Аналого-цифровой преобразователь с самокоррекцией

(51)4 Н 03 И 1 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ГОСУД АРСПО ДЕЛА йи 1 РЯ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ 13ИАЛиОТ,";" ОР СКОМУ ЕТЕЛЬСТВ КА ехнолоскогоАН УССР ко СС 2,чивый тель,техник 3(57) Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при создании помехоустойчивых аналого-цифровых преобразователей, В устройство, содержащееэлемент задержки, регистры преобразователь код-напряжение, устройствосравнения, блок управления, с цельюрасширения области применения эасчет повышения достоверности преобразования в условиях помех, увеличения диапазона измерения и расширенияфункциональных возможностей, введеныс первой по четвертую группы элементов И, элемент ИЛИ-НЕ, шины ошибкипреобразования и установки режимаработы, 2 э.п ф-лы, 4 ил 1 табл;Изобретение относится к электроизмерительной технике и может бытьиспользовано при создании помехоустойчивых аналого-цифровых преобразователей,Цель изобретения - расширение области применения за счет повышениядостоверности преобразования в условиях помех, увеличения диапазона измерения и расширения Функциональныхвозможностей.На фиг, 1 и 2 приведена функциональная схема первых шести разрядовпредлагаемого устройства; на фиг.Зфункциональная схема блока управления; на Фиг. 4 - схема узла "Пуск-Останов .Аналого- циФровой преобразовательсодержит элемент 1 задержки, первуюгруппу 2 элементов И 3-8, вторуюгруппу 3 элементов И 9-13, первый регистр 14, второй регистр 15, третью.группу 16 элементов И 17-19, четвер -тую группу 20 элементов И 21-23, элемент ИЛИ-НЕ 24, преобразователь коднапряжение (ПКН) 25, устройство 26сравнения, блок 27 управления, нину28 выбора режима, шину "Пуск" 29,входную шину 30.Блок управления выполнен на узле"Пуск в Остан" 31, с первого по чет -вертый элементах И 32-35, элементе36 запрета, элементе 37 задержки,элементе ИЛИ 38, триггере 39, переключателе 40 режима работы,Узел вПуск-Останов" выполнен натриггере 40, элементе И 41 и генератсре 42 импульсов,Сущность изобретения заключаетсяв следующем,Если необходимо, чтобы на границесмежных групп из двух разрядов (нафиг. границы между смежными группами отмечены знаком) не появлялисьединичные значения, то веса разрядов кодовых эквивалентов на выходе блока12 связуются между собой по следующему закону(1) а . = а. + а,1 крфпри 1 с= 2, (2) где 1 = 2, 3 при начальных условиях: а= ха = х 1, Здесь- произвольные действитель- х и х 1ные числа Согласнои (2) при целыхх = 1 и х = 2 веса разрядов составгляют ряд целых чисел36+ 8,12 ф 6,4+ 2 1.5Первое соотношение (1) характери-,зует традиционную двоичную зависимость, Второе соотношение (2) характеризует известную избыточную зави О симость (фибоначчиевую). В отличиеот Фибоначчиевой, 1, 1 зависимостьхарактеризуется значительно большимдинамическим диапазоном при примерноодинаковой помехоустойчивости, Так, 15 например, диапазон представления чисел в Фибоначчиевых (Рф) и в 1, 1-кодах (Р, 1, ) соответственно равенР =233, Р =972 прип=15,что означает 1 с = Р 1, /Р ф = 4, и яв - 2 п ляется существенным для аналого-цифровых преобразователей.При равных диапазонах Рф = Р3предлагаемое устройство имеет значительно большее быстродействие и 25 меньшие аппаратурные затраты. Другим достоинством аналого-цифровыхпреобразователей, использующих в качестве весов разрядов 1, Е-зависимость, является простая реализация Зо ПКН. В ПКН, формирующих кодовые эквиваленты на основе только зависимости (2), используется резистивнаяматрица с иррациональными значениями номиналов, При совместном использовании в ПКН зависимостей (1) и (2)представляется возможность значительно упростить структуру ПКН за счетприменения целых значений (2 К - 4 К;1,5 К - ЗК) номиналов резистивной 40 матрицы. При этом сохраняются всепреимущества использования в преобразователях кодов с естественной избыточностью.