Аналого-цифровой преобразователь Советский патент 1983 года по МПК H03K13/17 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при регистрации и анализе характеристик электрических сигналов в специализированных цифровых вычислительных устройствах.

Известен аналого-цифровой прео.бразователь, содержащий компаратор, логические элементы, регистры, цифро-аналоговый преобразователь и блок управления (1 .

Недостатком преобразователя является то, что при расширении ди.апазона преобразования входных электрических сигналов увеличивается время преобразования АЦП.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является аналого-цифровой преобразователь с широким динамическим диапазоном, содержащий усилители выборки, компараторы, узел выбора поддиапазона, аналоговые ключи, преобразователь аналог-код, выходной регистри блок управления. Первые входы усилителей выборки соединены параллельно и подключены к входному усилителю, вторые входы - к блоку управления. Выходы усилителей выборки подключены к первьм входам соответствующих компараторов и аналоговых ключей, вторые выходы которых подключены к узлу выбора поддиапазона. Выходы компара торов подключены к первому входу узла выбора поддиапазона, второй вход которого соединен с блоком управления. Выходы аналоговых ключей параллельно подключены к входу преобразователя аналог-код, выход которого соединен с первым входом вы ходного регистра, второй вход которого соединен с вторым выходом узла выбора поддиапазона 2.

Недостатком преобразователя является увеличение времени преобразования за счет разбиения процесса : преобразования на автоматический выбор поддиапа|она и само преобразование аналогового сигнала в цифровую форму. Кроме того, в процессе преобразования отсутствует контроль за формой преобразуемого входного сигнала на выходе преобразователя коднапряжение.

Целью изобретения является уменьшение времени и повышение достоверности преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в аналого-цифровой преобразователь, содержащий преобразователь код-напряжение, коммутатор и,мпульсной последовательности и m усилитеглей, входы которых подключены к входной шине, а выходы соответст венно подключены к первым входам m, компйратрров, выходы которых подключены к инфоЕялационным входам блока выбора и фиксации номера последовательности, входы управления которого соединены с первым и вторым выходами распределителя импульсов выходы которого подключены к входам управления регистра, а вход подключён к выходу генератора импульсов, введены формирователь кода для визуального контроля и анализатор импульсной последовательности, входы управления которого соответственно соединены с выходами распределителя импульсов,; выход - с входом регистра, а вход - .с выходом коммутатора импульсной последовательности, первые информационные входы которого соответственно подключены к выходам компараторов, входами управления подключенных к выходу генератора импульсов, вторые информационные входы - соответственно к выходам

0 блока выбора и фиксации номера последовательности и к первым информационным входам формирователя кода для визуального контроля, вторые информационные входы KOTopoi;o соответственно подключены к выходам регистра, вход управления - к выходу старшего разряда распределителя импульсов, а выходы соединены с входами преобразователя код-напряжение, выход которого соединен с вторыми

входами компараторов.

На фиг. 1 приведена структурная схема аналого-цифрового преобразователя; на фиг. 2 - осциллограмма напряжений на выходе визуального контроля.

Аналого-цифровой преобразователь содержит усилители ,.. . ,1-т, компараторы 2-1,...,2-т, блок 3 выбора и фиксации номера последовательности, коммутатор 4 импульсных последовательностей, генератор 5 импульсов , распределитель 6 импульсов, анализатор 7 импульсной последователь ности, регистр 8, формирователь 9

С кода для визуального контроля, преобразователь 10 код-напряжение.

Входы усилителей -,...,1-т соединены параллельно и подключены к входу устройства, а выходы подклюп чены к первым входам компараторов 2-1,...,2-т, вторые входы которых соединены параллельно и подключены к выходу генератора 5 и к входу распределителя б. Выходы компараторов 2-1,...,2-т подключены к соответсть рщим входам коммутатора 4 и

блока 3 выбора и фиксации, управляющие входы которого подключены к первому и второму выходу распределителя б. Выходы блока 3 выбора и фиксации подключены к управляющим входам формирователя 9 кода и коммутатора 4. Выход коммутатора 4 соединен с первым входом анализатора 7, вторые входы которого соединены с выходами распределителя 6 и первыми

вхойами регистра 8, второй вход которого подключен к выходу анализатора 7. Выходы регистра 8, которые являются также выходами устройства, соединены с входами формирователя 9 кода, выходь которого подключены к входам преобразователя 10 код-напряжение. Выход последнего подключен к третьим входам компараторов , ...,2-т. При этом m -ый вход формирователя кода 9 соединен с т-ым выходом распределителя 6.

Аналого-цифровой преобразователь работает следующим образом.

Входное напряжение Uy подается одновременно на входы усилителей 1-1,...,1-т, имеющих различные коэффициенты передачи. С выходов усилителей 1-1,...,1-т усиленное (ослабленное ) напряжение поступает на первые входы компараторов 2-1, . .. ,2-т, на вторые входаа которых подается компенсирующее напряжение UK с преобразователя 10 код-напряжение. На .третьи входы компараторов 2-1,...,2-т подаются импульсы с генератора 5 для стробирования результатов сравнения с выхода компараторов импульсные последовательности поступают на коммутатор 4 и/блок

3выбора и фиксации.

