Устройство аналого-цифровогопреобразования

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 06 09 79 (21) 28204 2 3/18- 21с присоединением заявки Но -(Я)М, Кл,з Н 03 К 13/02 Государствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(72) Автор изобретения В.Я. Загурский Институт электроники и вычислительной техники АН Латвийской ССР(54) УСТРОЙСТВО АНАЛОГО-ЦИФРОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ 1 О Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам преобразования формы информации,и может быть использовано в вычислительной технике и скоростных системах обработки информации.Известен аналого-цифровой преобразователь, содержащий в каждом изтрех каналов параллельный аналогоцифровой преобразователь (АЦП),регистр и счетчик 1).Недостатками этого АЦП являютсясложность, поскольку требуетсяутроенное количество оборудования,низкая точность и быстродействие. 15Известен также аналого-цифровойпреобразователь, содержащий параллельный АЦП, регистр, счетчик, управляеьый по частоте генератор сигналаразвертки, формирователь строб-импульсов, а кроме того, блок компараторов и импульсно-фазовый детектор 23,.Однако данное устройство характе-ризуется слохностью и невысокимбыстродействием. Частотная стабилиэация параметров сигнала генератора развертки осуществляется при помощи дополнительных аналоговыхблоков, Процесс стабилизации устраняет лишь долговременную нестабиль иост ь параметров си гнала разверткипо частоте и имеет медленное установление, что требует непрерывнойработы преобразователя либо егопредварительной наработки послевключения без использования отсчетов, иначе нельзя гарантировать точность преобразования. Это, такжекак и неравномерность отсчетов, вряде случаев услохняет синхронизацию преобразователя и снижает егобыстродействие. Кроме того, быстродействие преобразователя ограничивается предельной частотой работы счетчика, разрядность которого определяет время генерации сигнала развертки и цикл преобразования. Длительностьцикла преобразования пропорциональна 2"/Го , где 1/Г-т - длительностькванта времени, равного периоду частотьт счета ГЦель изобретения - повышение быстродействия,Эта цель достигается тем, что вустройство, содерхащее параллельныйаналого-цифровой преобразователь,а также счетчик и формирователь стробимпульсов, выходы которых соединеныс соответствующими входами регистра, введены многофазный генераторОсновными элементами параллельного аналого-цифрового преобразователя 6 являются ( 2" -1) компараторов,образующих квантукщую характеристику 14 (Фиг. 2). Диапазон его преобразования равен диапазону преобразования всего.к-разрядного преобразова.5теля (фи г, 1).Управляемый по амплитуде генератор 3 сигнала развертки обеспечивает получение на первом выходе аналоговый сигнал 15 развертки, времяразвертки которого пропорциональноамплитуде входного сигнала 13, вмоменты действия сигнала запуска 16(моменты Т 1 и Т 2),Устройство работает следукщим 15образом.Преобразуемый сигнал 13 с.входа 1поступает на генератор 3. Поскольку до момента Т 1 на входе 2 генератора 3 отсутствовал сигнал 16 запуска, то сигнал 13 проходит на входпреобразователя 6 и преобразуетсяим в соответствии с характеристикой 14. На втором выходе генератора 3 отсутствует сигнал 18, поэтомуформирователь 5 заблокирован по входу 8, счетчик 9 обнулен, генератор 10также заблокирован, а на входе стробирования регистра 11 сигналы отсутствуют. На выходах регистра 11 идешифратора 12 нулевые коды,В момент Т 1 сигнал 16 включаетгенератор 3 развертки, на первомвыходе его генерируется сигнал 15развертки, а на втором - формируется сигнал 18. Сигнал 15 развертки в начальный момент Т 1 (Фиг.2)имеет амплитуду, равную мгновенномузначению преобразуемого сигнала 13в момент Т 1. Генерация сигнала развертки продолжается до момента пересечения им ближайшего уровня квантования характеристики 14. Сигнал 18в момент Т 1(фиг,2) разблокирует формирователь 5, счетчик 9 и запускаетгенератор 10,.на выходах которогоФормируются сигналы 19 и подсчитываются счетчиком 9. На выходах счетчика 9 Формируются сигналы 20 и21 (фиг. 2). 45 50 Максимальному времени развертки ТР 1 соответствует максимальное цифровое значение кода 22-1111 (начиная с младших разрядов). Всем .меньшим промежуточным значениям сигнала 13, которые могут существовать между двумя любыми уровнями квантования характеристики 14, соот. - ветствуют меньшие коды 22. В случае совпадения значения сигнала 13 с одним из уровней квантования харак- ЬО теристики 14 в момент запуска устройства сигналом 16 время развертки сигнала 15 равно нулю.