Техническая сущность изобретениязаключается в организации по новомусвязей между регистрами, исключениисостязаний при переключениях, таккак установка первого и второго регистров производится одним сигналом 50 и с одинаковой задержкой по цепям,При этом контроль операции преобразования протекает параллельно с выполнением основной операции.Для повышения надежности работы 55 устройства (для исключения появленияложного сигнала на втором выходеблока 27 управления) в состав последнего включен элемент 37 задержки,временной параметр которого зависитимпульсов, так как в этом случае не требуется дополнительного времени на коррекцию результата при ошибке.По.единичному сигналу на соответствующей шине 3, к или нескольких шинах , к (фиг.1) определяется степень важности ошибки в конце полного цикла преобразования.Ключ 40 может быть реализован по любой известной схеме переключателя сигнала ло двум направлениям, При этом в исходном состоянии (нулевой сигнал на шине 28) входная шина 29 подключается к первой выходной шине,и и соединенной с входом установки в 0 триггера. При единичном сигнале на шине 28 входная шина ключа 40 подклю 455055 от типа используемои схемы сравнения и подбирается экспериментально. При этом должно выполняться условие, при котором единичный сигнал по четвер 5 тому входу блока 27 управления поступает на третий вход элемента И 33 первым относительно сигнала на его втором входе (с выхода элемента 36 запрета) .1 ОКроме того, в устройстве реализуются два режима работы. При единичном воздействии на пятый вход блока 27 по управляющей шине 28 реализуется первый режим работы устройства - преобразование с самокоррекцией. При этом по запускающему импульсу на шине 29 (второй вход блока 27) триггер 39 через ключ 40 устанавливается в единичное состояние, тем са мым на первых входах элементов И 33 и 35 устанавливаются разрешающие потенциалы. При этом генератор 42 тактовых импульсов узла Пуск-Останов переключается на режим с умень шенной частотой следования тактовых импульсов, Это обусловлено тем, что длительность такта в режиме с коррекцией текущего результата при обнаружении ошибки больше длительности так- З 0 та без коррекции.При нулевом воздействии по управляющей шине 28 реализуется второй режим работы устройства - преобразование с самоконтролем. В этом случае триггер 39 по запускающему импульсу через ключ 40 устанавливается в нулевое состояние, тем самым блокируются элементы И 33 и 35, Генератор 42 тактовых импульсов узла "Пуск-Останов" 31 переключается в режим с увеличенной частотой следования тактовых чается к второму выходу, соединенному с входом установки в "1" триггера 39, В соответствии с этим триггер 39 по запускающему импульсу на шине 29 будет установлен в "0" или "1",Устройство работает следующим образом.При поступлении единичного сигнала на управляющую шину "Пуск" 29 старшие разряды регистров 14 и 15 устанавливаются в "1", остальные сбрасываются в "0". Работа синхронизируется одним тактовым импульсом Г с вы - хода узла "Пуск в Остан" 31.Предположим, что П равно 32 квантам и что в первом такте на вход прибора действует отрицательная импульсная помеха, а преобразование проводят в режиме с самокоррекцией. Тогда в первом такте, в результате выполнения в устройстве 26 сравнения операции вида Б - П ( (Б = 18), на выходе устройства 26 сравнения формируется единичное значение сигнала- При поступлении первого тактового сигнала Г 1 на первые входы элемента 36 запрета и первого элемента И 32, на выходе последнего форми-, руется единичный сигнал, который поступает на первый выход блока 27 управления. На втором и третьем выходах блока 27 управления в первом такте сохраняются нулевые сигналы. Единичным сигналом с выхода элемента И 8 сбрасываются с "0" шестые разряды регистров 14 и 15 и устанавливаются в пятые разряди, В результате в первом регистре 14 устанавливается код 01+ 00 00, а во втором регистре 15 - код 010000, Во втором такте действия помехи прекращаются и в устройстве 26 выполняется операция вида П(По 12)Едийичным сигналом по первому входу блока 27 управления и вторым тактовым сигналом Г 2 открывается элемент 36 запрета. Так как триггер 39 установлен в "1", а на выходе элемента 24 ИЛИ-НЕ сохраняется единичный потенциал, то по единичному сигналу с элемента 37 задержки через элемент ИЛИ 38 на втором выходе блока 27 формируется импульс, которым четвертые разряды с выхода элемента И 12 устанавливаются в "1". На первом, втором и третьем входах элемента И 19 появляются единичные потенциалы, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ 24по соответствующему входу устанавли -вается нулевой потенциал, блокирую. щий по третьему входу элемент И 33.