блока 10 для записирезультата второго такта преобразования в ОЗБ 8 и через элемент ИЛИ 16на пятый выход блока 10 дЛя записивыходного напряжения 11 ПКН 4 вЭТАЗБ 2,а также через элемент 15 на вход формирователя 14, на выходе которого и на шестом выходе блока 1 О вырабатывается третий импульс запуска ЗНК 7, после окончания второго импульса формирователя 13.С поступлением третьего сигнала с выхода ПНК 7 на первый вход блска 10 на выходе формирователя 13 Вырабатывается третий и последний в цикле преобразования импульс напряжения, который повторяется на третьем выходе распределителя 17. Сигнал с третьего выхода распределителя 17 поступает на Я-вход ЕБ-триггера 18, на выходе которого устанавтивается напряжение уровня "1" для установки переключате-, лей 1 и 5 в исходное состояние, а также на первый выход блока 10 для записи кодовой информаши в сумматор 11 и выдачи сигнала готовност"и данных устройства.Блок 9 осуществляет операцию вычитания кода М , поступающего на егоРУвторые входы, из кода Х 11 поступающего на его первые входы. ПроинвертироПВанныи код Ы плюс одна единица младшего разряда ("1" на третьем входе) образуют Дополнительный код И "с 1, Та 2 кнм образом сумматор 20 суммирует код Ии дополнительный код В с 1 вследствие чего на выходах 8,1 Б сумматора устанавливается коп И =Х -И ",аСумматор 11 работаег следующим Образом.Поступающий на первые информационные входы и 1 соответственно, на входы н А суммирующего блока 21 ш-разрядный код Исодержит информацию Об основной части преобразуемого напряжения З . а поступающий на третьи ВхОды и разрядный код 1 1 содержит ин формацию остатка д З. При положительной полярности Д 11 уровень напряжения В старшем и-и разряде кода соответствует уровню 011. В этом случае с выходов Я,118суммирующего блока 21 на соответствующие входы старших разрядов О 10, регистра 22 поступает код и, 1 а с третьих входов на входы 11 П , поступают соОтветственно разряды 1(п) кода И. С поступлением импульса с первого выхода. блока 10 на упразляющий вход сумматора 11 с задержкой, Осуществляемой элементом 23 для установления кода на выходах 81,8 , сумматора производится запись указанных кодов И ти Ив регистр 22, на Выходах,КОГ про ГО уста цсвливается (гп+я) -разрядьй код , соответствующий измеряемому сигналу 1При отрицательной полярности ЛБ .5 (перекомпецсация входного сигнала У, вьходным напряжением Б ПКН 4 вэтпервом такте преобразования), в старшем и-м разряде кода Мустановлен уровень "1", В этом случае из кода И, вычитается одна епиница младшего разряда и на входы Э В, старшихФЭу Я разрядов регистра 22 поступает откорректированный код 1,Повышение точности достигается 15 за счет уменьшения погрешностек, вносимых АЗБ 1. 1. Аналого-цифровой преобразователь, содержащий первый переключатель первый информационный вход которого соединен с выходом аналоговогозапоминающего блока, усилитель, преобразователь - напряжение, первый и второй оперативные запоминающие блоки, управления и сумматор, выходы которого являются выходной шиной, управляющий вход соединен с первым выходом блока управления, первые информационные входы соединены с соответствующими выходами первого оперативного запоминающего блока информационные входы которого объединены соответственно с информационнымк входами второго оперативного запоминающего блока, входы .записи первого и второго оперативных запоминающих блоков соединены соответственно с вторым к третьим выходами бло ка управления, четвертый и пятый вы-, ходы которого соединены соответственно с управляющими вхоцамк первого переключателя и аналогового запоминающего блока, о т л и ч а ю щ и й с я тем, тем, что, с целью повышения точности, в него введены второй переключатель, преобразователь напряжение - код и блок вычитания кодов, выходы которого соединены соответственно с вторыми информационнымк входами сумматора, первье входы соединены соответственно с 25 30 Формула изобретения выходами второго оперативного запоминающего блока а вторые входы объединены соответственно с информационными входами первого оперативного запоминающего бпока и соединены соответственно с лервымк выходами преобразователя напряжение - код, второй вы 35 40 45 50 55 ход которого подключен к первому вхоблоу блока управления, второй вход.которого является шиной Запуск,шестой выход блока управления соединен с управляющим входом преобразователя напряжение - код, вход которого соединен с выходом первого переключателя, первый информационный входкоторого объединен с первым входомусилителя,второй информационный,вход первого переключателя соединенс выходом усилителя, второй вход которого объединен с первым информационным входом второго переключателяи соединен е выходом преобразователя код - напряжение, входы которогосоединены соответственно с выходами первого оперативного запоминающего блока, второй информационный входвторого переключателя является входной шиной, управляющий вход соединен. с четвертым выходом блока управления, первый выход которого является шинойготовности,2, Преобразователь по и. 1, о т л к : а ю щ и й с я тем, что блок управления вьполнен на трех формировате" лях импульсов, двух элементах ИЛИ, КБ-триггере к распоеделителе импульсов, К-вход которого объединен с первымк входами первого и второго элементов ИЛИ и соединен с выходом первого формирователя импульсов, С-вход соединен с выходом второго формирователя импульсов, первый выход распределителя импульсов соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, К-входом КБ- триггера и является вторым выходом блока, второй выход соединен с третьим входом второго элемента ИЛИ, вторым входом первого элемента ИЛИ и является третьим выходом блока, третий выход соецкнен с Я-входом КЯ-триггера и является первым выходом блока, четвертый, пятый и шестой выходы которого являются соответственно выходами триггера, первого элемента ИЛИ и третьего формирователя импульсов, вход которого соединен с выходом второго элемснта ИЛИ, входы первого и второго формирователей импульсов являются соотг.етственно вторым и первым входа ми блока,3. Преобразователь по и. 1, о т -л и ч а ю щ к й с я тем, что сумматор выполнен на суммирующем блоке, элементе задержки и регистре, выходь которого являются соответственно вы 15893951112ходами сумматора, первые входы соединены соответственно с выходами суммирующего блока, вторые входы объединены соответственно с первыми входамисуммирукицего блока и являются соответственно входами сумматора, третийвход регистра соединен с выходом эле 1 мента задержки, вход которого является управляющим входом сумматора, вторые входы суммирующего блока являются соответственно первыми информационными входами сумматора, третийвход суммирующего блока является шиной нулевого потенциала1589395 и,Цпг Составитель А. ТитовРедактор Л, Пчолинская Техред Л. Сердюкова Корректор м. Кучерявая осква, Ж Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,Заказ 2547 ВНИИПИ Государственного 113035, Тиражмитета 69 Подписноео изобретениям и открьггиям при ГКНТ СЧС 35, Раушская наб д, 4/5