В момент пересечения сигналом 15 развертки ближайшего уровня квантования характеристики 14 преобраэ ователя 6 на выходе младшего разрядапреобразователя происходит изменениелогических уровней сигнала, в моментТЗ - 01, в момент Т 4-1 0 (Фиг. 2).В результате действия этого сигналапо входу 7 Формирователя 5 на его выходе формируется сигнал 17, которыйстробирует регистр 11 и переключаетгенератор 3 развертки в режим управления входным сигналом 13.Таким образом, сигналом 17 в регистре 11 записывается код с выходовмногофазного генератора 10 и счетчика 9. Запомненные в регистре сигналы 19-21 дешифрируются дешифратором 12. На выходах устройства появляется цифровой код 0111100 для значения преобразуемого сигнала 13 в момент Т 1 и 0110010 - в момент Т 2(коды даны начиная с младших разрядов). Коды состоят из двух частей:код и-разрядов преобразователя 6(0111 для Т 1 и 0110 для Т 2). Код преобразователя 6 отражает целое числодискретностей квантования, изменяющихпреобразуемый сигнал 13 в соответствии с характеристикой 14, а код 22счетчика 9 и генератора 10 отражаетцелое число квантов Ь Т, которое соответствует оставшейся части значения сигнала 13, Таким образом, сигнал 13 оказывается преобразованнымв цифровой к=о+а-разрядный код.В моменты ТЗ и Т 4 сигналом 13производится блокировка Формирователя 5, генератора 10, регистра 11,обнуление счетчика 9. Управляемыйгенератор развертки 3 переключаетсяв режим управления входным сигналом 13, в результате чего на еговыходе устанавливается значение сигнала развертки, равное значениювходного сигнала 13. Максимальноевремя установления ТР 2 определяетсяпараметрами генератора 3 разверткии выбирается равным 0,1-0,3 ТР 1.Суммарное время ТР 1 и ТР 2 составляетобщее время преобразования, причемоно определяется в основном временемТР 1,фиксация кодов старших и младшихразрядов происходит одновременно посигналу 17 формирователя 5. Это означает, что динамические погрешностиустройства зависят лишь от апертурной погрешностипри считывании в регистр 11 кодов 22 и кодов преобразователя 6.Выбирая число выходов генератора10, можно уменьшать дискретность ЬТбез уменьшения периода Т частоты генератора, т.е. Увеличивать точностьпреобразования беэ повышения требований к быстродействию счетчика 9 и неувеличивая максимальное время генера"ции ТР 1, сигнала 15 развертки. Это50 позволяет сократить также число разрядов счетчика эа счет увеличения числа разрядов, образуемых при кодировании сигналов на выходах генератора 10.Уменьшая ЬТ, можно повышать быстродействие устройства при сохранении его разрядности. По сравнению с известным устройством, счетчик которого также оперирует с периодом Тдчастоты счетных импульсов, в предлагаемом устройстве быстродействие может быть увеличено в 0 = 2 Р раэ, где число выходов генератора 10, а р - число двоичных разрядов, образуемых на выходах генератора 10,Погрешности линейности преобра зователя определяются лишь кратковременной нестабильностью частоты генератора 10 и сигнала генератора 3 развертки. Учитывая, что максимальное время генерации сигнала разверт ки ТР 1 может быть уменьшено в 1 = 2 раэ, во столько же раз уменьшается влияние кратковременных нестабильностей, что позволяет отказаться от частотной стабилизации сигнала 15 развертки,резко упростить структуру устройства блоков генератора 3 развертки и многофаэного генератора 10.Блок-схема управляемого по амплитуде генератора сигнала развертки (Фиг. 3) содержит усилитель 23, источник стабильного тока 24, 85-триггер 25, переключатель 26, интегратор 27. Вход 1 усилителя 23 является входом устройства, входы 2 и 4 являются 5 и К входами 85-триггера 25, выходы усилителя 23 и источника стабильного тока 24 подклю, чены к соответствующим входам переключателя 26, управлякший. вход кото рого соединен с выходом 85-триггера 25 и подключен к входу 8 Формирователя 5. Выход переключателя 26 через интегратор 27 подключен ко входу преобразователя 6. 45Управляемый по амплитуде генератор 3 сигнала развертки либо пропускает входной сигнал 13, либо вырабатывает сигнал 15 фиг, 2) развертки, амплитудное значение которого определяется входным сигналом 13.Генератор 3 работает следующим образом.При отсутствии воздействия сигнала 16 (фиг. 2) по входу 2 на выходе триггера 25 отсутствует сигнал 18Преобразуемый сигнал со входа 1 через усилитель 23, переключатель 26 поступает на интегратор 27, постоянная времени которого определяет время ТР 2. Уста новившийся сигнал, равный входному сигналу 13, поступает далее на преобразователь 6. В момент Т 1.