Одновременно с этим на выходеустройства 26 вырабатывается сигнал- О, как результат операцииУ). (Б, = 18), Единичным сигналомс выхода элемента 36 запрета по тактовому сигналу Г 3 через элемент 37задержки на выходе элемента И 35 формируется единичный сигнал коррекции.Единичным сигналом с третьего выходаблока 27 стробируется элемент И 23 ишестые разряды регистров устанавливаются в "1", а пятый и четвертый 15разряды первого регистра и четвертыйразряд второго регистра устанавливаются в "01, Результат операцииБ ъ (Ц, = 18) в четвертом такте будет И = 0 и по сигналу Г 4, по указанным правилам, на втором выходеблока 27 формируется единичный сигнал, которым по выходу элемента И 13в первом и втором регистрах памятиустанавливаются коды 11 ОО + 00 и 25010000 соответственно. В пятом такте по результату операции Ух 3 Жо30) формируется сигнал Ы= О,Единичным сигналом с второго выхода блока 27 через элемент И 12 30сбрасывается в "0" пятый разряд второго регистра и устанавливаются в"1" четвертые разряды регистров 14и 15, В шестом такте сигналом свыхода элемента И б (операция Б(Б 35,Ы = 1), Аналогичным образом сбрасываются в 110 п четвертые разряды ре -гистров 14 и 15 и устанавливаются втретьи разряды.В седьмом такте, аналогично шестому (операция Б( По, Ы = 1), третийи четвертый разряды регистра 14 единичным сигналом с выхода элемента5 И сбрасываются в "0", вторые раз -ряды регистров 14 и 15 устанавливаются в "1", В этом случае в восьмомтакте выполняется операция Бг(Б,:" 32) и формируется сигнал Ы = 0на выходе устройства 26.В результате в первом регистре 14 50единичным сигналом с выхода элемента И 9 будет установлен код 11 00 11, а во втором регистре 15 - код 000001, В последнем, девятом такте в устройстве 26 выполняется операция 55 У(Б = 33), что соответствует- 1, С выхода элемента 3 первый разряд регистра 14 сбрасывается в и 110 , а единичным сигналом с прямоговыхода первого разряда регистра 15через элемент 1 задержки останавливается устройство "Пуск в Остан" 31Если в данном примере предположить, что в четвертом такте на входные цепи прибора действует втораяимпульсная помеха, причем У - У,тогда в пятом шестом и седьмом так -тах в первом и втором регистрах установлены соответственно коды 10 11 1 Ои 000010. В седьмом такте на выходеэлемента И 18 появляется единичныйсигнал, а на выходе элемента ИЛИ-НЕ24 - нулевой. В результате единичным сигналом с третьего выхода блока 27 управления стробируется элемент И 22 и содержимое первого и второго регистров 14 и 15 корректируется соответственно 11 00 " 00 и010000,По аналогии можно рассмотретьслучай, когда за цикл преобразованиявозникают многократные помехи. Приэтом возможен вариант, когда ошибкане может быть исправлена (например,отказ одного или нескольких элементов устройства), Тогда анализ сигналов на шинах ошибки 1,Е служит основанием для автоматического и оперативного перевода работы устройстваиз режима с самокоррекцией в режимс самоконтролемВ этом случае устройство работает следующим образом.При подаче единичного сигнала пошине 28 триггер 39 устанавливаетсяв нулевое состояние, тем самым блокируется выработка сигнала опросасхемы коррекции (элементы И 21-23 )на элементе И 35 (третий выход блока 27), Одновременно устройство"Пуск-Останов" 31 переключается наболее высокую (предельную) частотуследования тактовых импульсов, Блокируется по первому входу элементИ 33, Работа устройства в этом случае ничем не отличается от приведенной для случая, когда на третьем выходе блока 27 сохраняется нулевойпотенциал и происходит в соответствии с известным алгоритмом поразрядное уравновешивание,Пусть, например, У = 27, Алгоритм работы для этого случая в режиме с самоконтролем представлен в виде таблицы.7 134171Как видно из таблицы, результат преобразования является истинным, однако на младшей шине ошибки 3,1 с выхода элемента И 17 устанавлива 5 ется единичный потенциал, свидетельствующий о возникновении ошибки в цикле преобразования.