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

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и ис пользуется для аналого-цифрового преобразования. Известен аналого-цифровой преобразователь. (АЦП), соде Ежащий генератор тактовых импульсов, вентиль, триггер, компаратор, генератор пило о.(5разНого напряжения, счетчик и уст | ойство управления, причем выход ге нератора пилообразного напряжения соединен с первым входом компаратор к второму входу которого подключен источник входного сигнала, а выход соединен с единичным входом триггер к BTopoj iy входу которого подключен выход устройства управления, выход :Триггера -через вентиль соединен q входом счетчика, а с-вторым выход генератора Тактов, вход которого соединен ,с устройством, управлёния т. . Недостатком данного устройства является низкое быстродействие. Известен АЩ, содержащий гене- . Оратор тактовых импульсов, вентиль, триггер, компаратор, генератор пилообразного напряжения, счетчик, бл управления, второй компа.ратор, второй вентиль, второй триггер, уставки и делитель частоты. Выход генератора пилообразного напряжения подключен к первым входам обоих компараторов, а ВЁКОД первого компаратора - к первому входу первого триггера, выход которого через первый вентиль соединен с первым входом элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу счетчи)ка результата, а второй вход через второй вентиль - к делителю частоты, вход которого соединен с вторым входом первого вентиля и вызсодся- генератора тактовых импульсов, выход блок усТавок подключен к второму входу вентиля, а второй вход соединен с вторым входом первого триггера , с г нераторрм пилообразного напряжения и выходом устройства управления к.второму входу первого компаратора подключена шина входного сигнала ЛЦель изобретения - повышение . быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в АЦП содержшций блок управления ,генератор пилообраз ного напряжения, делитель частоты, первы вход которого соединен с выходом ге нератора тактовых импульсов, а выход - с первым входом вентиля, выход которого соединен с входом счетчика, а второй, вход - с выходом триггера, первый выход которого соединен- с выходом первого компаратора, а второй вход - с выходом вто рого коютаратора, первый вход котор го соединен с первым входом первого компаратора, а второй вход - с выходом блока уставки, введены формирователь выходного кода, блок управ- . ения делителем частоты, распределитель, делитель напряжения, блок уп равления делителем напряжения, цифровой коммутатор, цифросшалоговый преобразователь (ЦАП,анг1Логовый суммируюсаий блок, первый вход которого соединен с вшной входного сигнала, выход: - с вторым входом первого компаратора, а второй вход - с вы ходом ЦАП, вход которого соединен с :выходом цифрового коммутатора, первый вход которого соединен с. .Btixbдом счетчика и первым входсм фО1 «1рователя веосодного кода, второй вход с вторым входом формирователя выходного кода, выходом раопределителя, генератора пилообразного напряжения,| входами блока управления делителем частоты, блока управления делителем напряжения, ВЕВСОД которого соединен с входом блоЬа уставки и первым вхо-дом йелителя напряжения, второй вход которого- соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, при этом вход распределителя соединен с выходе блока управления, а второй вход, делителя частоты - с выходсял блока управления делителе|4 частоты. На фиг.1 представлена структурная, схема .на Фиг 2 - временные, диа- -. граммы, поясняющие его работу. АЦП содержит генератор 1 пилообразного напряжения, делитель 2 напряжения, компараторы 3 и 4, влок 5 уставки, триггер 6, вентиль 7, делитель 8 ч тоты/ генератор 9 тактовых импульсов, блок 10 управления делителем частоты, распределитель 11, блок , 12 управления делителем напряжения, цифровой коммутатор 13, формирователь 14 ;вйходного кода, счетчик 15, блок 16 управления, ЦАП 17/ аналоговый суммирующий блок 18, -шину 19 входного Сигнала. Выход генератора 1 через делитель 2 напряжения соединен с входами компараторов 3 и 4. К второму входу ком паратора 5 подключен выход блока 5 уставки, с помо1аью которого порог срабатывания компаратора 3 устанавливается равным нижнему значению диапазона преобразования йц. выход компаратора 3 соединен с первым входсо триггера б с вторым входом которого соединен выход компаратора 4. Выход триггера б подключен к первому входу вентили 7 с вторым входом которого соединен через делитель 8 частоты генератор 9 тактовых импульсов. К управляющему входу делителя 8 частоты подключен выход блока 10 управ.