Одновременно импульсы с генератора 5 поступают на распределитель б, который по импульсам запуска с внешнего устройства вырабатывает тактовые импульсы. Распределитель б управляет работой блока 3 выбора и фиксации, анализатором 7, регистром 8 и формирователем 9. Число тактовых импульсов определяется разрядностью регистра 8, а длительность их - периодом импульсов генератора 5. В первом такте по переднему фронту импульса, поступающего с паспределителя б, блок 3 фиксирует номер и вырабатывает код т-канала, который подается на коммутатор 4. Коммутатор

4подключает выход компаратора 2-т, на один из входов которого подается сигнал с усилителя с максимальным

:коэффициентом усиления, к входу анализатора 7. В первом такте производится сброс регистра 8 и нулевой код с его выхода через формирователь 9 подается на преобразователь 10 коднапряжение , где вырабатывается компенсирующее напряжение, соответствующее этому коду, т.е. UK О,В компараторах 2-1,... ,2-;т происходит сравнение компенсирующего напряжения U|( О с входным усилен. ым (ослабленным) сигналом. Информация о результате сравнения снимается с выходов компараторов 2-1,..., во второй половина первого такта чтобы исключить все возможные задержки , возникающие в регистре 8, формирователе 9, преобразователе 10

1014137

код-напряжение, компараторах 2-1, ...,2r-m, и подается на кс 1лмутатор 4 импульсных последовательностей и блок 3 выбора и фиксации номера.

В анализаторе 7 фиксируется знак входного сигнала на цикл преобразования, длительность которого определяется периодом импульсов запуска с внешнего устройства. По знаку входного -напряжения анализатор 7 .срабатывает единичный или нулевой сигналы, которые поступают на ре« ;Гистр 8. Таким образом, в первом такте происходит определение полярности входного сигнала.

Во втором такте импульсом с распределителя б производится занесение единищл в старший разряд регистра 8, и преобразователь 10 код-напряжение вырабатывает компенсирующее

напряжение ;Un , которое подается на кокшараторы ,...2гт, где оно сравнивается с входным усиленным (ослабленным) напряжением.

С выходов компараторов 2-1,..., 2-т во второй половине этого такта снимается код возможные значения ко.тррого приведены в табл. 1, и подается на коммутатор 4 и блок 3 выбора и фиксации номера. В последнем, этот код преобразуется в.унитарный код табл. 2} и запоминается на элементах памяти, затем поступает на управление коммутатором импульс ных последовательностей, тем самым подключая выход номера выбранного компаратора к входу анализатора 7 на весь цикл преобразования.

Таблица 1 0 Выход компаратора 2-.1,...,2-т

О :

1 1

о 1

1 1

Анализатор 7, в зависимости от поступившего сигнала с соответствую щего компаратора и знака входного :напряжения, вырабатывает команды в каждом такте,которые управляют регистром 8. В третьем такте импульсом с рас пределителя 6 производится занесение единицы во второй разряд регис ра 8, считая от старшего, и преобр зователь 10 код-напряжение вырабатывает компенсирукяцее напряжение . которое подаетс на компараторы 2-1,,..,2-т, где он снавнивается с входным усиленным ( ослабленным напряжвнием() , и во второй половине этого такта Таблица Выход блока 3 выбора и фиксация но мера I .т-1 ... I 2 г вырабатываешься сигналы о результате сравнения напряжений. Сигнал с выбранного компаратора 2-п) через коммутатор 4 импульсных последовательностей поступает на анализатор где вырабатывается команда, котора при перекомпенсации (иv; K4Un)ycTa навливает в нулевое состояние второй разряд регистра 8, а при недокомпенсации1и|с Кч их) оставляет его в единичном состоянии. Действия, проделанные в третьем такте, производятся и в последующих тактйх. По окончании последнего такта распределитель 6 вырабатывает импульс готовности кода, поступающий на формирователь 9 кода, где по сигнв лам, снимаемым с блока 3 выбора и фиксации номера, ко, поступающий с регистра 8, преобразуется в код, соответствующий измеренному мгновенному значению амплитуды входного сигнала с 1 т.е. в формирователе 9 кода происходит восстановление динамического диапазона мгновенного значения-входного сигнала в цифровом виде. В это время на выходе визуального контроля устройства можно наблюдать натуральную ве личину мгновенного значения амплитуды входного сигнала, что и дает возможность проследить неискаженную форму преобразуемого сигнала (фиг. 2). Таким образом, предлагаемый аналого-цифровой преобразователь да&т возможность уменьшить время преобразования за счет автоматического выбора поддиапазона преобразования непосредственно в процессе преобразования (а именно во втором такте). В известном устройстве на автоматический выбор поддиапазона преобразования затрачивается дополнительное время (2 мкс). Предлагаемый аналого-цифровой преобразователь обеспечивает возможность контроля процесса преобразования и наблюдения за нейска1 женной формой преобразуйщего сигнала, что очень важно во многих практических случаях.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий преобразователь код-напряжение, коммутатор импульсной последовательности и m усилите-г. лей, входы которых подключены к входной, шине, а выходы соответственно : подключены к первым входам m компараторов, выходы которых подключены к информационным входам блока выбора и фиксации номера последовательности, входы управления которого соединены с первым и BToptiM входами распределителя импульсов, выходы которого подключены к входам управления регистра, а вход - к выходу генератора импульсов, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени и повышения достоверности преобразования, в него введены .ователь кода для визуального контроля и анализатор импульсной последовательности, входа управления которого соответственно соединены с выходами распределителя импульсов, выход - с входом регистра, а вход - с выходом коммутатора импульсной последовательности, первые информационные входы которого соответственно подключены к выходам компараторов, входами управления подключенных к выходу генератора импульсов,втоЕЖлеинформг1Ционные входы -. Щ соответственно к выходам блока выбора и фиксации номера последователь- t/J ности и к первым информационным входам формирователя кода для ви- Ум зуального контроля, вторые инфоряла1щонные входц; которого соответствен- S но подключены к выходам регистра, ;вход управления - к выходу старше- ГО разряда распределителя импульсов, а выходы соединены с входами преобразователя код-напряжение, выход которого соединен с вторыкш входами компараторов. 00 -Kj