Таким образом, введение новых элементов и указанная органиэация свя зей позволяют расширить функциональные возможности, повысить достоверность преобразования в условиях помех и увеличить диапазон измерения, что расширяет область применения са мокорректйрующихся АЦП в кодах с естественной избыточностью. Эффективность использования устройства заключается в том, что независимо от числа помех на. входе устройства или 20 структурных сбоев результат преобразования в режиме с самокоррекцией будет истинным. При возникновении отказов в элементах схемы или постоянном воздействии помех на входные 25 цепи прибора целесообразно переключение в режим с самоконтролем. формула изобретения301, Аналого-цифровой преобразователь с самокоррекцией в кодах с естественной избыточностью, содержащий элемент задержки, первый и второй и-разрядные регистры, вход установки в "1" старшего разряда. каждого из которых объединен соответственно с,первыми входами установки в "О" остальных разрядов, а прямые выходы разрядов первого регистра соединены 40 соответственно с входами преобразователя код - напряжение, выход которого подключен.к первому входу устройства сравнения, второй вход которого является входной шиной 1 а выход 45 соединен с первым входом блока управления, второй вход которого является шиной "Пуск", о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения области. применения за счет повышения достоверности преобразования в условиях помех, увеличения диапазона измерения, в него введены первая группа иэ п элементов И, вторая группа из иэлементов И, третья и четвертая группы из иэлементовИ каждая и элемент ИЛИ-НЕ, входы которого объединены с,первыми входами элементов И четвертой группы, подключены 6 8соответственно к выходам элементов Итретьей группы и являются шинамиошибки преобразования, первые входыэлементов И первой группы объединены и подключены к первому выходу блока управления, а первые входы элементов И второй группы объединены и подключены к второму выходу блокауправления, вход элемента задержки объединен с вторым .входом первого элемента И первой группы и подключен к выходу младшего разряда второго регистра, а выход соединен с третьим входомблока управления, четвертый вход которого подключен к выходу элементаИЛИ-НЕ, а пятый вход является шинойвыбора режима работы, вторые входыс второго по п-й элементов И первойгруппы и с первого по п - 1-й элементов И второй группы соответственнообъединены и подключены соответственно к выходам с второго по п-й разрядов второго регистра, первые входыустановки в "1" с первого по и - 2-йразрядов и вторые входы установки в"О" с второго по и - 1-й разрядовпервого и второго регистров соответственно объединены и подключены соответственно к выходам с второго поп - 1-й элементов И первой группы,а первый вход установки в "1" и-горазряда и второй вход установки в"О" и-го разряда второго регистраобъединены с первым входом установкив "1" и-го разряда и входом установки в "О" п-го разряда первого регистра и подключены к выходу и-гоэлемента И первой группы, вторые входы установки в "1" с первого пои - 1-й разрядов и третьи входы установки в "О" с второго по и-й разрядов второго регистра соответственно объединены с вторыми входами уста.