ления делителем частоты. Выход распред елителя 11 соединен с входами генератора 1, блока 10 управления делителем частоты, блока 12 управления делителем напряжения, цифрового коммутатора 13 и формирователя 14 выходного кода. К вторым входам коммутатора 13 и фоЕФгарователя 14 подключен выход счетчика 15, вход которого соединен с выходом вентиля 7, Выз4од блока 16 управления подключен к входу распределителя 11. Выход коммутатора 13 соединен с входом ЩШ 17, который подключен к первому входу аналогового суммирующего блока 18, с вторым выходом которого соединена шина 19 входного, сигнала. Выход блока 18 под1 лючен к второму :входу компаратора 4, а выход блока 12 - к: входу делителя 2 напряжения и входу блока 5 уставок. АЩ1 Работает следунийм образом. Импульсом подготовки распределит телъ 11, блоки 10 и 12, счетчик 15 и Tpiferep б устанавливаются в нулевое исходное состояние. Процесс преобразования осуществляется на f .циклов. Пр еобразуемый сигнал Uy по шине 19 поступает на вход суммирующего блока 18, на второй вход которого с вьвсода ЦйЛ 17 поступает сигнал, равный нулю. Таким образом, ;;«а: ;йервый вход компаратора 4 подается сигнал, равный Uy. На первый вход компаратора 3 с блэка 5 поступает сигнал уставки (J равный минимальному значению диапазона изменения вход ного сигнала Uy « По команде с блока, 16 управления распределитель 11 вырабатывает первый импульс, с которого начинается первый цикл измере ния. Осуществляется запуск генератор 1 пилообразного напряжения, сигнал с которого через делитель 2 напряжения поступает на вторые входы компараторов 3 и 4. Блок 12 устанавливает крэффици1энт передачи делителя 2 равным Vvj По достижению сигналом С делителя 2 значения равного (i ко паратор 3 переводит триггер б в еди-ничное состояние и открывает вентиль 7, через который импульсы с делителя 8 частоты генератора 9 поступают в счетчик 15. Коэффициент передачи делитбля В устанавливается блоком 10 равным значению t: . Когда сигнал на выходе делителя 2 достигает значения равного входному сигналу компаратор 4 переводит триггер б в нулевое сост яние и закрлгаает вентиль 7. К этому моменту в счетчике 15 оказывается эаписанньш число М иг-шульсов, пропорциональное Uy причем разрядность числа, получашщегося на первом цикле равна vt Это число N поступает в формирователь 14 выходного кода .и через цифровой коммутатор 13 на управление стагхиими м разрядами ЦАП обратной связи, который формирует аналоговый эквивалент этого числа IXti . На первом входе компара:Тора 4 формируется pa3HOCTbi Uy-Uic4. которая подлежит измерению на втором цикле. По второму импульсу с распределителя 11 начинается второй цикл преобразования. Блок 10 осуществляет переключение коэффициента передачи делителя 8 на значёниеТг, а блок 12 переключение коэффициента передачи делителя 2 на значение . На выходе блока уставки вырабатывается сигНсШ и, . В счетчике 15, как и в первого цикле, формируется м -разрядное число N , пропорциональное разности Их и Uti г обозначенной как Л, Число Njf через блок -13 поступает на управление второй группой разряДов ЦАП 17, которое формирует третью разность Л на входе компаратора 4. В формирователе 14 число N участвует в уточнении результата, полученного на первом цикле. Третий и последующие циклы осуществляются аналогично описанным, причем в формирователе 14 каждое число N .у 1аствует. в .уточ;нёнии результата Г К. N , полученного на предьщущих j -1 циклах. Уточнение результата на.