сигнал 16 фиг. 2) действуя по входу 2 переключает его в состояние логической "1" и на его выходе появляется сигнал 18. В результате действия того сигнала переключатель 26 (фиг,З) отключает усилитель 23 от интегратора 27 и подключает к нему источник стабилизированного тока 24. На выходе интегратора 27 формируется сигнал 15 развертки (фиг.2), амплитуда которого определяется мгновенным значением сигнала 13 в момент Т 1. В момент Т 2 под действием сигнала 17 ко входу 4 триггер 25 переключается в состояние логического "0", сигнал 18 на выходе 8 отсутствует, Переключатель 26 отключает источник 24 стабилизированного тока от интегратора 27 и пропускает на интегратор, усиленный усилителем 23, входной преобразуемый сигнал 13.Выбирая коэффициент усиления усилителя 23, величину тока источника 24, постоянную интегратора 27, можно в широких пределах варьировать времена ТР 1 и ТР 2. В качестве интегратора 27 может быть использована проствйшая ВС-цепочка.электрическая схема управляемого многофаэного генератора 10 частоты (фиг.4) содержит цепочку последовательно включенных логических элементов 28, причем выход последнего подключен ко входу первого, другие входы элементов объединены и являются управляющим входом генератора, который подключается к входу 8 Формирователя 5, а выходы являются выходами генератора и подключаются ко; входам регистра 11, Кратковременная относительная нестабильность частоты такого генератора определяется флуктуациями задержки элементов 23 и лежит в пределах 10 - 5 ф 10 4, что поэ воля ет испольэ овать его в . 12-14-ти разрядных преобразователях по предлагаемой схеме (Фиг,1). Работа генератора 10 полностью определяется временными диаграммами (фиг. 2, сигналы 18 и 19), причем в качестве логических элементов могут быть использованы любые элементы (И, ИЛИ, ИЛИ-Нф с учетом необходимых для их работы логических уровней сигналов.При реализации основных узлов предлагаемого устройства в виде микросхем возможно построение 12-14-ти разрядных преобразователей с частотой преобразования до 50 МГц.Формула изобретения1Устройст во аналого-цифрового преобразования, содержащее параллельный аналого-цифровой преобразователь, счетчик и формирователь строб-импульсов, выходы которых соединены с соответствуниаими входами регистра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения быстродействия, в него введены управляеьий по амплитуде генератор развертки, многофазный генератор частоты и дешифратор, причем первый вход управляемого по амплитуде генератора развертки соединен с шиной входного сигнала, второй вход подключен к шине запуска, третий вход подключен к выходу формирователя строб-импульсов, при этом первый мюход соединен со входом параллельного аналого-цифрового преобразователя, второй выход соединен с управляющим входом многофазного генератора частоты и входом установки счетчика, причем первый и второй входы Формирователя строб- импульсов подключены соответственно к выходу младшего разряда параллель-. ного аналого-цифрового преобразователя и второму выходу управляемого генератора развертки, выход много" фаэного генератора подключен к входу счетчика, а выходы счетчика и многофазного генератора через регистр и дешифратор подключены к выходным шинам.2, Устройство по п.1, о т л и ч аю щ е е с я тем,что управляеваай по амплитуде генератор сигнала развертки содержит усилитель, источник тока, управляющий В 5-триггер,.переключатель и интегратор, причем выходы усилителя и источника тока подклю,чены к соответствующим входам переключателя, к управлякщему входу которого подключен выход В 5-триггера,а к выходу подключен интегратор, при чем выходы интегратора и триггераявляются первым и вторым выходамиуправляемого по амплитуде генератора сигнала развертки, а вход усилителя, к и 5 входы триггера являо ются соответственно первым, Вторыми третьим его входами.3. Устройство по и;1, о т л и ч аю щ е е с я .тем, что управляеиюй многофазный генератор содержит 15 цепочку последовательно соединенныхлогических элементов, причем выходпоследнего элемента соединен совходом первого, другие входы элементов объединены и являются входом ;щ управления, а выходы элементов являются выходами многофаэного генератораИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 3697978,кл. 340-347, 1970.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 2671963/21,кл. Н 03 К 13/02, 1979 прототип).839044 Фиа 3 и Редактор М. Петро Составитель Л.БеляевахредН. Келушак Корректор Н. Схе Тираи 988 ПодписноеГосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийМосква; З, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 4180 ВНИИП лиал ППП фПатентф, г. Уагород, ул. Проектнан, 4