новки в "1" с первого по и-й разрядов первого регистра и подключенысоответственно к выходам с первогопо и - 1-й элементов И второй группы, первые входы с первого по и-йэлементов И третьей группы соединены соответственно с инверсными выходами с четвертого по и-й разрядовпервого регистра, вторые входы подключены соответственно к прямым выходам с третьего по и - 1-й разрядов первого регистра, третьи входысоединены соответственно с прямымивыходами с второго по и - 1-й разря"дов первого регистра, а четвертые9 134 входы соответствующих четных. элементов И третьей группы подключены к прямым выходам соответствующих четных разрядов первого регистра, третьи входы установки в "1" четных разрядов, кроме п-го, начиная с четвертого, первого и второго регистров объединены соответственно с четвертыми входами установки в "0" соответствующих четных разрядов, начиная с второго, второго регистра, с третьими входами установки в "0" соответст/вующих четных разрядов, начиная с второго,и с третьими входами установки в "О" соответствующих нечетных разрядов, начиная с третьего, первого регистра и подключены соответст, венно к выходам соответствующих нечетных элементов И, начиная с первого, кроме и - З-го, четвертой группы, причем второй вход установки в "1" и-го разряда и четвертый вход установки в "0" и - 2-го разряда второго регистра объединены с вторым входом установки в "1" и-го разряда, с третьими входами установки в "0" и-го и п - 2-го разрядов первого регистра и подключены к выходу и-го элемента И четвертой группы, при этом третьи входы установки в "1"+ 3-х разрядов, кроме п-.го (где 1 = 2.(и - 1), первого и второго регистров объединены соответственно с пятыми входами установки в 0 1-х разрядов второго регистра, с четвертыми входами установки в 0 1-го,+ 1-го и 1+2-го разрядов первого регистра и подключены к выходу 1-го четного элемента И четвертой группы, а выход первого элемента И первой группы соединен с вторым входом установки в 0 первого разряда первого регистра2. Преобразователь по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что блок управления выполнен на узле "Пуск-Останов", с первого по четвертый элементах И, элементе запрета, элементе ,задержки, элементе ИЛИ, триггере и переключателе режима работы, управ 1716 10ляющий вход которого является пятымвходом блока управления, первый ивторой выходы соединены соответст-венно с входами установки в "1" и в0 триггера, а информационный входобъединен с первым входом узла "ПускОстанов" и является вторым входомблока управления, третьим входом которого является второй вход узлаПуск-Останов", третий вход которого объединен с первыми входами второго и четвертого элементов И и подключен к прямому выходу триггера, ин 15 версный выход которого соединен спервым входом третьего элемента И,выход которого соединен с первымвходом элемента ИЛИ, выход которогоявляется вторым выходом блока управ"ления, а второй вход соединен с выходом второго элемента И, второйвход которого объединен с вторымвходом четвертого элемента И и под -ключен к выходу элемента задержки,25 вход которого объединен с вторымвходом третьего элемента И и соединен с выходом элемента запрета, ин-формационный вход которого объединенс первым входом первого элемента ИЗ 0 и подключен к выходу узла "Пуск-Останов", а управляющий вход объединенс вторым входом первого элемента Ии является первым входом блока управления, первым выходом которого явля 35ется выход первого элемента И,третьимвыходом - выход четвертого элемента И, а четвертым входом - третийвход второго элемента И,1 3Преобразователь по п.2, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что узел "Пуск-Останов" выполнен на триггере, элементе И и генераторе импульсов, управляющий вход которого является третьим входом узла, а выход соединен с первым входом элемента И, выход которого является выходом узла, а второй вход подключен к выходу триггера, входы установки в "1" и БОв "0" которого являются соответственно первым и вторым входами узла,12 34116 Номер такта Операция Первыйрегистр Второйрегистр Пуск 000 000 000 001 10 01 11 00000 001 10" 01 ф 11Снятие результата Г 1 Ж, )У), с = 0 Г 2 (Б(3,), с= 1 Г 3 Ж - Пп)Позс = 3 ц,цЫ= О Г 4 Бх) Поэ= 0 Г 5 Пх)ПоО= О 1 О+ 00 00 100000 000Составитель 10,Спиридонов Техред М. Ходанич Редактор И. Касарда Корректор С.Шекмар Тираж 901 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5