ка)кдрм v цикле осуществляется в sf разряtrav ubaunaomiuv Hp Tirir TnT r«4Mvra . дах нЁ13Ываёмых недостоверными «ч личина Si определяется максимальной возможной погрешностью из1лерения на 3-м цикле. Разность обозначается Упл и называется достог верными разрядами J-rq цикла. Разрядность |Ч выходного кода АЦП определяется из выражения где Ир - число, получаищееся на i-M цикле. Снижение требований к точности, генератора пилообразнсго напряясения и компаратора приводит к тому, что число NJ , получающееся на -м цикле как цифровой эквивалент, находящийСя на входе разности имеет погрешность, вел1« ина которой не превышает значения . Поэтому, в случае измерения сигнала на входе компаратора 4, обеспечивающего максимальное заполнение разрядной сетни, при максимальной погрешности преобразования на цикле, в mj разрядах записан 1щфровой эЕвивалент, соответствующий fik и являющийся достоверным, а в разрядах занесена недостоверная информация, соответствующая погрешности, вносимой указанными узлами. Для обеспечения компенсации погрешности-, возникающей на каждом предшествукадем цикле, диапазон измерения на каждом последующем цикле в 2 y-j pa3 шире, чем в прототипе, что обеспечивается тем, что коэффициент передачи | делителя 2 на каждом лм .цикле выбирается равным i У2 -Весовой коэффициент цикла опреде ляется по формуле (,), а выходной 1 - разрядный код преобразователя формируется согласно выражению 1 Диапазон изменения сигнала на ка дом цикле преобразования iweeT гран цы: верхнюю и.-и нижнюю Цй, которые на первом цикле совпадают с максима ным и и минимальным UHI зн.ачениям диапазона изменения входносо сигнала Un, а на других циклах с максимальными и минимальными значениями диапазона изменения промежуточных разностей д иу--0 1 Величина кванта конечного результата определяется из выражения t - а величина кванта q/- на каждом цик определяется по формуле а значения напряжений уставки д кгикдрго цикла рассчитываются по фор ..ч 0,У V Ил -уЧ .l5. . -: , П;- Частота поступления импульсов на счетчик 16 определяется по

где Т - период следования сигналов с генератора 1. Коэффициент передачи делителя 8 на i -м цикле определяется из выражения -V где F - частота- генератора 9. По сравнению с известным устройством, реализующим алгоритм груботочного кодирования предлагаемое устройство обеспечивает существенное снижение требований и точности преобразования на каждом цикле, которая определяется величиной . Ч в то время как в. известном устройстве относительная погрешность сущечггвенно зависит от номера цикла и определяется по формуле С... ° &V Ь Вследствие этого, несмотря на некоторое увеличение числа циклов в устройстве, длительность нх существенно снижёНа так как используются низкочастотные компараторы, обладеиощие высоким быстЕюдействием, ив зависи «DCTи от скорости нарастания сигнгша на входе компаратора увеличивается разрядность получаемого выходного кода, увеличивая частоту генератора тактов по мере уменьшения угла наклона сигнала генератора дилообраз ного сигнала, что повышает быстродействие преобразования.

АНАЛОГО-ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержаний, блок управления, .генератор пилообразного напряжения.,, делитель частоты, первый вход которого соединен с.выходом генератора тактовых импульсов, а выход - с яер- . вь1м входом вентиля, выход-которого : соединен с входом счетчика, а второй вход - с .выходом триггера, первый вход которого соединен ,с выходомпервого компаратора, а второй вход с выходе второго компаратора, первый вход котЬрого соединен с первым . входом первого компаратора, а второй . вход выходом блока усТавки, о тл и ч а ют и и с я тем, что,.с целью повьляения быстродействия, в него введены формирователь вкк{5дного кода, блок управления делителем частоты, распределитель, делитель напряжения, блок управления Делителем напряжения, цифровой коммутатор, цифроаналоговый преобразователь, аналоговый суммирукяций блок, первый вход которого соединен с шиной входного сигнала выход - с втоЕхли входом первого компаратора, а- второй вход - с выходом цифроаналогового преобразователя, вход которого соединен с выходом цйфров.ого коммутатора, первый вход которого соединен с выходом счетчика и первым входом формирователя выходного кода, второй вход - с вторым Щ входом формирователя выходного кода, выходом распределителя, генератора ГЛ пилообразного напряжения, входами блока Управления делителем частоты блока управления делителем напряжения, выход которого -соединен с вхо- g дом блока уставки и первым входом делителя напряжения, второй вход ко торого соединен с выходом генерато- ; ра пилообразного напряжения, при этом вход распределителя соединен с 1. выходе блока управления, а второй вход делителя частоты - с выходом Ол блока управления делителем частоты. , X) «